Многоканальное устройство регистрации пиков акустико-эмиссионных сигналов Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано для контроля развивающихся дe JJeктoв и регистрации пи- Ков акустико-эмиссионных (АЭ) сигна- hoB.

Цель иэoбpeтe вдя - повьипение точности и расшир- ние динамического диапазона регистрат ии сигналов акустической эмиссии за счет привязки .: фронтам сигнала, соответствуюпшм разным типам волн.

11л фиг. 1 изображена структурная схема многоканального устройства регистрации пиков акустико-эмиссионньк сигналов; на фиг. 2 - пример вьт у1нения амплитудного дискриминатора; на фиг, 3 - пример выполнения формирователя импульсов записи.

Многоканальное устройство регистрации пикон акустико-эмиссионлых сигналов содержит несколько измерительных каналов, кажлый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь 1, усилитель 2 и детектор 3 огибающей и последовательно соединенные источник 4 постоянного напряжения и компаратор 5, последовательно соединенные амплитудный дискриминатор 6, первый одновибратор 7 и счетчик В адреса, последовательно соединенные второй одновибратор

ел

о

vj

00

3lVil7

и триггер 10 злг;роса, и огичис in i всех . по1) форьчирователь 11 г ттуль- сов запм :и, мультиплексор 12 пдрес, счетчик 13 каналов, лослсдовптельио , соединен гып анггпогсувый коммутат-.р 14, анапого-гр1фропой преобраяопате ть (АЦП) 15 и nepDbrii блок 16 памяти, последовательно соединеинме : ада1 5пц11| генератор 17, счетчик 18 времени и IQ второй блок 19 памяти, и p.vt ог 20, выход детектора 3 соединен с входом агтлитудиого дис1) бис вторым входом к6 лtapaтcoэ 3. выход котпро о соединен с пхоп.ом ii.o - ;5 рого одновибратора 9, выхо;1 -риггора 10 запроса соединен с иход г; ; ап|1Г;тя. амплитудного ,i.иcкpи lнaтop l i . t сброса триггера 10 об ,i ;rii;an С входа-ми сброса счетчика 8 :1,,р:;:сч, О амплитудного дискриминатора i и де- тактора 3, вьг;од счетчика 13 л налов подключен к вхолам аналогоо .)Го ;:ом- мутатора 14, форьшровагаая 11 мпуль-- сов записи и к входам упраялеи ня

мультиплексора 12 адреса, и р. гистра- тора 20, информащюиные входы аняло- кoм Г| тaтopa 14 подклкг ены к выходам детекторов .3 каждого ка-- нала, первая j-pynna т ходов ф ркя ровя- 3 i теля 11 импульсов записи подк.чю м;а соответственно к РЫХО; ам амплитуд- ньк дискримянатопов 6 калилого капала. выход фор№-1рователп 1 1 импуаьссп записи соединен с трнчовь ги и-ходам г первого 6 и пторого 19 блокон гпмятг, информационные входил rr«;fjT r neiC opa 12 адреса соец мтены .етсп -ч пно С выходам 1 сч тт-п ков С .. т/-яя (|. Го канала, выход мультиплексора а/тре-,ri са соединен с адресны п1 -очодаг;, п-.рВОГО 16 и второго 19 П-1,,Я. И,

выход задаюг ггс геи -рзтср п 17 под- ключей к пхочу ,:: С--тчика. 13 и к TaKTonofiy г:оду АЩ 15. л.-.ггоды первого 16 и пгорого 19 6лткоо памяти подкнтрючь ccc B TCTflot fo к neji вому и р,тор(1 П, ш фпр ацио ип;

регистратор;; ;0, .оц ,, трчг . 10 запроса ка чаг.;1л;.| по, п---;

СООТВеТС .ЧО к ( - r air n; :П

входам г г;;|- гр-то: -ч 20 м к гт -рБ..г- управля 1 г.-х .- ---г-: - адреса, пходь- тоаггспор 10 запроса ка-клого кг-нял-- гкчг ч: к соответст 1 .попгим vпpawляюг u т.г-и.,.,м регистратор,- /С,, а топуя -рукич м- равЛЯЮ -тх Г; , ion;О - .д ., -Jj;:- чена соотао . с i- xi i:iM

4

) г:;- му.ль г iii iC-h4-.opa 12 адреса. 11-:1зн пяг-г .1-2 t и 25-27 обозначены г--. пг.|ды а.м) пп у,1:п1-о длг криминатора 5 и t;i(;i-.мнроваГС--, м имттульсси записи .

