Ультразвуковой дефектоскоп Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

со

СХ) ел

о

О5

NI

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля материалов и изделий в машиностроении, энергетике и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повьшение достоверности и производительности контроля за счет учета фактической зависимости чувствительности преобразователя от расстояния до дефекта и его диаметра.

На фиг. 1 представлена блок-схема ультразвукового дефектоскопа; -на фиг. 2 - аналоговая схема слежения за качеством акустического контакта; на фиг. 3 - схема слежения за амплитудой донного сигнала; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие рабо- ту устройства.

Ультразвуковой дефектоскоп срдер- жит последовательно соединенные синхронизатор 1 и распределитель 2 импульсов, п ультразвуковых преобразо- вателей 3-5, п генераторов 6-8 возбуждения ультразвуковых колебаний, подключенных своими входами к соответствующим выходам распределителя 2 импульсов, а выходами - к соответст- вующим ультразвуковым преобразователям 3-5, последовательно соединенные коммутатор 9, первые п входов которого подключены к соответствующим ультразвуковым преобразователям 3-5, а входы с п+1 по 2п - к выходам с 1 по п распределителя 2 импульсов соответственно, где ,...,N, последовательно соединенные логарифмический усилитель 10, детектор 11 и пиковый детектор 12, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора 1, последовательно соединенные вькодной регистр 13 и компаратор 14, формирователь 15, подключенный входом к вы- ходу синхронизатора 1, а выходом-.- к третьему входу пикового детектог ра 12 и к второму входу выходного регистра 13, последовательно соединенные входной регистр 16, оперативное запоминающее устройство 17, цифроана- логовый преобразователь 18 (ЦАП), интегратор 19 и масштабный усилитель 20 выход которого подключен к второму входу детектора 11, тактовый генера- тор 21, входы которого подключены к соответствующим выходам распределителя 2, а выход - к второму входу оперативного запоминающего устройства 17, аналого-цифровой преобразователь 22, первым входом подключенный к выходу пикового детектора 12, а выходом - к входу выходного регистра 1 3 .

Дефектоскоп содержит регулируемый источник 23 опорного напряжения, последовательно соединенные пиковый детектор 24 донного сигнала, первый вход которого подключен к выходу детектора 11, а второй вход - к второму выходу формирователя 15, интегратор 25 донного сигнала, сумматор 26, второй вход которого подключен к регулируемому источнику 23 опорного напряжения, а выход - к второму входу масштабного усилителя 20, и схему 27 совпадения, первый вход которой подключен к второму выходу формирователя 15, второй вход - к выходу компаратора 14, а выход - к третьему входу пикового детектора 24 донного сигнала.

Дефектоскоп содержит последовательно соединенные преобразователь 28 код - адрес, вход которого подключен к второму выходу выходного регистра 13, второе оперативное запоминающее устройство 29, второй цифроанало- говый преобразователь 30, выход которого подключен к второму входу масштабного усилителя 20, и схему 31 совпадения j первый вход которой подключе

к второму выходу формирователя 15, I ,

второй вход - к выходу компаратора 14, а выход - к третьему входу выходного регистра 13.

Ультразвуковой дефектоскоп (фиг.1 работает следующим образом.

Синхронизатор 1 вырабатьшает синхронизирующие сигналы для отдельных блоков дефектЪскопа. На выходе синхронизатора 1 включен распределитель 2 импульсов, коммутирующий синхроимпульсы по каналам таким образом что первый синхроимпульс, поступающий с выхода синхронизатора 1, запускает первый генератор 6 возбуждения ультразвуковых колебаний, второй синхроимпульс - второй генератор 7 и т.д. После прихода п-го синхроимпульса, запускающего п-й генератор 8, цикл вновь повторяется.

Каждый генератор (6-8) возбуждает соответствующий ультразвуковой Преобразователь (3-5) и последний посылает импульс ультразвука в контролируемое изделие (не показано). Отраженные от неоднородностеи материала сигналы принимаются тем же или другим преобразователем и через коммутатор 9 подаются к входу логарифмического усилителя 10. Коммутатор 9 управляется сигналами распределителя 2, обеспечивая последовательное прохождение принятых отраженных сиг- налрв с соответствующих преобразователей (3-5). Усиленные логарифмическим усилителем 10 с широким динамическим диапазоном сигналы поступают на детектор 11.

Известно, что преобразователь каждого типа характеризуется своей АРД-диаграммой, определяющей зависимость чувствительности преобразователя от расстояния до дефекта и его диам етра, т.е. чувствительность электроакустического преобразователя неодинакова при разной глубине залегания дефекта, особенно в ближней зоне.

