Устройство для ультразвукового контроля материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

СО

(35

о со

00

Изобретение относится к приборам для неразрушающего контроля качества строительных материалов и изделий путем прохождения ультразвуковых коле- баний через контролируемые тела. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей замечет измерения времени полной реверберации ультразвука.

На фиг.1 показана струтстурная схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг.З - расположение преобразователей на материале.

Устройство состоит из синхронизатора 1, делителя 2 частоты, генератора 3 серии импульсов, трехсекционного переключателя 4, генератора 5 зондирующих импульсов, излучающего преоб- разователя 6, приемных преобразователей 7 и 8, усилителя-формирователя 9, дополнительного усилителя-формирователя 10, формирователя 11 одиночного импульса, блока.12 установки нуля, двухсекционного переключателя 13, формирователя 14 видеоимпульсов, триггера 15, счетчика 16, селектора 17, триггера 18, счетчика 19, блока 20 вычитания, генератора 21 счетных импульсов, переключателя 22, селектора 23, счетчика 24 и индикатора 25, Выход синхронизатора 1 связан с входом делителя 2 частоты, первым входом генератора 3 серии импульсов и секц1-1ями 4.1 и 4.2 трехсекционного переключателя 4. Выход делителя 2 частоты связан с первым входом генератора 3 серии импульсов и секцией 4.1 трехсек1щонного переключателя 4. Выход генератора 3 серии импульсов связан с секцией 4.2 трехсекционного. переключателя 4. Секция 4.3 переключателя 4 связана с управляющими входами индикатора 25. Выход секции 4.1 переключателя 4 связан с установочным входом двоично-десятичного счетчика 24. Выход секции 4.2 переключателя 4 связан с входом генератора 3 зондирующих импульсов, первым входом формирователя 11 одиночного импульса и входом блока 12 установки нуля устройства. Выход секции 4,3 переключателя 4 связан с корпусом устройства. Выход генератора 5 зондирующих импульсов связан с излучающим преобразователем 6. Приемный преобразователь 7 связан с входом усилителя-формирователя 9, а дополнительный

5

O

5

0

0

5

0

5

0

5

приемный преобразователь 8 - с входом дополнительного усилителя-формирова теля 10. Выход усилителя-формирователя 9 связан с вторым входом формирователя 11 одиночного импульса и сек- 13.1 двухсекционного переключателя 13. Выход дополнительного усилителя-формирователя 10 связан с секцией 13,1 двухсекционного переключат е- ля 13. Выход Формирователя одиночного импульса 11 и блока 12 установки нуля устройства связаны с секцией 13.2 двухсекционного переключателя 13. Выход секции 13.1 двухсекционного переключателя 13 связан с первыми входами формирователя 14 видеоимпульсов, триггеров 15 и 18 и селектора 17, Выход секции 13.2 двухсекционного переключателя 13 связан с вторым входом формирователя 14 видеоимпульсов. Вторые входы триггеров 15 и 18 связаны с входами счетчиков 16 и 19. Выход триггера 15 «связан с вторым входом селектора 17 и первым входом блока 20 вычитания. Выход селектора 17 связан с установочным входом счетчика 16, а выход триггера 18 - с вторым входом блока 20 вычитания и установочным входом счетчика 19. Счетные входы счетчиков 16 и 19 связаны с . выходом генератора 21 счетных импульсов. Односекционный переключатель 22 входами связан с выходом формирователя 14 видеоимпульсов и выходом блока 20 вычитаний. Выход односек- ционного переключателя 22 связан с первым входом временного селектора 23, второй вход которого связан с выходом генератора 21 счетных импульсов. Выход временного селектора 23 связан со счетным входом двоично- десятичного счетчика 24, выход которого связан с информационным входом индикатора 25.

Переключатель 22 позволяет выбрать режим измерения: время распространения ультразвуковых колебаний в материале; время полной реверберации ультразвуковых- колебаний в материале.

Переключатель 13 позволяет выбрать такие режимы измерения времени распространения ультразвуковых колебаний в материале: время распространения от излучателя 6 до приемника 7 время распространения от излучателя 6 до дополнительного приемника 8; разность времени распространения, т.е.