/..--кип-; ГУ,I Г и л,fcкp. чатор 6 может бьггтт liinT.iJiHHK иь послеговательно сое- д UiУ I: lx операционного усилителя (ОУ) 28 и лом. пра; ора 29, вход которого го(.,1Н : : пи- 5Й лулел го по нциала, ;j вьи-:од лшии-.то; выходом 24 амплитуд- т-ого y иcкpJ; Лlнятopa 6. Кроме этого, cxf : сода; --n:i полевые трлн исторы Ш и 51, дмпу,,. 32 и 33, резисторы . я кондснсг.тг1п 39, при этом сток j-p-. ii-j4( i лсис.оединеи к плюс/ Г -(01ип1:са п г:а; И), иггок чсре.ч рези- ( r;ip 3 | ffr-Mc-..ндинен к корпусу, я зат- L Ji сс едггикл f l- сток--)м 7:ранзчстора

-тодом ,0 :панод которого

с гор я

. -. р

т 10«ет б кл лалг-.

1-осли -:-н с В ,lr, - ОУ 28 и катодом , 33, Пс , лк гр,- няис гора 30 соед--.З1му jMj а ча гвор является / - ,1, IlopnLie вмлоды резиi,i- и конд шсатс. ра 39 сосдинею I :,-, ro ioM диогу; 33, а ), -: вторые вы- 10,111- ..,орлиие 1)| ., : .ti;)i:;. -:ом, Неинвер- ,,и.| у|;,1гшч иход 0,У I U , .--единен с кор- ip coty а к стт инт:-- ф1п;рующему р.-соду JTO K о . у,н- .--ь плод л,1;од,1 32 и первые

ИМ:.|-,):Ы D-L-iIf -rni ив б-ЗВ, при этом .1-1-,. ТЬ ЧГ Д печи --7 |ф,- 36 .ЧВЛяеТСЯ

p: o;i,oi i : e:f:.:i. Р/тг.роГ- вырод резч- ,: гг-| -оел ИС с истоком транзи, а Ш огхл резистора

22 ,

onarsvib им;1у ьсов запис

; -, :1 , из N (по ЧИС-ПУ

i;v: (-Nia) nepBiiK АО и i. горых ; n-TpiT ra .jo; , :л;.ме11га ИЛИ 42 и ,-о-ра - -:. .санала, БХОД к.г. .:if ся чходом 27 фори- - рсва- М.1Я i. л гыходы госдинены с

C--J,vKfvt;rtf. чг- ;(:;-;; григ. 41 СООТ-

TUI1ЧП К- lan; И С -г ходами FT .рь.ч г;г- т-у. ов 41 с 1 и - ром, на aiun . -oi-rij,.;M номера дгтгифрируе- --: 1го 1 ) f-i,-,тчe С-г::-:о;:ы первых ;---и : ; .fjp -О .aT пходагзч 25 фор I , нходы ,.-ых тригг ,,:i ;. e ;,i.i с iU ircoi 5сточ1 .ика

S--4-: этих тригге- i- - j; -. uvepcHi-ii. ci вьсходами If г;:- -ч: ч1, Прямъзе выходы тт iii-r ynsn - ) ,соел1л,-;ены с n t р.- -.р -гх Tpiir.repo)j 41, пря- , -:-j- (--,-г-г.I. -;: приссецинены к -1 ,i -i-:-n-i , nilli 42, выход котор -тя,

-., i -fi

n--:prn--rv.

5

го служит пмходом 26 форг-шропятепя 11 импульсов дапньгх,

УстроПстро работает 6П раэом.