Для индивидуального выравнивания чувствительности каждого преобразователя с помощью известного у стройст- ва ввода-вывода ЭВМ (не показано), через входной регистр 16 в ОЗУ 17

ТОБОЙ частоты. В состав тактового генератора 21 входит счетчик адреса (не показан), который с тактовой частотой начинает опрос ОЗУ 17.

При поступлении первого адреса (т.е. начальной точки КВЧ) в ОЗУ 17 из него в виде цифрового кода выдается информация об амплитуде начальной точки, поступающая на ЦАП 18, где она преобразуется в аналоговый сигнал. В следующий момент (определяется тактовой частотой) счетчик адреса выдает второй адрес, т.е. адрес второй точки КВЧ и т.д. Так как ЦАП 18 вьщает аналоговый сигнал в ступенчатом виде, на его выходе включен интегратор 19, сглаживающий эту кривую. Сформированная таким образом КВЧ подается на масштабный усилитель 20 с регулируемым усилением, с выхода которого, усиленная до необходимой величины, она подается на детектор 11, на первый вход которого поступает сигнал с логарифмического усилителя 10. В детекторе 11 оба напряжения (сигнал с выхода усилителя 10 и напряжение КВЧ с вьшода блока 20) алгебраически складываются и

Изобретение относится к нераз- ру.шающим испытан иям ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля материалов и изделий. Цель изобретения - повышение достоверности и производительности контроля за счет учета фактической зависимости чувствительности преобразователя от расстояния до дефекта и его диаметра и качества акустического контакта. В дефектоскопе осуществляется выравнивание чувствительности каждого преобразователя 3-5 с помощью оперативного запоминающего устройства 17, цифроаналогового преобразователя 18, интегратора 19 и масштабного усилителя 20, сигнал с выхода которого поступает на второй вход детектора 11, что повьш1ает . достоверность и производительность контроля. 2 з.п. ф-лы. 4 ил. i СО

дефектоскопа, в цифровой форме запи- на его выходе появляется сигнал.

40

сываются кривые выравнивания чувствительности (далее - КВЧ) для используемых в данном режиме контроля преобразователей. В случае использования дефектоскопа совместно с ЭВМ в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) после; ней (не показано) могут быть записаны кривые выравнивания чувствительности для всех типов (конкретных образцов) используемых и имеющихся в наличии преобразователей, что особенно важно в многоканальных установках, разные каналы которых могут работать с разными типами преобразователей. Тогда в каждом конкретном случае контроля из ПЗУ ЭВМ в ОЗУ 17 дефектоскопа переписываются нужные кривые. В ОЗУ 17 хранится информация об амплитуде каждой точки КВЧ в функции от временного положения этой точки.

Тактовый генератор 21 запускается синхроимпульсом, соответствующим на-- чалу каждого цикла в случае контактного варианта контроля или в. случае иммерсионного варианта - первым по- верхностньгм импульсом, который выделяется известными способами (не показано), и вырабатывает импульсы так45

50

55

ответствующий принятому преобраз телем 3, но с учетом КВЧ. Далее подается на пиковый детектор 12, третий вход которого подается ст импульс зоны контроля с выхода ф рователя 15. Напряжение с выхода кового детектора 12, соответству максимальной амплитуде зхосигнал дефекта выделенной строб-импульс зоны контроля, поступает вход АЦП 22, где преобразуется в соот ствующий цифровой код, который ч выходной регистр 13 поступает на вый вход компаратора 14, на втор вход которого с известного устро ввода-вывода ЭВМ (не показано) в ден цифровой код порога регистра При превьппении дефектом порога р страции на выходе компаратора .14 является сигнал о наличии дефект

Сброс пикового детектора 12 о ществля.ется очередным синхроимпу сом по его второму входу. Запись выходной регистр 13 может, напри осуществляться по заднему фронту строб-импульса зоны контроля, по пающему на его второй вход.

С приходом следующего синхрои пульса на один из п входов такто

со на его выходе появляется сигнал.

0

5

0

5

ответствующий принятому преобразователем 3, но с учетом КВЧ. Далее он подается на пиковый детектор 12, на третий вход которого подается строб- импульс зоны контроля с выхода формирователя 15. Напряжение с выхода пи-, кового детектора 12, соответствующее максимальной амплитуде зхосигнала от дефекта выделенной строб-импульсом зоны контроля, поступает вход АЦП 22, где преобразуется в соответствующий цифровой код, который через выходной регистр 13 поступает на первый вход компаратора 14, на второй вход которого с известного устройства ввода-вывода ЭВМ (не показано) введен цифровой код порога регистрации. При превьппении дефектом порога регистрации на выходе компаратора .14 появляется сигнал о наличии дефекта.

