Устройство для ультразвукового контроля Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

СП

00

ю

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов акустическими методами, основанными на регистрации ультразвуковых резонансных колебаний. Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет анализа параметров амплитудно-частотной характеристики и числа собственных колебаний изделия в нескольких поддиапазонах частот. Весь диапазон частот, в котором измеряются параметры амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), разбивается на несколько поддиапозонов, в каждом из которых производится подсчет числа резонансов, определение амплитуды и частоты максимально из них. Если они не попадают в заданный для данного типа контролируемых изделий интервал хотя бы по одному из параметров, изделие признается негодным, в противном случае процедуры контроля проводятся в следующем поддиапазоне. При завершении просмотра всех поддиапазонов подсчитывается общее число резонансов и при попадании в заданный интервал изделие считается годным. Это позволяет производить оценку контролируемого изделия как сложной колебательной системы по всей совокупности параметров АЧХ в нескольких частотных поддиапазонах с учетом составляющих, обусловленных наличием в изделии дефектов различного типа и ориентации. 2 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов акустическими методами, основанными на регистрации ультразвуковых (УЗ) резонансных колебаний, и может быть использовано для контроля качества изделий.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет анализа параметров амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и числа собственных колебаний изделия в нескольких поддиапазонах частот.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - амплитудно- частотная характеристика контролируемого изделия.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 качающейся частоты и излучатель 2 УЗ колебаний, последовательно соединенные приемник 3 УЗ колебаний, усилитель 4 и амплитудный детектор 5, частотомер 6, вход которого подключен к выходу генератора 1 качающейся частоты, индикатор 7, последовательно соединенные триггер 8, генератор 9 тактовых импульсов и первый счетчик 10 импульсов, первую схему 11 задержки, первый, второй и третий дешифраторы 12-14, последовательно соединенные блок 15 задания порога обнаружения, первый пороговый блок 16 и второй счетчик 17 импульсов, последовательно соединенные фильтр

1,8 нижних частот, аналого-цифровой пре- ббразователь 19, второй пороговый блок 20, вНгорую схему 21 задержки и регистр 22, схему ИЛИ 23 и блок 24 принятия ре- Шения, включающий последовательно соединенные третий пороговый блок 25 и шифратор 26, выход которого подключен к индикатору 7, и первый, второй и третий двухпороговые блоки 27-29, первый вход гретьего порогового блока 25 подключен k первому входу второго двухпорогового рлока 28, к второму входу второго порогового блока 20 и к выходу регистра 22, второй вход - к первому входу первого двухпорогового блока 27 и к выходу второго дешифратора 13, выход - к первому рходу схемы ИЛИ 23, второй вход первого двухпорогового блока 27 подключен к выходу частотомера 6, выход - к вторым входам шифратора 26 и схемы ИЛИ 23, второй вход второго двухпорогового блока 28 подключен к первому входу третьего двухпорогового блока 29 и к выходу третьего дешифратора 14, выход - к третьему входу шифратора 26 и к третьему входу схемы ИЛИ 23, второй вход третьего двухпорогового блока 29 подключен к выходу второго счетчика 17, выход - к четвертому входу шифратора 26, S-вход триггера 8 является входом «Пуск устройства, R-вход подключен к выходу схемы ИЛИ 23, выход - к вторым входам первого и второго счетчиков 10 и 17 импульсов, вход первой схемы 11 задержки подключен к выходу генератора 9 тактовых импульсов, выход - к второму входу аналого- цифрового преобразователя 19, выход первого счетчика 10 импульсов подключен к входу генератора 1 качающейся частоты и к входам первого, второго и третьего дешифраторов 12-14, выход аналого-цифрового преобразователя 19 - к вторым входам первого порогового блока 16 и регистра 22, выход второй схемы 21 задержки - к второму входу частотомера 6, выход первого дешифратора 12 - к третьему входу регистра 22, а выход амплитудного детектора 5 - к входу фильтра 18 нижних частот.

Устройство работает следующим образом.

После подачи на S-вход триггера 8 сигнала «Пуск последний устанавливается в состояние «1. Сигнал логической единицы с выхода триггера 8 подается на разрешающий вход генератора 9 тактовых импульсов и на второй вход первого счетчика 10 импульсов Генератор 9 начинает вырабатывать периодические тактовые импульсы, поступающие на первый (счетный) вход первого счетчика 10 импульсов. До поступления сигнала «Пуск с нулевым уровнем с выхода триггера 8 первый счетчик 10 импульсов находится в состоянии «О. После запуска триггера 8 под

воздействием тактовых импульсов с генератора 9 содержимое первого счетчика 10 импульсов увеличивается на единицу по каждому тактовому импульсу. Выходной код первого счетчика 10 импульсов поступает на

управляющий вход генератора 1 качающейся частоты (ГКЧ 1), частота колебаний которого пропорциональна величине управляющего кода. Таким образом, после поступления каждого импульса с генерато0 ра 9 тактовых импульсов частота колебаний ГКЧ 1 «делает шаг в сторону увеличения.