время распространения от приемника до дополнительного приемника 8.

С помощью переключателя 4 производится усреднение измерений за счет суммирования результатов десяти измерений двоично-десятичным счетчиком 24 и делением результата на десять путем переноса знака запятой на один разряд влево в индикаторе 25.

Устройство работает следующим образом.

Излучатель 6 и приемники 7 и 8 устанавливают на строительный материал 26 (строительное изделие) и вклю- чают устройство. Синхронизатор 1 вырабатывает короткие отрицательные импульсы частотой следования приблизительно 1 Гц, которые поступают на делитель 2 частоты, генератор 3 серии импульсов и на секции 4.1 и 4.2 переключателя 4 (фиг.2а). На эти же секции переключателя поступают импульсы с выхода делителя 2 частоты (фиг.26) и генератора 3 сгрии нмпуль сов (фиг.2в), С помощью переключателя 4 производится усреднение десяти показаний устройства. С секции 4.1 переключателя 4 на вход установки в ноль двоично-десятичного счетчика 24 поступают импульсы либо с выхода синхронизатора 1, либо с выхода делителя 2 частоты, т.е. каждый двенадцатый импульс синхронизатора 1. С выхода секции 4.2 переключателя на вход генератора 5 зондирующих импульсов, вход блока 12 установки нуля и первый вход формирователя 11 одиночного импульса поступают либ импульсы с выхода синхронизатора 1, либо серия импульсов с выхода генератора 3. Секция 4.3 переключателя 4 служит для переключения знака десятиной запятой в индикаторе 25. При положении переключателя 4, показанном на фиг.1J каждый импульс синхронизатора 1 возбуждает генератор 5 зондиру;-,гй;кх и т yльcoв и обнуляет счет- ЧН;: 24.

4fpe3 некоторое время на выходе 24 устанавливается информа- цио1П ый код, :оторый отображается иьщикатором 25. При другом положении переключателя 4 счетчик 24 обнуляетс через каждые двенадцать импульсов синхронизатора 1 (фиг.26), а генератор 5 зондирующих импульсов возбуждения серией из десяти импульсов, вырабатываемой генератором 3 (фиг.2в).

10

0

)5 5 Q 0

5

5

0

5

Таким образом, на входе счетчика 24 суммируется информация, возникающая после прихода каждого импульса из серии. Усреднение показаний происходит путем переноса десятичной запятой в блоке 25 индикации на один разряд влево.

Генератор 5 зондирующих импульсов с приходом каждого возбуждающего импульса вырабатывает пилообразные импульсы большой амплитуды (фиг.2г), которые воздействуют на излучатель 6, излучающий затухающие ультразвуковые колебания (УЗК) в строительный материал 26. Прошедшие через материал ультразвуковые колебания воспринимаются приемниками 7 и 8, преобразуются в электрические колебания (фиг.2д, е), усиливаются в усилителях-формирователях 9 и 10 (фиг.2ж,з) и поступают на секцию 13.1 переключателя 13. Кроме того, усиленные колебания с выхода усилителя 9 поступают на второй вход формирователя 11 одиночного импульса (фиг.2ж). На секцию 13.2 переключателя 13 поступают импульсы с выхода блока 12 установки нуля устройства (фиг.2и) и с выхода формирователя 11 одиночного импульса (фиг.2к). Переключатель 13 служит для выбора времени распространения УЗК от преобразователя 6 до преобразователя 7; времени распространения УЗК от преобразователя 6 до преобразователя 8; разности времен распространения УЗК принятых преобразователями 8 и 7.

Блок 12 установки нуля устройства задерживает импульсы, возбуждающие генератор 5 зондирующих импульсов на время задержки прохождения сигнала по цепям устройства и в контактах излучателя 6 и приемников 7 и 8 с материалом 26 (фиг.2и). Формирователь 11 одиночного импульса формирует из первого вступления УЗК, принятых приемником 7 и усиленных усилителем- формирователем 9, одиночные импульсы с частотой повторения импульсов, возбуждающих генератор 5 зондирующих импульсов (фиг.2к).