Сброс пикового детектора 12 осу- ществля.ется очередным синхроимпульсом по его второму входу. Запись в выходной регистр 13 может, например, осуществляться по заднему фронту строб-импульса зоны контроля, поступающему на его второй вход.

С приходом следующего синхроимпульса на один из п входов тактового генератора 21 в данном цикле (т.е. с началом работы другого канала) или с приходом следующего поверхностного импульса счетчик адреса осуществляет переход по адресу первой точки следующей кривой выравнивания чувствительности для данного сочетания передающего и приемного преобразователей.

Дефектоскоп, как частньй случай, может работать в одноканальном варианте. В этом случае надобность в коммутаторе и распределителе отпадает.

Таким образом, использование пред- которого подается опорное напряжение,

варительно записанных в ОЗУ 17 кривых выравнивания чувствительности позволяет точно подобрать необходимую кривую для каждого используемого превеличину которого можно регулировать в необходимых пределах. При заведомо хорошем акустическом контакте, т.е. при настройке установки, опорное наобразователя и сочетания их, что поз-20 пряжение выбирают, например,таким.

чтобы напряжение на выходе сумматора 26 было равно нулю. Тогда масшта HbDi усилитель 20 передает КВЧ без смещения ее уровня по постоянному напряжению. В случае ухудшения акус тического контакта, т.е-, когда и до ный сигнал, и сигнал от возможного дефекта уменьшаются, на выходе сумм тора 26 появляется напряжение, пост пающее на второй вход масштабного усилителя 20, т.е. напряжение смеще ния, в результате чего КВЧ понижае ся и амплитуда уменьшившихся сигна лов на выходе детектора 11 возраста ет до прежнего значения, т.е. проис ходит автоматическая компенсация ухудшения акустического контакта.

воляет более точно скомпенсировать изменение чувствительности преобразователей по глубине, повысить достоверность контроля и качертво контролируемых изделий.

Устройство .(фиг. 2) работает следующим образом. Усиленные и скомпенсированные с помощью КВЧ сигналы с детектора 11 (фиг, 4а) поступают на вход пикового детектора 12. На его третий, стробирующий, вход с формирователя 15 поступает строб-импульс зоны контроля (фиг. 46). Выделенный с помощью пикового детектора 12 сигнал от дефекта (фиг.4в) проходит дальнейшую обработку согласно вышеописанному. Сброс пикового детекто- ра 12 осуществляется очередным синхроимпульсом по его второму входу (см, фиг, 4в),

Сигналы с детектора 11 поступают также на первый вход пикового детектора 24 донного сигнала, на второй, стробирующий, вход которого поступает строб-импульс донного сигнала (фиг,4г). При этом, очевидно, действие кривой выравнивания чувствительности должно по времени оканчиваться до прихода донного сигнала, так что последний поступает на вход пикового детектора 24 без амплитудной коррекции. Сброс пикового детектора 24 осуществляется по сигналу, соответствующему переднему фронту строб-импульса донного сигнала, поступающего с второго выхода формирователя 15 через схему 27 совпадения (фиг.4е). Причем на ее втором входе поддерживается уровень логической 1 с выхо

да компаратора 14 (фиг.4д), что обеспечивает прохождение строб-импульса через схему 27 совпадения, (Условия появления логической 1 на выходе компаратора 14 будут рассмотрены ниже). Сигнал с выхода пикового детектора 24, соответствующий амплитуде донного сигнала (фиг. 4ж), сглаживается интегратором 25 донного сигнала в непрерывную кривую (фиг.4и), С выхода интегратора 25 донного сигнала эта кривая поступает на первый вход сумматора 26, на второй вход

которого подается опорное напряжение,

величину которого можно регулировать в необходимых пределах. При заведомо хорошем акустическом контакте, т.е. при настройке установки, опорное на0 пряжение выбирают, например,таким.

5

0

5

0

5

0

5

чтобы напряжение на выходе сумматора 26 было равно нулю. Тогда масштаб- HbDi усилитель 20 передает КВЧ без смещения ее уровня по постоянному напряжению. В случае ухудшения акустического контакта, т.е-, когда и донный сигнал, и сигнал от возможного дефекта уменьшаются, на выходе сумматора 26 появляется напряжение, поступающее на второй вход масштабного усилителя 20, т.е. напряжение смещения, в результате чего КВЧ понижается и амплитуда уменьшившихся сигналов на выходе детектора 11 возрастает до прежнего значения, т.е. происходит автоматическая компенсация ухудшения акустического контакта.

