Способ ультразвукового контроля качества материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

(Л

с:

Изобретение относится к нераз- рушаимцему контролю качества материалов акустическими методами и может быть использовано для обнаружения дефектов структуры материалов. Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет учета уровня помех. В способе предварительно измеряют интенсивность акустических помех и с учетом последней определяют необходимую интенсивность зондирующих импульсов, обеспечивающую заданный уровень помехозащищенности. с

со

11

Изобретение относится к неразру- шающему контролю качества материалов акустическими методами и может быть использовано для обнаружения дефекто структуры материалов.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет учета уровня помех.

Сущность способа ультразвукового контроля качества материалов заключается в следующем.

Поток импульсов других колебаний акустической помехи по своей природе является стохастическим и может быть охарактеризован вероятностью Е () появления импульса помехи в i-и момент времени. Активные методы ультразвукового Контроля качества материалов, использующие в качестве зонди- РУЮ1ЦИХ случайную (псевдослучайную) последовательность импульсов упругих колебаний, также можно охарактеризовать вероятностью Р(1) возбуждения зондирующего импульса в i-и момент времени. Тогда вероятность Р совпадения импульса помехи и зондирующего импульса в i-и момент времени в случае независимости последних определится как Р« () Р (1) . Б этом случае, вероятность Р« несовпадения этих импульсов в i-й момент времени Р- 1 - Р. 1 - Р:;()(1) их несовпадения за

а вероятность Р

m тактовых импульсов Р 1 - Р(Й) xPjd) . Последнее выражение при Р С)- (1) : m (что и наблюдается на практике) можно переписать в виде

РГ. 1 - Р,(е)Р; (Dm.

Кроме того, потоки импульса помехи и зондирующего сигнала могут быт|з охарактеризованы интенсивностью N($) потока импульсов помехи и интенсивноетью N(1) потока,зондирующих импульсов. помехозащищенности Р Интенсивность N любого потока импульсов определяется как количество им40 ность зондирующих имп интенсивностью N(1), совпадения во времени импульсов и импульсов ся в соответствии с

При ультразвуковом ства материалов проше риал объекта контроля бания зондирующих имп маются и по их парам честве материала в пр Если в зоне прозвучи дефект структуры мат метр принятых упругих чается от параметров сов в бездефектной з Например, амплитуда сов, прошедших дефек чем амплитуда принят

пульсов п, зарегистрированных за интервал времени t, т.е. N -. Интервал времени t можно представить как число тактовых импульсов, следующих с периодом Т, т.е. t тТ, или через частоту следования тактовых импульm

t т. Тогда N

п t

п mt

nf --,0

п

так как - есть ни что иное как веро- m

ятность Р появления импульса за ин- терЬал времени t то интенсивность N можно представить выражением N Pf. В этом случае интенсивность N(1) возбуждения зондирующих импульсов определяется выражением N(1) P (l)f. Аналогично, интенсивность N() потока импульсов помехи N (А)

10

f 4 § () д- ко

личество импульсо)з помехи, зарегистрированных за время t. Из получен- ных выражений следует, что R(f) N($)/f и Р(1) N(l)/f.

Подставляя полученньш выражения для Р; (if) и Р-(1) в выведенное уравнение для Р

vn

РГ. 1-получаютN()N(ll

2

m.

а производя преобразования, получают выражение

(1 - Pn,)f N(1)

Величину Р

5(f)m можно интерпретиро

вать, как уровень помехозащищенности

дефектоскопического тракта при проведении ультразвукового контроля качества материалов.

Таким образом, измеряя уровень по- меховой обстанЬвки N() в зоне прозвучивания объекта контроля и назначая требуемьш уровень помехозащищенности Р (обычно на практике используется Р , 0,95), можно сформировать случайную (псевдослучайную) последовательность зондирующих импульсов с такой интенсивностью N(1), что вероятность совпадения во времени зондирующих импульсов и импульсов помехи находится в соответствии с заданным уровнем

помехозащищенности Р

При ультразвуковом контроле качества материалов прошедшие через материал объекта контроля упругие колебания зондирующих импульсов принимаются и по их параметрам судят о качестве материала в прозвученной зоне, Если в зоне прозвучивания находится дефект структуры материала, то параметр принятых упругих импульсов отличается от параметров упругих импульсов в бездефектной зоне прозвучивания Например, амплитуда принятых шпyль- , сов, прошедших дефектную зону меньше, чем амплитуда принятых импульсов в

бездефектной зоне, так как часть эне гии импульса рассеяна или отражена о дефекта.