Сигналы акуст} ческой эмиссии в каждом из N-каналов приема принимаюся акустическим преобрлтователем 1, усиливаются усилителем 2 в заданной полосе частот и поступают на вход

детектора 3, которьй вьщеляет огибающую АЭ-сигнала. С пыхода детектора 3 сигнал поступает на входы амплитудного дискриминатора 6 и компартора 5. Амплитудный дискриминатор 6 при поступлении на его вход фрагмента сигнапа с а -тлитудой, превышащей амплитуду предьщупщх фрагмен-ов (за время послг очередного сброса), формирует на выводе сигнал, который поступает на вход 25 форм грователя 11 импульсов записи и служит для выработки тактового .са записи амплитуды пика и соответствутощсго ему значения времени в перП1.1й 16

и второй 19 блоки памяти для канала определенного сигналом со. счетчика 13 каналов. Л;фес, по которому производится запись в блоки 16 и 19 памяти инфсфмации о пякс сигилл,,

определяется кодлми счетчика 13 каналов (его код выОирлет область памяти в блоках 16 и 19, принадлежащую да;)ному каналу) и счетчика 8 адреса, код которого поступает на адресные входы блоков 19 памяти через мультиштексор 12 адреса. Счетчик 8 адреса изменяет свое .значение после окончания импульса на пьгходе одновибратора 7, который работает

с перезапуском, т.е. если па некоторый наперед заданный иитернал контроля ( амплитудный дискриминатор 6 вьйеляет еще один пик сигнапа, то рдновибратор 7 перезапуска- ется и отрабатывает интервал ИК уже от момента возникновения зтого пика. При этом не происходит смены состояния счетчика 8 адреса, но формиро- ватепь 11 импульсов записи по сигна- Лу с амплитудного дискриминатора 6 вьрабатывает новый тактовый сигнал и в блоки 16 и 19 памяти по старому адресу записывается информация о но

вом пике и времени его возникновения. При этом амплитуда пика с выхода детектора 3 через аналоговый коммутатор 1А, управляемый счетчиком 13 каналов, поступает на вход АЦП 15,

1

г

10

15 70 25

30

д

с g

5

5

718

где по тлкгг.гч му сигналу с задаюкк.то генератор пр1Я1сходит О1р1фропка амплитуды пика и код с выхода МШ 15 поступает на РХОД данных блока 16 пе- мяти, а со счетчика 18 времени управляемого ч-1Г люг1;гм генератором 17 на ьход дяииьгх блока 19 памяти поступает код рром ии возникновения пика bMnjinTVAbi. Сигна.п с дет(:ктора 3 поступает также нл первый вход компаратора 5, Г 1то;-.м|( сравнивает его с порг гоньгм 1-1нряжпнием, поступающим а ппрлмГ nxs T компаратора 5 с выхода игточпмка 4, I в случае превы- 1яет1я nopi pa (абатывает на выходе сиггал, рппши iTii длительности оги- баюггт :; АЭ-спг {л.па , превышающей по- рпг .

Сигнал г. (1да компаратора 5 по.т т1ает па яход одновибратора 9 и запускает его. О/шогибратор 9, работая с п(рг 1апускпм, вырабатывает им- , длпто-Г1ыкк-ть которого опредс- лпптся от фронта до среза последнего .lII-coп с ач 11аратора 5 плюс дли- трлык сть ГО 1-т (М1НОГО и myльca од- ног чГфатпра 9. Гшсик образом опре- щшплд жность фрагментов Л )-Г11Гиала к одному ЛЭ-импульсу (со- бмтпчО . Но пко1Гчапии сигнала С одно- niiriiariipa 9 триг-т op 10 запроса уста- наиги.-илгугся п состояние готовности, что сипгалипиругт об окончании про- дедур|.1 ii irinpoHHH napnrfCTpoB АЭ-им- пульг.а п прИ мнои канале и готовности к npoic ccy вычода 111форьм11)ти из бло- коп К) и 19 памтти, относящейся к этому , п рсг истратор 20. При этом сигнал с пыходл триггера 10 запроса запрсгчакт работу амплитданого )и n Пaтopa 6 и поступает на первый вх(5д мультипг.(ксора 12 адреса и на BTOiiort упрапля1()мп1й вход регистратора 20. Запись информации от разных приемнпл каишюв в эти блоки 16 и 19 памяти HpcH jводится в режиме раздстек-ия времсчги между каналами, Считыг-ание информа1щи, относящееся к какому-либо каи.олу приема, также производится в период времени, отведенный для работы блоков 16 и 19 памяти с этим каналом. Регистра ор 20, управляемый счетчиком 13 каналов, вь(дает на слои вторые выходы адрес ячеек памяти блоков 16 и 19, из которых надо считать информацию. Этот адрес ;ерет мультиплексор 12 адреса, также управляемый счетчиком