На практике может встретиться случай, когда при хорошем акустическом контакте донный сигнал уменьшается из-за достаточно большого, протяженного или близкорасположенного дефекта. При этом амплитуда сигнала от дефекта может превьшгать амплитуду донного сигнала. Это может вызвать ложное срабатывание устройства. Во избежание этого с выходного регистра 13 сигнал от дефекта в цифровом коде поступает на первый вход компаратора 14. На его второй вход с известного программатора (не показан) или устройства ввода-вывода ЭВМ (не показано) введен цифровой код, соответствующий амплитуде такого условно максимального дефекта, при превьше- нии которого амплитуда донного сигнала уменьшается. В случае, когда обнаруженный в изделии дефект меньше условно принятого максимального де

.7

фекта, на выходе компаратора 14 присутствует сигнал логической 1, что обеспечивает работу устройства в описанном режиме - автоматической компенсации изменения качества а|сусти- ческого контакта.

Если обнаруженньш дефект превьпна- ет условный максимальный дефект, то на .выходе компаратора 14 появится уровень О, что закроет схему 27 совпадения и строб-импульс донного сигнала, не попадет на третий вход пикового детектора 24 донного сигнала и, следовательно, не сбросит его в результате чего информация на выходе пикового дефёктора 24, а следовательно, и на выходе сумматора 26 не изменится, т.е. .устройство не прореагирует на изменение амплитуды донного сигнала, вызванное крупным дефектом.

Таким образом, устройство позволяет автоматически производить компенсацию изменения качества акустического контакта в каждом такте без участия оператора, что особенно важно в многоканальных автоматизированных установках контроля, причем описанная схема позволяет производить дальнейший контроль при ухудшенном качестве акустического контакта. Кроме того, устройство не реагирует на изменения донного сигнала, вызванные крупными дефектами, что исключает его ложное срабатывание, повышает достоверность и производительность контроля и, как следствие, качество контролируемых изделий.

Устройство (фиг.З) работает следующим образом. Усиленные и скомпенсированные с помощью КВЧ сигналы с детектора 11 поступают на вход пикового детектора 12. На его второй.

стробирующий, вход с формирователя мация о котором поступила с оператив-.

последовательно поступают строб-импульсы зоны контроля и донного сигнала. Сброс пикового детектора 12 производится по его второму входу по фронту.очередного строб-импульса. С выхода пикового детектора 12 сигналы попадают на АЦП 22, где преобразуются в цифровую форму и поступа- ют на информационную шину выходного регистра 13.-Код, соответствующий сигналу от дефекта, записывается в первую ячейку выходного регистра 13 по заднему фронту строб-импульса зоны контроля, поступающему на второй

50

55

ного запоминающего устройства 29.

В процессе работы в случае нормального акустического контакта и отсутствия крупных дефектов амплитуда донного сигнала практически не изменяется, что обеспечивает неизменность информации во второй ячейке выходного регистра 13. С ее второго выхода она поступает на преобразователь 28 код - адрес, где преобразуется в адрес, поступающий в оперативное запоминающее устройство 29, и на выход последнего поступает информация об уровне постоянной составляющей напря0

j

вход записи в первую ячейку с третьего выхода формирователя 15. Код, соответствующий донному сигналу, записывается во вторую ячейку выходного , регистра 13 по заднему фронту строб- импульса донного сигнала, поступающему на третий вход записи во вторую ячейку регистра 13 с второго выхода формирователя 15 через схему 31 совпадения. При этом на ее втором входе поддерживается уровень логической 1 с выхода компаратора 14, условия появления которого рассмотрены ниже.

Таким образом, в каждом такте в выходном регистре 13 оказываются записанными цифровые коды сигнала от возможного дефекта и донного сигнала, причем сигнал от дефекта приходит 0 обработанным с помощью КВЧ, а донный сигнал - в чистом виде, т.е. КВЧ

по времени блокируется раньше прихода донного сигнала.

В оперативное запоминакяцее устройство 29 с помощью известного программатора или устройства ввода-вывода ЭВМ (не показаны), подключаемые к его второй информационной шине, записывается информация об уровнях смещения КВЧ по вертикали, т.е. информация о постоянной составляющей КВЧ. При подаче на первую адресную шину оперативного запоминающего устройства 29 . определенного адреса из него считывается цифровой код, записанньй по этому адресу, попадает на ЦАП 30, где преобразуется в аналоговый сигнал и поступает на второй вход масштабного усилителя 20, на первый вход которого поступает КВЧ с интегратора 19 (фиг. 1). Масштабный усилитель 20 в этом случае не только усиливает КВЧ, но и производит необходимое смещение ее по постоянному напряжению, информация о котором поступила с оператив-.