Шаг изменения частоты Sf выбирается из критерия ) где , (АМЫв/л/2) -fЈ (), a f, (AH«/V2) и fg (А /л/2) - боковые частоты на уровне 0,707 от резонансного пика колебательной системы излучатель - контролируемое изделие. Скорость перестройки по частоте определяется величиной задержки считыва0 ния значения АЧХ, равной длительности переходных процессов в колебательной системе при прохождении резонансных пиков с минимальной шириной

Электрические колебания с выхода ГКЧ 1 поступают на излучатель 2 ультразвуко5 вых колебаний, преобразующий электрические колебания в механические. Излучатель 2 возбуждает вынужденные ультразвуковые колебания в контролируемом образце. Вынужденные колебания образца, воздействуя на приемник 3 ультразвуковых колебаний, преобразуются fi электрические колебания, которые усиливаются усилителем 4 до уровня, необходимого для нормальной работы амплитудного детектора 5. Амплитудный детектор 5 совместно с фильтром 18 нижних частот обеспечивают выделение амплитудной огибающей колебаний. Сигнал с выхода фильтра 18 нижних частот поступает на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя 19 (АЦП 19), с выхода которого снимается двоичный код, соот0 ветствующий уровню входного аналогового сигнала Запуск АЦП 19 осуществляется тактовыми импульсами, проходящими через первую схему 11 задержки и поступающими на второй вход АЦП 19 Величина задержки равна длительности времени ус- тановления колебаний в образце и тракте обработки после переключения «шага по частоте Код выхода АЦП 19 поступает на второй вход первого порогового блока 16, на первый вход которого пос0 тупает код порога «Пор-0 (фиг. 2) с блока 15 задания порога обнаружения. Порог «Пор-0 является порогом обнаружения локальных экстремумов АЧХ на фоне помех и наводок. Значение его определяется амплитудой возбуждающего сигнала,

5 чувствительностью приемно-усилительного тракта, а также уровнем внешних помех и собственных шумов усилителя. В момент превышения кодом с выхода АЦП 19 поро0

5

гового кода «Пор-0 с выхода первого порогового блока 16 подается перепад уровня на первый (счетный) вход второго счетчика 17 импульсов. Последний производит подсчет числа экстремумов, превышающих порог обнаружения «Пор-0. На второй вход второго счетчика 17 импульсов подается сигнал разрешения с триггера 8, после снятия которого второй счетчик 17 импульсов устанавливается в состояние «О.

Одновременно двоичные коды с выхода АЦП 19 поступают на второй вход регистра 22 и на первый вход второго порогового блока 20, на второй вход которого поступает код с выхода регистра 22. Если код с АЦП 19 превышает выход- ной код регистра 22, то на выходе второго порогового блока 20 формируется сигнал, который через вторую схему 2 задержки подается на первый вход регистра 22, обеспечивая запись в него нового значения кода с выхода АЦП 19. Таким образом, в регистре 22 фиксируется максимальное значение кода с выхода АЦП 19. Параллельно сигнал с выхода схемы 21 задержки запускает частотомер 6, в котором фиксируется частота, соответствующая максимуму амплитуды, хранимому в регистре 22. При достижении кодом в первом счетчике 10 импульсов значения, соответствующего частоте f4 (фиг. 2), с выхода второго дешифратора 13 поступает сигнал разрешения на второй вход третьего по- рогового блока 25. При этом значение кода, хранимого в регистре 22, сравнивается со значением порога «Пор-1 (фиг. 2). Этот порог является порогом оценки уровня амплитуды наибольшего экстремума АЧХ в первом частотном поддиапазоне f|..., f4 (фиг. 2). Значение «Пор-1 определяется амплитудой возбуждающего сигнала, чувствительностью приемно-усилительного тракта, а также акустическими свойствами контролируемого класса изделий. Если код с регистра 22 оказывается ниже порога «Пор-1, то на первый вход шифратора 26 и первый вход схемы ИЛИ 23 подается сигнал логической единицы. При этом сбрасывается триггер 8, устройство возвращается в исходное состояние, а шифратор 26 выдает на индикатор 7 сообщение, свидетельствующее о плохом размещении датчиков на образце или о браке образца. Изменяют положение датчиков и повторяют процедуру. Если указанное сообщение повторится 2-3 раза, то образец считают негодным. Если же код с регистра 22 оказывается выше порога «Пор-1, то на выходе третьего порогового блока 25 остается предыдущий нулевой уровень сигнала. Разрешающий сигнал с дешифратора 13 поступает также на первый вход пер- вого двухпорогового блока 27, на второй вход которого поступает код с выхода частотомера 6. Если код частоты оказывается меньше 2 или больше fs, то с выхода первого двухпорогового блока 27 на второй вход шифратора 26 и второй вход схемы ИЛИ 23 подается сигнал логической «1, сбрасывающий триггер 8. При этом устройство возвращается в исходное состояние, а шифратор 26 выдает на индикатор 7 сообщение, свидетельствующее о браке образца.

Если же код частоты оказывается в пределах . то перестройка ГКЧ 1 продолжается. При достижении в первом счетчике 10 импульсов значения кода, соответствующего частоте fs (фиг. 2). с выхода первого дешифратора 12 поступает на третий вход регистра 22 обнуляющий импульс, и далее в этом регистре происходит поиск максимума амплитуды на частотах выше f5.

