Устройство для контроля физико-механических свойств материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к технике ультразвуковых неразрушающих испытаний, в частности к контролю качества неметалических материалов машиностроительной, судостроительной, строитель- ной угольной и других отраслей промышленности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение точности и производительности контроля за счет вычисления требуемых параметров в процессе измерения, установления автоматического режима и поддерживания амплитуды измеряемого сигнала на постоянном уровне.

Блок-схема устройства для контроля физико-механических свойств материалов приведена на чертеже.

Устройство для контроля физико-механических свойств материалов содер- дит последовательно электроакустически соединенные генератор I зондирующих импульсов, излучающий и приемный преобразователи 2 и 3, усилитель 4 и формирователь 5 кода времени, генератор 6 счетных импульсов, выходом подключенный к второму входу формирователя 5 кода времени, последовательно соединенные блок 7 развертки и электронно-лучевую трубку 8, вторым входом подключенную к выходу усилителя 4, последовательно соединенные пиковый детектор 9, входом подключенный к выходу усилителя 4, первый аналоговый ключ 10, интегратор 11, измеритель 12 амплитуды, вторым входом подключенный к выходу генератора 6 счетСП

со о зд

|ных импульсов, первый коммутатор 13, |вторым входом подключенный к выходу формирователя 5 кода времени, и блок 14 вычислений и управления, вторым входом подключенный к выходу генератора 6 счетных импульсов, первым выходом - к третьему входу электроннолучевой трубки 8, а вторым выходом - к входу блока 7 развертки, последо- вательно соединенные второй аналоговый ключ 15, первым входом подключенный к выходу пикового детектора 9, и одновибратор 16, выходом подключе.нный к вторым входам первого и второго анапоговых ключей 10 и 15, второй коммутатор 17, входом подключенный к второму выходу интегратора 11, а выходом - к второму входу усилителя 4, последовательно соединенные задатчик 18 базы входом механически связанный с излучающим и приемным преобразователем 2, 3, и измеритель 19 базы, вторым входо подключенный к выходу генератора 6 счетных импульсов, а выходом - к тре тьему входу первого коммутатора 13, блок 20 ввода данных, входом и выходом подключенный соответственно к третьему выходу и входу блока 14 вычислений и управления, блок 21 памяти, пер вым входом и выходом подключенный со- fответственно к четвертым выходу и вхо ду блока 14 вычислений и управления, а вторым входом - к выходу блока 20 ввода данных, причем пятый выход блока 14 вычислений и управления подключен к третьему входу формирователя 5 кода времени, к входу генератора 1 зондирующих импульсов, к второму входу второго коммутатора 17 и к второму входу одновибратора 16.

Устройство работает следующим образом .

Из последовательности импульсов частотой 10 МГц, генератора 6 счет- ных импульсов путем деления этой частоты на десять формируются тактовые импульсы, управляющие работой блока 14 вычислений и управления, путем деления частоты тактовых импульсов получают частоту 40 Гц, управляющую работой генератора 1 зондирующих импульсов, который возбуждает излучающий преобразователь 2, посылающий в изделие ультразвуковые колебания, которые приемным преобразователем 3 преобразуются в электрические сигна-| лы, усиливаемые усилителем 4, Сигнал с выхода усилителя 4 поступает на пи

. Q 0 5

0

0

5

ковый детектор 9, который преобразует двухполярный сигнал в однополяр- ный. Из этого сигнала с помощью двух аналоговых ключей 10 и 15 и одновибратора 16 выделяется первая полуволна сигнала, которая затем интегратором 11 преобразуется в постоянное напряжение, которое через второй коммутатор 17 при автоматическом режиме работы устройства подается на усилитель 4, замыкая петлю обратной связи АРУ.

При ручном режиме измерения цепь обратной связи размыкается. Таким образом, изменение сигнала на входе усилителя 4 не приводит к изменению его на выходе усителя 4. Глубина обратной связи не менее 50 дБ, т.е. изменение сигнала в 316 раз не приводит к изменению первой полуволны сигнала на выходе усилителя 4 , и амплитуда первой полуволны остается равной 5 В. Такое постоянство первой полуволны позволяет получить достаточно высокую повторяемость результатов измерения времени распространения УЗК.

Усилитель 4 имеет широкий частотный диапазон (от 10 до 1200 кГц), что позволяет использовать устройство при контроле самых различных материалов (от материалов на основе резины до металлов).

Одновременно выделенная первая полуволна преобразуется измерителем 12 амплитуды в частоту, из которой в каждый N-й цикл выделяется период, заполняется счетными импульсами, обратная зависимость которых указывает на амш итуду первой полуволны измеряемого сигнала на входе усилителя 4.