В положении переключателя 13, показанном на фиг.1, на входы формирователя 14 видеоимпульсов с секций 13.1 и 13.2 переключателя 13 поступают импульсы с блока 12 установки нуля (фиг.2и) и с усилителя-формирователя 9 (фиг.2ж), в результате чего на выходе формирователя 14 видеоимпульсов возникают импульсы длительностью, равной времени распространения первого вступления УЗК в материале от излучателя 6 до приемника 7 (фиг.2л). Во втором положении переключателя 13 на входы формирователя 14 видеоимпульсов поступают импульсы с блока 12 установки нуля (фиг,2и) и с усилителя-формирователя 10 (фиг.2з), в результате чего на выходе формирователя 14 видеоимпульсов возникают импульсы длительностью, равной времени распространения перво13760386

.ции 13.1 переключателя 13. С выхода селектора 17 сигнал поступает на установочный вход счетчика 16 (фиг.2о), а с выхода триггера 18 - на установочный вход счетчика 19 (фиг.2п). Коэффициенты пересчета (К) счетчиков 16 и 19 одинаковы и выбраны такими, что время от начала счета 10 до появления сигнала в последнем разряде счетчика много больше времени полной реверберации УЗК. На счетные входы счетчиков 16 и- 19 поступают счетные импульсы с периодом О,1 икс

го вступления УЗК в материале от из- (CL/) с выхода генератора 21 счетных

лучателя 6 до приемника 8.

В третьем положении переключателя 13 на входы формирователя 14 видеоимпульсов поступают импульсы с формирователя 11 одиночного импульса (фиг.2к) и с усилителя-формирователя 10 (фиг.2з), в результате чего на выходе формирователя 14 видеоимпульсов возникают импульсы, передний фронт которых соответствует моменту прихода первого вступления УЗК к приемнику 7, а задний фронт - моменту

импульсов. С момента-прихода сигналов на установочные входы счетчикрв 16 и 19 они начинают считать. По прО7- шествии времени t t К в послед20 нем разряде счетчика 19 возникает сигнал, который поступает на второй вход триггера 18 и переводит его в состояние Лог.1, что запрещает работу счетчика 19. В результате этого

25 на выходе триггера 18 возникает импульс длительностью t ,g 1сч К (фиг.2пХ На установочный вход счетчика 16 через селектор 17 поступает серия импульсов длительностью Тр и все время сбрасывает счетчик. По прошествии времени Тр счетчик 16 перестает сбрасываться, & через промежуток времени от начала - Счета в последнем разряде счетчика 16 возникает сигнал, который поступает на второй вход триггера 15 и переводит

прихода первого вступления УЗК к приемнику 8, т.е. длительностью, равной разности времен распространения УЗК в материале, принятых приемниками 8 и 7. В этом положении переключателя 13 исключается влияние времени за- держки прохождения импульсов, возбуждающих генератор 5 зондирующих импульсов по цепям устройства и в контактах излучателя 6 и приемников 7 и 8 с материалом 26. С выхода секции 13.1 переключателя 13 импульсов поступают на триггеры 15 и 18 с предустановкой и селектор 17. Триггеры 15 и 18 с предустановкой, селектор 17, счетчики 16 и 19, генератор 21 счетных импульсов и блок 20 вычитания образуют блок измерения времени полной реверберации УЗК. При включении устройства триггер 15 устанавливаетс в состояние О, а триггер 18 - состояние 1 .

Импульсы с выхода секции 13.1 переключателя 13 (длительность серии импульсов равна времени полной ревер берации Тр) поступают на первые входы триггеров 15 и 18 и устанавливают их в положения 1 и О соответственно (фиг.2н,и} фиг.2п). С выхода триггера 15 сигнал поступает на первый вход селектора 17, на второй его вход поступают импульсы с входа сек

импульсов. С момента-прихода сигналов на установочные входы счетчикрв 16 и 19 они начинают считать. По прО7- шествии времени t t К в последнем разряде счетчика 19 возникает сигнал, который поступает на второй вход триггера 18 и переводит его в состояние Лог.1, что запрещает работу счетчика 19. В результате этого

