Устройство для измерения скорости ультразвука в материале Советский патент 1988 года по МПК G01N29/00 

4;: 60 О СП

00

Изобретение относится к оборудованию для неразрушающего контроля качества строительных изделий и материалов преимущественно из искусственно твердеющих смесей.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем измерения времени полного затухания ультразвука в материале.

На фиг. 1 ноказана структурная схема усгройства; на фиг. 2 - временные диа- i|),i его работы.

лЧмройство состоит из синхронизатора 1, формирователя 2 импульсов, генератора 3 зондирующих импульсов, излучающего г.ы зопреобразователя 4, приемного пьезопре- образователя 5, усилителя 6, триггера 7, формирователя 8 импульсов по фронтам сигнала, детектора 9, триггера 10 Шмитта, формирователей 11 и 12 импульсов, соответственно по задним и передним фронтам, триггера 13, таймера 14, формирователя 15 импульсов по задним фронтам сигнала, формирователя 16 видеоимпульсов, детектора 17, регистратора 18 и коммутатора 19.

Синхронизатор 1 своим выходом подклюмально замкнутый контакт секции А коммутатора 19 и, воздействуя на генератор 3, заставляют его вырабатывать отрицательные импульсь большой амплитуды (фиг. 2в), под действием которых излучающий пьезопреоб- 5 разователь 4 излучает в контролируемый материал затухающие ультразвуковые колебания (УЗК). Эти колебания воспринимаются приемным пьезопреобразователем 5, преобразуются в электрические (фиг. 2г) и

10 поступают в усилитель 6, где усили ваются по амплитуде и инвертируются по фазе, что необходимо для нормальной работы триггера 7 и детектора 9 (фиг. 2д). С выхода усилителя 6 колебания поступают на вход триггера 7 и на вход детектора 9. Триггер

15 7 из каждой положительной полуволны принятых колебаний формирует положительный импульс (фиг. 2е). Эти импульсы поступают на вход формирователя 8 импульсов, который из их переднего фронта форми20 рует короткие отрицательные импульсы (фиг. 2ж), которые поступают на нормально замкнутый контакт секции В коммутатора 19. Детектор 9 из принятых колебаний выделяет огибающую (фиг. 2з), которая поступает на вход триггера 10 Шмитта. Триггер 10 Шмитта

35

чей к формирователю 2 импульсов, выход 25 из огибающей принятых колебаний (фиг. 2з)

формирует положительный импульс, который по длительности соответствует полному затуханию принятых УЗК (фиг. 2и). Этот импульс поступает на входы формирователей 11 и 12 импульсов, где из переднего и зад- 30 него его фронтов формируются короткие отрицательные импульсы (фиг. 2к, 2л). С выходов формирователей 11 и 12 импульсов короткие отрицательные импульсы поступают на нормально замкнутые контакты секций А и В коммутатора 19 соответственно.

Триггер 13, таймер 14 и формирователь 15 импульсов выполняют функцию управляемой линии задержки. Работает такая линия следующим образом.