Измеритель 12 амплитуды состоит из устройства формирования строба, схемы выделения первой полуволны принятого сигнала, логарифмического перемножителя напряжений, интегратора и порогового устройства. Устройство формирования строба представляет собой триггер, запускаемый синхроимпульсом и сбрасываемый второй полуволной принятого сигнала. Схема выделения первой полуволны представляет собой аналоговый ключ, на один вход которого подается принятый сигнал, а на второй вход - строб, обеспечивающий выделение из принятого сигнала только первой полуволны. Первая полуволна подается на вход интегратора и после интегрирования - на вход логарифмического перемножителя напряжения, выполненного на операционном усилителе, в цепь обратной связи которого включены управляемые нелинейные эле- менты, в конкретном случае транзисторы, обеспечивающие линейную зависимость тока, протекающего через конден сатор интегратора, что обеспечивает высокую линейность преобразования ток - частота в обратной зависимости преобразования. Когда напряжение на выходе интегратора растет,, интегрируется входная величина; когда напряжение на выходе достигает порога срабатывания, происходит подключение опорного тока через цепь обратной связи, в которую включен нормально закрытый транзистор. Таким образом происходит линейное преобразование ток - частота.

Обратная величина частоты подобрана таким образом, что ее показание равно величине амплитуды первой полуволны в милливольтах.

Задатчик 18 базы представляет собой устройство, в котором устанавливаются излучающий и приемный преобразователи 2 и 3, перемещаемые друг относительно друга с Помощью ходового винта, при этом линейное перемещение преобразователей 2 и 3 преобразуется в угловое перемещение лимба отсчетно- го устройства, с которым связан потенциометр, величина сопротивления которого прямо пропорциональна расстоянию между преобразователями. Таким образом, задатчиком базы практически является потенциометр, подключаемый.к входу измерителя 19 базы, выполняю- щего функции преобразователя сопротив , ление - период, выполненного на операционных усилителях и представляюФормирователь 5 кода времени пр 25 ставляет собой устройство, содержа щее схему выделения первого полупе ода, состоящую из ключей и двух RS триггеров. По входу S первый RS-т гер запускается синхроимпульсом, а Зо по входу R-импульсом, сформированн из первой полуволны принятого сигн ла. Формирование осуществляется пу тем подачи через интегрирующую цеп ку на один из входов схемы И потен ала с входа Q первого RS-триггера, другой вход подается сигнал с триг гера Шмидта, преобразующего период ческий сигнал в однополярные импул сы и также входящего в формировате кода, При этом с помощью коммутато на прямой или инвертируемый вход т гера Шмидта подается сигнал той по лярности, первая полуволна которог приходит раньше (определяется по

щие собой интегратор и пороговое устройство. Когда напряжение на выходе ин- ., рану ЭЛТ и переключается вручную), тегратора растет, интегрируется входная Первый RS-триггер предназначен величина; когда, напряжение на выходля формирования из первого импуль последовательности однополярных им пульсов короткого импульса Стоп, что осуществляется за счет подачи сигнала с выхода Q на второй вход мы И. Второй RS-триггер предназнач для формирования временного интерв ла, равного времени распространени УЗК на базе &L. Вторая схема И используется для формирования кода в мени распространения УЗК.

де интегратора достигает срабатывания порогового устройства, происходит подключение опорного тока через цепь обратной связи, в которую включен нормально закрытый транзистор, т.е. происходит линейное преобразование сопротивление - период. Сформированный период, пропорциональный величине сопротивления в задатчике 18 базы (величина зависит от угла поворота), заполняется счетными импульсами, число их показывает на ве ,

10

63016

личину базы в миллиметрах (расстояние между преобразователями) с погрешностью не более ±0,5%.

Сигнал с выхода усилителя 4 поступает на формирователь 5 кода времени, который формирует интервал, равный времени распространения УЗК в изделии, который затем заполняется счетными импульсами и через первый коммутатор 13 подается на вход блока , 14 вычислений и управления. На блок 14 поступают измеряемые величины: время распространения УЗК в изделии в микросекундах; амплитуда первой полуволны в милливольтах; значение базы в миллиметрах, задаваемое задатчиком 18 базы; кроме того поступают дополнительные данные, необходимые для решения того или иного уравнения, по которому определяется прочность изделия.