на выходе триггера 18 возникает импульс длительностью t ,g 1сч К (фиг.2пХ На установочный вход счетчика 16 через селектор 17 поступает серия импульсов длительностью Тр и все время сбрасывает счетчик. По прошествии времени Тр счетчик 16 перестает сбрасываться, & через промежуток времени от начала - Счета в последнем разряде счетчика 16 возникает сигнал, который поступает на второй вход триггера 15 и переводит

ПАИ

его в состояние О , которое через селектор 17 запрещает работу счетчика 16. Б результате этого на входе триггера 13 возникает импульс длительностью t ,j Тр + Ьсц К (фиг.2н). С выходов триггеров 15 и 18 импульсы поступают на входы блока 20 вычитаний, где производится вычитание из импульса длительностью t импульса длительностью t , , в результате чего на выходе блока 20 возникает импульс длительностью t 1 р -f-t(,-K - - - Тр (фиг.2р). Этот импульс поступает на переключатель 22. На этот же переключатель поступают импульсы с выхода формирователя 14 видеоимпульсов.

Переключатель 22 служит для выбора режимов работы устройства: измерение времени распространения УЗК в материале , измерение времени полной реверберации УЗК в материале.

7

С выхода переключателя 22 сигнал поступает на первый вход временного селектора 23, на второй вход которого поступают счетные импульсы с выхода генератора 21 счетных нмпулы- сов. На выходе временного селектора 23 возникает пакет счетных импульсов длительностью,равной длительности поступившего сигнала.

С выхода временного селектора 23 пакет счетных импульсов поступает на счетный вход двоично-десятичного счетчика 24. После окончания счета на вькоде двоично-десятичного, счетчика 24 устанавливается выходной код, поступающий на вход индикатора 25, который отображает десятичное значение выходного кода двоично-десятичного счетчика 24.

Формула изобретения

Устройство для ультразвукового контроля материалов, содержащее синхронизатор, последовательнг соединенные генератор зондирующих импульсов и излучатель, первый переключатель, последовательно соединенные первьм приемник и первый усилитель-формиро- ватель, второй приемник и второй усилитель-формирователь, первый счетчик и индикатор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения времени полной реверберации, оно снабжено последовательно соединенны

0

5

0

5

Q

5

ми делителем частоты, вход которого подключен к синхронизатору, генератором серии импульсов и вторым переключателем, последовательно соединенными формирователем одиночного импульса, третьим переключателем и формирователем видеоимпульсов, блоком установки нуля, первым селектором, выход которого подключен к входу первого счетчика, связанного выходом с индикатором, последовательно соединенными вторым селектором, вторым счетчиком, первым триггером, выход которого подключен к второму входу второго селектора, и блоком выч,ита- ния, последовательно соединенньми третьим счетчиком к вторым триггером, выход которого связан с установочным входом третьего счетчика и вторым входом блока вычитания, выход генератора счетных импульсов связан с вторыми входами первого селектора и второго и третьего счетчиков, выходы формирователя видеоимпульсов и блока вычитания и вход первого селектора подключены к первому переключателю, вьпсоды блока установки нуля, усилителей-формирователей, входы триггеров и второй вход второго селектора подключены к третьему переключателю, а выходы синхронизатора, делителя частоты и входы генератора зондирующих Р мпульсов, формирователя одиночного импульса, блока установки нуля и управляю Ц1 й вход и.чдикатора подключены к втором переключателю.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при контроле качества строительных материалов с помощью. ультразвука. Цель изобретения - рас- пшрение функциональньк возможностей за счет измерения времени полной реверберации ультразвука. Импульсы от синхронизатора 1 запускаю г генератор 5 зондирующих импульсов, а излучатель 6 излучает ультразвук в матери-. ал. С помощью переключателей 13 и 22 сигналы с приемников 7 и 8 ультразвука обрабатываются устройством по различным алгоритмам, измеряется время прохождения ультразвука в материале определенного расстояния (до приемников 7 и 8) или время реверберации ультразвука, в материале,, которое также характеризует свойства этого мате- с риала. Результаты измер-ений индицируются цифровым индикатором 25. 3 ил.