ного запоминающего устройства 29.

В процессе работы в случае нормального акустического контакта и отсутствия крупных дефектов амплитуда донного сигнала практически не изменяется, что обеспечивает неизменность информации во второй ячейке выходного регистра 13. С ее второго выхода она поступает на преобразователь 28 код - адрес, где преобразуется в адрес, поступающий в оперативное запоминающее устройство 29, и на выход последнего поступает информация об уровне постоянной составляющей напряжения КБЧ, Далее она преобразуется с помощью ДАЛ 30 и поступает на второй вход масштабного усилителя 20. При ухудшении акустического контакта- амплитуда донного сигнала уменьшается и во вторую ячейку выходного регистра 13 записывается другая информация, соответствующая новой, уменьшившейся амплитуде донного сигнала. Эта новая информация преобразуется в новый адрес, в результате чего из оперативно го запоминающего устройства 29 будет считан новый код, соответствующий новому, пониженному уровню смещения КВЧ по постоянному напряжения. В итоге КВЧ изменится настолько по уровню постоянной составляющей, что амплитуда сигналов от дефектов на выходе детектора 11 восстановится до прежнего значения.

На практике может встретиться слу- чай, когда при хорошем акустическом контакте амплитуда донного сигнала уменьшается из-за достаточно большого, протяженного или близкорасположенного дефекта. При этом амплитуда сигнала от дефекта по абсолютной величине может превысить амплитуду донного сигнала. Во избежание ложного срабатывания устройства в этом случае с ячейки выходного регистра 13 код, соответствующий сигналу от дефекта, поступает на первый вход компаратора 14. На его второй вход с известного программатора или устройства ввода-вывода ЭВМ (не показаны) введен цифровой код, соответствующий амплитуде такого условно максимального дефекта, при превышении которого возможно уменьшение амплитуды донного сигнала. Когда обнаружен- ньй в изделии дефект меньше условно принятого максимального дефекта, на выходе компаратора 14 присутствует сигнал логической 1, что обеспечивает работу устройства в вьш1е описанном режиме автоматической компенса-- ции изменения качества акустического

контакта.

1 --

Если обнаруженный дефект превьш1а- ет условньш максимальный дефект, то на выходе компаратора 14 появится уровень О, что закроет схему 31 совпадения и строб-импульс донного сигнала не попадет на третий вход записи во вторую ячейку выходного регистра 13, в результате чего информация на ее выходе не изменится и не

5064 О

произойдет смещения КВЧ по уровню постоянного напряжения, т.е. устройство не прореагирует на изменение амплитуды донного сигнала,- вызванное крупным дефектом. ;

Таким образом, устройство позволяет автоматически, без участия оператора, производить компенсацию изменения качества акустического контакта . в каждом такте путем коррекции КВЧ ..по уровню постоянного напряжения, восстанавливая амплитуды принятых сигналов на входе регистрирующих устройств (не показаны) до первоначального значения, т.е. до значения прио нормальном акустическом контакте, что особенно важно для повьш1ения производительности контроля в автоматизированных установках с применением ЭВМ. Кроме TorOj устройство не реагирует на изменения донного сигнала, вызванные крупными дефектами, что исключает его ложное срабатывание.

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

запоминающим устройстном, цифроанало- говым преобразователем, интегратором и масштабным усилителем, выход которого подключен к второму входу детектора, тактовым генератором, п входов которого подключены к соответствующим выходам распределителя, а выход - к второму входу оперативного запоминающего устройства, аналого-цифровьм преобразователем, первым входом подключенным к выходу пикового детектора, а выходом - к входу выходного регистра.

От синхрони- зото/за f

От НОН ffу- тотораз

8506412

к регулируемому источнику опорного напряжения, а выход - к второму входу масштабного усилителя, и схемой совпадения, первый вход которой подключен к второму выходу формирователя, второй вход - к выходу компарато10

15

20

ра, а выход - к третьему входу пико- во,го детектора донного сигнала.

От инте spafnopafS

фие. 2

От низатс аТ

От татвро 9

От интерероторо 19

фие.З

дс

зи

зи

iirlll

s л

a

д

TL

n

и

Фиг k

l

Z.

3ff

ДС L

TL

JT

- t

FT