При поступлении на первый вход триггера 13 короткого отрицательного импульса на его выходе устанавливается высокий уровень напряжения, который разрещает работу таймера 14. По истечении некоторого времени, определяемого органами настройки таймера 14, на выходе таймера 14 возникает короткий отрицательный импульс, который поступает на второй вход триггера 13, в результате чего на его выходе устанавливается низкий уровень напряжения. Таким образом, на выходе триггера 13 возникает положительный импульс, временное положение переднего фронта которого определяется временным положением импульса, поступающего на первый вход триггера 13, а временное положение заднего фронта - положением органов насткоторого подключен к генератору 3 и нормально замкнутому контакту (для примера) одной секции (секция А) коммутатора 19. Выход генератора 3 связан с излучающим пьезопреобразователем 4. Приемный пьезо- преобразователь 5 связан с входом усилителя -6, выход которого подключен к входу триггера 7 и входу детектора 9. Выход триггера 7 через формирователь 8 импульсов связан с нормально замкнутым контактом лругой секции (секция В) коммутатора 19. Выход детектора 9 подключен к входу триггера И) Шмитта, выход которого связан с входами ({юрмирователей 11 и 12 Импульсов. Выходы формирователей 11 и 12 импульсов подключены к нормально разомкнутым контакта.м секций А и В, коммутатора 19 соответственно. Выход секции А коммутатора 19 подключен к первому входу триггера 13, 1М)1ход которого подключен к установочному входу таймера 14 и к входу формирователя 15 импульсов по задним фронтам сигнала. Выход таймера 14 подключен к второму входу триггера 13. Выход формирователя 15 импульсов связан с первым входом формирователя 16 видеоимпульсов, второй вход которого связан с выходом секций В коммутатора 19. Выход формирователя 16 видеоимпульсов через детектор 17 связан с регистратором 18.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизатор 1 вырабатывает прямоугольные импульсы положительной поляр40

45

50

ности (фиг. 2а), из переднего фронта которых гг ройки таймера 14. Импульс с выхода тригформирователем 2 импульсов вырабатываются короткие отрица. ьные импульсы (фиг. 26). Эти импульсы поступают на норгера 13 поступает на вход формирователя 15 импульсов, где из его заднего фронта формируется короткий отрицательный иммально замкнутый контакт секции А коммутатора 19 и, воздействуя на генератор 3, заставляют его вырабатывать отрицательные импульсь большой амплитуды (фиг. 2в), под действием которых излучающий пьезопреоб- разователь 4 излучает в контролируемый материал затухающие ультразвуковые колебания (УЗК). Эти колебания воспринимаются приемным пьезопреобразователем 5, преобразуются в электрические (фиг. 2г) и

поступают в усилитель 6, где усили ваются по амплитуде и инвертируются по фазе, что необходимо для нормальной работы триггера 7 и детектора 9 (фиг. 2д). С выхода усилителя 6 колебания поступают на вход триггера 7 и на вход детектора 9. Триггер

7 из каждой положительной полуволны принятых колебаний формирует положительный импульс (фиг. 2е). Эти импульсы поступают на вход формирователя 8 импульсов, который из их переднего фронта формирует короткие отрицательные импульсы (фиг. 2ж), которые поступают на нормально замкнутый контакт секции В коммутатора 19. Детектор 9 из принятых колебаний выделяет огибающую (фиг. 2з), которая поступает на вход триггера 10 Шмитта. Триггер 10 Шмитта

из огибающей принятых колебаний (фиг. 2з)

ройки таймера 14. Импульс с выхода триггера 13 поступает на вход формирователя 15 импульсов, где из его заднего фронта формируется короткий отрицательный импульс, задержанный относительно импульса, поступившего на первый вход таймера 13, на время, определяемое органами настройки таймера 14.

В работе устройства возможны два режима.

При положении коммутатора 19 произв- дится измерение времени распространения первого вступления ультразвуковых колебаний (УЗК) в контролируемом материале. На первый вход триггера 13 с выхода секции А коммутатора 19 поступает сформированный импульс синхронизатора 1. При помощи RS-триггера 13, таймера 14 и формирователя 15 этот импульс задерживается и поступает на первый вход формирователя 16 видеоимпульсов (фиг. 2м). На второй вход формирователя 16 видеоимпульсов с выхода секции В коммутатора 19 поступают импульсы формирователя 8 (фиг. 2ж). Формирователь 16 видеоимпульсов выполнен в виде триггера и поэтому на его выходе возникает положительный импульс, длительность которого равна времени распространения первого вступления УЗК за вычетом времени задержки импульса синхронизатора, определяемого органами настройки таймера 14 (фиг. 2н ). Органами настройки таймера 14 добиваются длительности импульса равной или меньше 1 мкс. Далее этот импульс детектируется детектором 17 (фиг. 2о) и измеряется регистратором 18, выполненным в виде вольтметра постоянного тока, шкала которого проградуирована в долях микросекунды.