15017

13 каналов, поступает на адресные входы блоков 16 и 19 памяти. После этого информация из Плоков 16 н 19 ПАМЯТИ переписывается в регистратор 20. Затем регистратор 20 последовательно в1 1ставляет на вторых выходах следующие адреса и происходит после- овАтельное считывание информации из блоков 16 и 19 памяти, относящей- п ся к каналам, в которых выработапся игнал готовности. По окончании проесса вывода информащти регистратор 20 по первым входам формирует сигналы сброса, поступаю 1ие в указанные 15 измерительные каналы, по которым про- сходит сброс триггеров 10 запроса, обнуление счетчиков 8 адреса амплитудных дискриминаторов 6 и детекторов 3, в результате чего измерительные о каналы устанавливаются в первоначальное состояние и готовы к следующему циклу измерений.

Амплитудный дискриминатор 6 может быть выполнен на микросхемах ОУ 5

К5АУД2А и компаратора 1а 521САД. Операционный усилитель, в обратной связи которого имеется конденсатор 39, заряжающийся через диод 33, повторитель, выполненный на полевом транзисторе IQ 31, и резистор 37 по существу представляют собой пиковый детектор, запоминающий максимальную величину сигнала. При превьппении этой величины на выходе ОУ 28 появляется, сигнал положительной полярности, конденсатор 39 подзаряжается и компаратор 29 срабатывает, вырабатьшая выходной сигнал амплитудного дискриминатора 6. Запрет работы последнего (сигна- . лом от триггера 10 запроса) осуществляется подачей положительного напряжения на вход ОУ 28 через резне- тор 38. При этом на выходе иьрарти- рующего ОУ 28 появляется отрицлтапь- ., ный потенциал и диод 33, через который происходит заряд конденсатора 39, закрывается. Разряд последнего

производится с помощью ключа, вьшол- ненного на полевом транзисторе 30, при подаче управляющего сигнала на вход .3 амплитудного дискриминатора 6.

В качестве одновибраторов 7 и 9 могут быть использованы два канала интегрального таймера КР580ВИ53, Иг.- 55 точник и порогового уровня напряже- иия вьлюлиеп н виде резистивного ;io- яителя КГЗ. 1СА 4. Счетчик 8 адреса.

35

50

п 5 о

5

IQ. .,

5

5

0

188

счетчик 18 времени и счетчик 13 каи-)лоп могут быть построены на ми- кпосхемах К155ИЕ7.

В качестве триггера 10 запроса микросхема К155ТМ2. Задгшгций генератор 17 может быть вьптолиен на микросхеме мультивибратора КР119ГГ1. Аналоговый кoм ryтaтop 1Д выполнен на микросхемах К590КН8А, А1Ш 15 выполнен на микросхеме К1107ПВ1. Мультиплексор 12 адреса выполнен на микросхемах К155КП7. В качестве блоков 16 и 19 памяти используются ми- кросхем, К155РУ2. Триггеры 40 и А1 могут бьггь вьтолнены на микросхемах К155ТМ2, дептфрат эр 42 на микросхеме К155ИДЗ, злемент 1ПИ 42 - на микросхемах К155ЛЕ2.

Предлагаемое многоканапьное устройство обеспечивает временную привязку к фронтам Л -сигнала, соответ- ствуюга 1М разным типам волн, и позволяет вьпислять координаты с учетом различных скоростей распространения этих типов волн, что дает BO3h;omHocTb повысить точность определеш1я координат источника АЭ-сигна. 1он, Расширен AHiiabfHMecKviA диапазон регистрации АЭ-сиг.чалов нг 20-30 дБ, в котором оаредрлрцио координат производится без сбоев. Это пoзвvэnяeт увеличить 4iic. io зарегистрированных АЭ- имнульсов, тгрсстранствен- ную фнньтрацига сигнале;., а. также распознавать дефекты на более ран- .ней стадии иг. раапнтил. Устройство может быть использовпно для отработки методик АЭ-контроля, Таким образом, предлагаемое устройство позволяет ncHjLicJiTb TO iHocTb определения местоположения источника ЛЭ и уве- пичить динч1П1чески; 1 диапазон регист- p.riLOiH АТ-сигнялог;.