15

20

Формирователь 5 кода времени пред- ставляет собой устройство, содержащее схему выделения первого полупериода, состоящую из ключей и двух RS- триггеров. По входу S первый RS-триг- гер запускается синхроимпульсом, а по входу R-импульсом, сформированным из первой полуволны принятого сигнала. Формирование осуществляется путем подачи через интегрирующую цепочку на один из входов схемы И потенциала с входа Q первого RS-триггера, на другой вход подается сигнал с триггера Шмидта, преобразующего периоди- . ческий сигнал в однополярные импульсы и также входящего в формирователь кода, При этом с помощью коммутатора на прямой или инвертируемый вход триггера Шмидта подается сигнал той полярности, первая полуволна которого приходит раньше (определяется по эк

рану ЭЛТ и переключается вручную), Первый RS-триггер предназначен

рану ЭЛТ и переключается вручную), Первый RS-триггер предназначен

для формирования из первого импульса последовательности однополярных импульсов короткого импульса Стоп, что осуществляется за счет подачи сигнала с выхода Q на второй вход схемы И. Второй RS-триггер предназначен для формирования временного интервала, равного времени распространения УЗК на базе &L. Вторая схема И используется для формирования кода времени распространения УЗК.

Полученный временной интервал подается на один вход второй схемы И. на

другой вход которого подаются счетные импульсы частотой 1 мГц с генератора 6 счетных импульсов. Таким образом, на выходе второй схемы И появляются времен- нЫе интервалы, заполненные счетными импульсами, иредсталяющими собой код времени, который затрачивает У3--вол- нВ при прохождении расстояния между преобразователями. Указанный код вре М 2ни не является истинным временем. Время, соответствующее задержкам в электрических и акустических цепях в устройстве, корректируется на программном уровне и вычитается из качс- дрго измерения блоком 14 вычислений и управления.

Блок 14 вычислений и управления представляет собой микропроцессор . Блок 14 управляет работой блока 7 развертки, электронно-лучевой трубки 8, бло- к 21 памяти. Связь, соединяющая блок 1ц вычислений и управления, измерител Ц амплитуды и измеригепь 19 базы, показывает, что на все перечисленные блоки с генератора 6 счетных импуль- с(в подаются счетные импульсы часто- тфй 1 мГц. Для получения дополнитель- данных, необходимых дня работы блока 14, имеется блок 2 памяти.

Результаты измеренных и вычисленных величин индицируются на экране электронно-лучевой трубки.

Таким образом, устройство позволяет одновременно в аналоговой и цифро- вой форме получить данные, характеризующие физико-механические характеристики материала.

Формула изобретения

Устройство для контроля физико-механических свойств материалов, содержащее последовательно электроакусти- чески соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий и приемный преобразователи, усилитель и формирователь кода времени, генератор счетных импульсов, выходом подключенный к второму входу формирователя кода времени, последовательно соединен

,. Q $

o 5 д

0

0

ные блок развертки и электронно-лучевую трубку, вторым входом подключен- нуго к выходу усилителя, отличающее я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, повышения точности и производительности контроля, оно снабжено .последова- тельно соединенными пиковым детектором, входом подключенным к выходу усилителя, первым аналоговым ключом, интегратором, измерителем амплитуды, вторым входом подключенным к выходу генератора счетных импульсов, первым коммутатором, вторым входом подключенным к выходу формирователя кода времени, и блоком вычислении и управления, вторым входом подключенным к выходу генератора счетных импульсов, первым выходом - к третьему входу электронно-лучевой трубки, а вторым вы- ходом - к входу блока развертки, последовательно соединенными вторым аналоговым ключом, первым входом подключенным к выходу пикового детектора и одновибратором, выходом подключенным к вторым входам первого и второго аналоговых ключей, вторым коммутатором, входом подключенным к второму выходу интегратора, а выходом - к второму входу усилителя, последовательно соединенными задатчиком базы, входом механически связанным с излучающим и приемным преобразователями, и измерителем базы, вторым входом подключенным к выходу генератора счетных импульсов, а выходом - к третьему входу первого коммутатора, блоком ввода данных, входом и выходом подключенным соответственно к третьему выходу и входу блока вычислений и управления, блоком памяти, первыми входом и выходом подключенным соответственно к четвертым выходу и входу блока вычислений и управления, а вторым входом - к выходу блока ввода данных, причем пятый выход блока вычислений и управления подключен к третьему входу формирователя кода времени, к входу генератора зондирующих импульсов, к вторым входам второго коммутатора и одновибратора.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля качества неметаллических материалов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение точности и производительности контроля за счет введения дополнительных блоков, позволяющих измерять базу между преобразователями, поддерживать амплитуду первой полуволны на постоянном уровне за счет введения автоматической регулировки усиления, проводить вычисления в цифровом коде по заранее заданной программе с учетом измеренных параметров. 1 ил.