При достижении в первом -счетчике 10 импульсов значения кода, соответствующего концу частотного диапазона fe, с выхода третьего дешифратора 14 на второй вход второго двухпорогового блока 28 поступает разрешающий сигнал. На его первый вход подается код с выхода регистра 22. Если выходной код регистра 22 оказывается меньше порога «Пор-2 или больше «Пор-3, то с выхода второго двухпорогового блока 28 на третий вход шифратора 26 и первый вход схемы ИЛИ 23 подается сигнал логической s ,-, сбрасывающий триггер 8. При этсм устройство возвращается в исходное состояние, г. шифратор 26 выдает на индикатор 7 сообщение, свидетельствующее о браке образца. Пороги «Пор-2 и «Пор-3 являются порогами оценки уровня амплитуды наибольшего экстремума АЧХ в третьем частотном поддиапазоне fs..., feЕсли выходной код регистра 22 оказывается в пределах «Пор-2 А «Пор-3, то на выходе второго двухпорогового блока 28 сигнал остается прежним и равным нулю. Разрешающий сигнал с дешифратора 14 поступает также на второй вход третьего двухпорогового блока 29, на второй вход которого поступает код с выхода второго счетчика 17 импульсов. Если выходной код второго счетчика 17 импульсов оказывается в пределах пяи« п с выхода третьего двухпорогового блока 29 подается сигнал логического «О на четвертый вход шифратора 26. Последний выдает на индикатор 7 сообщение, свидетельствующее о пригодности изделия. Если или п п«акс, то на третий вход шифратора 26 подается сигнал логической «1, при этом на индикатор 7 выводится сообщение, свидетельствующее о браке изделия.

Таким образом, контроль изделия проводится следующим образом.

Весь диапазон частот, в котором измеряются параметры АХЧ, разбивается на несколько поддиапазонов, в каждом из которых осуществляются следующие операции: подсчитывается число резонансов; определяются амплитуда и частота максимального из них. И если они не попадают в заданный для данного типа контролируемых образцов интервал хотя бы по одному из параметров (частоте или амплитуде), изделие признается негодным, в противном случае, те же процедуры проводятся в следующем поддиапазоне: при завершении «просмотра всех поддиапазонов подсчитывается общее число резонансов, и если оно попадает в заданный интервал, то изделие считается годным.

Благодаря применению дополнительных блоков и новых связей устройство позволяет производить оценку контролируемого изделия как сложной колебательной системы по всей совокупности определяемых параметров АЧХ в нескольких поддиапазонах, на которые разбит весь контролируемый частотный диапазон, с учетом составляющих, обусловленных наличием в изделии дефектов различного типа и ориентации. Учет этих составляющих в общей совокупности анализируемых параметров изделия ведет к повышению достоверности контроля.

Формула изобретения

Устройство для ультразвукового контроля, содержащее последовательно соединенные генератор качающейся частоты и излу- чатель ультразвуковых колебаний, последовательно соединенные приемник ультразвуковых колебаний, усилитель и амплитудный детектор, частотомер, вход которого подключен к выходу генератора качающейся частоты, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено последовательно соединенными триггером, генератором тактовых импульсов и первым счетчиком импульсов, первой схемой задержки, первым, вторым и третьим дешифраторами, последо- вательно соединенными блоком задания по

0

5

о 0

рога обнаружения, первым пороговым блоком и вторым счетчиком импульсов, последовательно соединенными фильтром нижних частот, аналого-цифровым преобразователем, вторым пороговым блоком, второй схемой задержки и регистром, схемой ИЛИ и блоком принятия решения из последовательно соединенных третьего порогового блока и шифратора, выход которого подключен к индикатору, и первого, второго и третьего двухпо- роговых блоков, первый вход третьего порогового блока подключен к первому входу второго двухпорогового блока, к второму входу второго порогового блока и к выходу регистра, второй вход - к первому входу первого двухпорогового блока и к выходу второго дешифратора, выход - к первому входу схемы ИЛИ, второй вход первого двухпорогового блока подключен к выходу частотомера, выход - к вторым входам шифратора и схемы ИЛИ, второй вход второго двухпорогового блока подключен к первому входу третьего двухпорогового блока и к выходу третьего дешифратора, выход - к третьим входам шифратора и схемы ИЛИ, второй вход третьего двухпорогового блока подключен к выходу второго счетчика, выход - к четвертому входу шифратора, S-вход триггера является входом «Пуск устройства, R-вход подключен к выходу схемы ИЛИ, выход - к вторым входам первого и второго счетчиков импульсов, вход первой схемы задержки подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход - к второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход первого счетчика импульсов подключен к входу генератора качающейся частоты и к входам первого, второго и третьего дешифраторов, выход аналого-цифрового преобразователя - к вторым входам первого порогового блока и регистра, выход второй схемы задержки - к второму входу частотомера, выход первого дешифратора - к третьему входу регистра, а выход амплитудного детектора - к входу фильтра нижних частот.

фиг 1