Ф о р м у л п и 3 с с р ч т е н и я

Многоклиапьное ycTpoi cvBO регистрации iiHKon акустихо-эмисеионньпс сигналов, содор/ .зщее нескслько измери- тельтшт каналов, каждый из которых содег яснт последовательно соединенные преобразо-.затель, усилитель и детектор, и последовательно соединенные источи;|к посгоячного напряжения и компг.ратор, отличающееся тем, что, . целью повышения точйости и рас1Тгфпг.я динамического диапазона регистрпции сигналов АЭ, око снаб 1

жено последовательно соединенными амплитудным дискриминатором, первым од- новибратором и счетчиком адреса, ко- следовательно соелиненными вторым од- новибратором и триггером запроса и общими для всех каналов формирователем импульсов эаписи, мультиплексором адреса, счетчиком каналов, последовательно соединеннь1ми аналоговым конму- татором, аналого-цифровым преобразователем и первым блоком памяти, последовательно соединенными эадаютчим генератором, счетчиком времени и вторым блок.м памяти и регистратором, выход детектора соединен с входом амплитудного дискриминатора и со вторым входом компаратора, выход которого соединен с входом второго одно- вибратора, выход триггера запроса соединен с входом запрета аьтлитуд- ,ного дискриминатора, а пход сброса триггера запроса объединен с входам . сброса cчetчикa адреса, амплитудного дискриминатора и детектора, выход счетчика каналов подключен к входам аналогового коммутатора, формирователя импульсов записи и к входам управления мультиплексора адреса ч регистратора, информационные входы ана- логового коммутатора подключены к выходам детекторов каждого канала, пер1810

пая rpjTiiia пходоя формирователя импульсов яапчси подключена соответственно к пь хоплм амплитудных дискри- мииаторон K.-.vTOfo канала, вь«од фор- гшроратсля импульсов записи соединен с тактовыми входами первого и второго блоков памяти, и)гформлционные входы ульт1шлекссра адреса соединены соответственно с выходами счетчиков адреса каждого канала, выход мультиплексора ацреса соединен с адресными входами первого и второго блоков памяти, пмход задающего генератора подключен 1C счетчика каналов и к тактог.ому пходу аналого-Щ1фрового преоРразоплтг-ля, выходы первого и второго блс):ов памяти подключены соотпстстгсиио к первому и второму информа1Ц1онг1ым входам регистратора, и .гходм TpTir.-epon запроса каждого канглл П - дкл1о чс111.1 соответственно к вторым 7тра -ляюпр1м входам регистратора и к порпьг упрапляю1цим входам муьтиплексора ллрс сл, входы сброса триггеров laripoca каждого канала подключены к соотггтствующии управляющим выходам регистратора, а вторая группа управлр101Я11х выходов послед- пего подютючсна соответственно к вторым входам управления мультиплексора .адреса.

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано для контроля развиваклцихся дефектов и регистрации пиков акустико-эмиссиоиных сигналов. Цель изобретения - повьипение точно- и расширр)П1е динаьмчсского диапазона регис рации сигналов акустической эмиссии за счет временной привязки к фронтам сигнала, соответст- вутащ 1м разным типам волн„ В устройстве осу1дествляется измерение амплитуды и времени прихода сиг.иалов акустической эмиссии, соответствующих разным типам вопн, и вывод полуенной информации через буферные блоки памяти на регистратор по сигналам готовности, вырабатываемым в каждом из каналов. Временная привязка к фронтам .всрх зарегистрированных типов вопн, отоудрстпляемых по амплитудному признаку, с учетом избыточности полуюнно информлции для определетсия коорд|| 1а р-тппявакндргося дефекта приводит к поп1-т;п 1ию точности и pacntupe- Ш1Ю динn п ecкoгo диапазона регист- pnipiH сигн.-uioB акустимпской эмиссии. 3 ил. (Л с

Шд}|1

Нон а л А/