Использование псевдослучайной по- следовательности зонднрзтощих импульсов с изменяемой в зависимости от уровня помеховой обстановки интенсив iHocTbio N(1) все же не гарантирует абсолютного несовпадения во времени импульсов помехи и зондирующих им- |пульсов, что сказывается на достоверности результатов ультразвукового контроля и на разрешающей способности |Способа ультразвукового контроля. Для устранения этого в предлагаемом способе ультразвукового контроля осуществляется накопление результатов единичных актов прозвучивания материала с последующей их статистической об- работкой.

Импульсы акустической помехи, воз- бужденные в материале объекта контроля и налагаемые на упругие зондирующие импульсы, являются случайным, мгновенные значения ампли уд которых распределены практически по нормальному закону с математическим ожиданием т- О и дисперсией 6 . Когда в объект контроля излучается случай- ная (псевдослучайная) последовательность из Z зондирующих импульсов, то при использовании накопления результатов единичных актов прозвучивания суммарная дисперсия & акустической помехи определится как Кй., где К - количество совпадений импульсов зондирующей последовательности импульсов с импульсами акустической помехи. Тогда отношение сигнал/шум q

и в точке приема импульсов зондирующей

последовательности выражается как

- Z Z а, Ка7 К %,- р- где q rj - отношение сигнал/шум

без использования накопления результатов единичных актов прозвучивания материалаJ А амплитуда принимаемого

зондирующего импульса; Р . - - вероятность совпадения зондирующего импульса с импульсом помехи за Z актов прозвучивания. Учитывая, что Z P(l)m, а Р 1 - т, величина отношения сигнал/ шум при использовании псевдослучай

ной последовательности зондирующих импульсов и накопления результатов единичных актов прозвучивания выражается соотношением

т-:

.Sill

- Яь-,, m

ИЗ которого видно, что использование предлагаемого способа обеспечивает

,тгрЛ)

соотношение сигнал/шум в Т р-

больше по сравнению со способами ультразвукового контроля качества материалов, в которых не использованы помехозащищенное возб эдение зондирующей последовательности импульсов и метод накопления со статистической оработкой результатов единичных актов прозвучивания материала.

.Практически статистическая обработка результатов единичных актов прозвучивания материала объекта контроля в какой-либо одной зоне прозвучивания может быть сведена к опреде-- лению Средней амплитуды

А,

1 Z

А..

где А - значение максимальной

амплитуды прошедшего че- рез материал и принятого В точке приема j-ro зондирующего 11мпульса (jfc-Z);

Z - количество.импульсов в псевдослучайной последовательности зондирующих импульсоз.

После прозвучивания некоторой зоны материала объекта контроля и опреде- ения значения А в этой зоне прозвучивания контролируются следуюа ие зоны материала объекта контроля и определяются значения А в этих зонах, по которым судят о наличии дефекта в зонах прозвучиваиия.

Способ осуществляют следупощим образом,

Предваритель-но измеряют интенсивность импульсов упругих колебаний акустической помехи в зоне контроля за заданный интервал времени, после чего в объект контроля последовательность зондирующих импульсов упругих колебаний в течение того же интервала времени с интенсивностью

f2 C1 p XT / Л -

-Я(-у-ш

где P - уровень помехозащищенности, характеризующий вероятность несовпадения импульсов помехи с зондирующими импульсами за задайный интервал времени;

интенсивность импульсов упругих колебаний акустически помех в зоне контроля за интервал времени, заданньй длиной последовательности из ш тактовых импульсов зондирования, следующих с частотой f,

принимают прошедшие через материал объекта контроля импульсы упругих колебаний и измеряют среднее значени амплитуд принятых импульсов, по величине которой судят о качестве материала. Дефекты в зоне контроля приводят к уменьшению указанного среднего значения амплитуд принятых импульсов .

Использование изобретения обеспечивает повышение достоверности контроля в условиях изменяющейся помехо- вой обстановки.

Формула изобретения

Способ ультразвукового контроля качества материалов, заключающийся в том, что в объект контроля излучаю

псевдослучайную последовательность импульсов упругих колебаний и принимают прошедшие через материал объекта контроля импульсы упругих колебаний, по параметрам которых судят о качестве материалов, отличающийся тем, что, с целью

повышения достоверности контроля, предварительно измеряют интенсивность импульсов колебаний акустической помехи в зоне контроля за заданный интервал времени, после чего в объект контроля излучают последовательность зондирующих импульсов упругих колебаний в течение того же интервала времени с интенсивностью

Mfo

Iil()- m

где Р

N, уровень помехозащ1 аценности, характеризующий вероятность несовпадения импульсов помехи с зондирующими импульсами за заданный интервал времени; интенсивность импульсов уп- ругих колебаний акустических помех в зоне контроля за интервал времени, заданный длиной последовательности из m тактовых импульсов зондирования, следующих с частотой f, I определяют среднее значение амплитуд принятых импульсов, по величине кото-с рого судят о качестве материала.