При другом положении коммутатора 19 производится измерение времени полного затухания УЗК в контролируемом материале. На первый вход триггера 13 с выхода секции А коммутатора 19 поступает импульс, временное положение которого соответствует моменту первого вступления УЗК (фиг. 2,к). Далее при помош.и триггера 13, таймера 14 и формирователя 15 импульсов он задерживается и поступает на первый вход формирователя 16 видеоимпульсов (фиг. 2м ) На его второй вход с выхода секции В коммутатора 19 поступает импульс, временное положение которого соответствует времени полного затухания УЗК (фиг. 2л). На выходе формирователя 16 видеоимпульсов возникает положительный импульс длительностью, равной времени полного затухания .УЗК

за вычетом времени задержки импульса, соответствующего первому вступлению УЗК, определяемого органами настройки таймера 14 (фиг. 2н ). В дальнейшем работа устройства аналогична описанной ранее. 5В любом из режимов отсчет измерений

производится по положению органов настройки таймера 14 (тысячи, сотни, десятки, единиць микросекунд) и показанийм регистратора 18.

0.

Формула изооретения

Устройство для измерения скорости ультразвука в материале, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и излучаю5 щий пьезопреобразователь, последовательно соединенные приемный пьезопреобразователь и усилитель, формирователь видеоимпульсов и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и рас0 ширения функциональных возможностей за счет измерения также и времени полного затухания ультразвука, оно снабжено двухсекционным коммутатором, последовательно соединенными первым детектором, . вход которого связан с выходом усили5 теля, триггером Шмитта и формирователем импульсов по передним фронтам сигнала, выход которого подключен к первому контакту первой секции коммутатора, связанной перекидным контактом с первым входом формирователя видеоимпульсов, после0 довательно соединенными первым триггеро.м, вход которого связан с выходом усилителя, и формирователем импульсов по фронтам сигнала, выход которого подключен к второму контакту первой секции коммутатора, последовательно соединенными таймером, вторым триггеро.м, второй вход которого подключен к перекидному контакту второй секции коммутатора, а выход - к входу таймера, и первым формирователем и.мпуль- сов по задним фронтам сигнала, выход

0 которого связан с вторым входом формирователя видеоимпульсов, включенным между выходом последнего и входом регистратора вторым детектором и вторым формирователем импульсов по задним фронтам сигнала, включенным между выходом триггера

5 Шмитта и первым контактом второй секции коммутатора, второй контакт которой подключен к выходу синхронизатора.

5

-,J / f x/vVv

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при неразрушающем контроле качества материалов ультразвуковым методом. Цель изобретения - повышение точности измерения скорости ультразвука в материале и расширение функциональных возможностей за счет измерения также и времени полно;) хания ультразвука в материале. В одио .: положении коммутатора 19 синхроимпульсы поступают на излучаюш.ий пьезопреобразо- ватель 4 и на первый вход формирователя 16 видеоимпульсов, второй вход которого подключают к выходу приемного пье;и1лрс- образователя 5 через усилитель 6, триггер 7и фор.мирователь 8 импульсов по фронтам сигнала. Выходной сигнал формировате, 1я 16 видеои.мпульсов детектируют и регистрируют. 8другом положении коммутатора 19 сигнал с приемного пьезопреобразователя 5 усиливается, детектируется и подается на триггер 10 Шмитта, из выходного сигнала которого но передним и задним фронтам формируют короткие импульсы. Они поступают на входы формирователя 16 видеои.мнульсов, выходной сигнал с которого детектируется и регистрируется. 2 ил. о (Л

ПППП

Ж

плл:

ZL

...L«

-A/V пппп

Г1

/iz:

Zl....

j..

:г

г

я