Способ определения времени распространения ультразвуковых колебаний и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для акустических измерений, в частности при определении параметров напряженного состояния изделий.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для определения времени распространения ультразвуковых колебаний; на фиг. 2 - временные диаграммы, по- (Ясняющие его работу; на фиг. 3 - вариант структурной схемы счетчика интервалов.

Устройство для определения времени распространения ультразвуковых колебаний содержит последовательно соединенные блок 1 запуска, генератор 2 импульсов, электроакустический преобразователь 3, усилитель 4 и осциллограф 5, линию 6 задержки, счетчик -7 циклов, блок 8 временной

селекции, блок 9 измерении ррсменных интервалов, регистр 10, блок 11 очистки регистра, блок 12 установки кода числа циклов, генератор 13 стандартных сигналов, формирователь 14 и блок 15 индикации На фиг.1 также показан образец 16 исследуемого материала. Вход линии 6 задержки соединен с вторым выходом усилителя 4, второй вход которого подключен к первому выходу блока 8 временной селекции, второй-и третий выходы которого соединены соответственно с входом формирователя 14 и с первым входом блока 9 измерения временных интервалов, выход линии 6 задержки соединен с вторыми входами генератора 2 импульсов и блока 9 измерения временных интервалов, с первыми входами счетчика 7 циклов и блока 8 временной селекции и с входом блока 11 очистки регистра, выход блока 12 установки кода числа циклов соединен с вторым

сл со

СА 00 СО

со

входом счетчика 7 циклов, второй вход блока 8 временной селекции подключен к первому выходу счетчика 7 циклов, третий и .четвертый входы блока 9 измерения временных интервалов соединены соответст- венно с вторым выходом счетчика 7 циклов и с выходом генератора 13 стандартных сигналов, первый, второй и третий входы регистра 10 соединены соответственно с выходами блока 9 измерения временных интервалов, блока 11 очистки регистра и формирователя 14, а выход регистра 10 соединен с входом блока 15 индикации.

На фиг, 2 тактовые импульсы с периодом, равным Т (осциллограмма а), формиру- ются генератором стандартных сигналов. Группы импульсов Б,В,Г соответствуют режимам работы с циклами, формируемыми первым (Ач), вторым (Аа) и третьим (Аз) эхо-сигналами соответственно. На осцилло- граммах б, д, з изображены импульсы длительностью ти ,2ти и Зги соответственно, которая вместе с величиной задержки Гз определяет длительность цикла, осциллограммы в, е, и иллюстрируют временное по- ложение импульсов задержки. На осциллограммах г, ж, к изображены зондирующий АО и отраженные от грани изделия Ai, A2, Аз, Аз, As, Ае импульсы в динамике, начиная от момента времени t 0. Обозна- чая задержку импульсов в преобразователе 3 и в электрических цепях через Дтп , определим величину интервалов времени, занятых количеством циклов N.

Интервал времени, включающий в себя N циклов и формируемый первым эхо-сигналом AI, определяется формулой

ti М(ти + Дтп + Тз).

0)

Интервал времени, формируемый вторым донным эхо-импульсов А2 при том же N, равен

t2 М 2ТИ+ДТП + Тз.

(2)

Интервал времени, формируемый третьим до„нным эхо-импульсом Аз при том же N,

+ Дтп тз.(3)

Поскольку в устройстве интервалы времени выражаются через количество импульсов заполнения с периодом Т, при этом погрешность измерения также равна периоду квантования Т, получим

М(Ти+Дтп+т3)±Т ,

Т

ti

(4)

. Ы(2ти + Дтп +гз)±Т. ftv 12.j., о;

(ЗГи+Дгп+Гз)±Т ,g.

Используя интервалы времени ц и t2, определяемые по формулам (4) и (5), получим истинное время распространения УЗК от преобразователя до дна и обратно.

tAl A2

t2 - Т1 Ти

2

N

СО

NТ

Для интервалов времени t2 и t3 получим

tAo А-. - t3 t2 - ГИ +- tA2A3N T-N

(8)

Из выражений (7) и (8) следует, что для измерения времени распространения ультразвуковых колебаний в исследуемом материале можно использовать любые следуемые один за другим эхо-сигналы, так как

t tAlA2 tA2A3 Y±. (9)

Устройство для определения времени распространения ультразвуковых колебаний работает следующим образом.

Импульс, поступающий с блока 1 запуска, запускает генератор 2 импульсов, с выхода которого электрический импульс возбуждает электроакустический преобразователь 3. Преобразованный в преобразователе 3 ультразвуковой импульс распространяется в образце исследуемого материала, отражается от его донной поверхности через преобразователь 3 и поступает на первый вход усилителя. С выхода усиленный импульс поступает на осциллограф 5 и индицируется на его экране. С второго выхода усилителя 4 импульс через линию 6 задержки поступает на второй вход генератора 2 импульсов и далее подается на преобразователь 3 для запуска следующего цикла. С выхода линии 6 задержки импульс подается на первый вход счетчика 7 циклов, первый вход блока 8 временной селекции, на второй вход блока 9 измерения временных интервалов и блок 11 очистки регистра. С первого выхода блока 8 временной селекции сформированный в нем строб-импульс подается на второй вход усилителя 4 для селекции n-го или (п-1)-го отраженного эхо- импульса. Установка n-го либо (п-1)-го импульса производится при подаче импульса

на второй вход блока 8 временной селекции с первого выхода счетчика 7 циклов. Количество циклов в счетчике 7 циклов устанавливается по входу II с блока 12 установки кода числа циклов.

Генератор 13 стандартных сигналов формирует прямоугольные импульсы, поступающие на четвертый (счетный) вход блока 9 измерения временных интервалов, на первый вход блока 9 с блока 8 временной селекции поступают импульсы, определяющие режим работы: при селекции n-го эхо- импульса блок 9 измерения временных интервалов работает на увеличение кода числа, а при селекции (п-1)-го импульса - на уменьшение, таким образом производится процесс вычитания интервалов. С выхода блока 9 код числа импульсов, соответствующий времени распространения ультразвуковых колебаний в образце 16, подается на регистр 10, а с блока 8 временной селекции через формирователь 14 подается импульс. разрешающий запись в регистр 10 код числа, который далее индицируется на экране блока 15 индикации.

Формула изобретения 1. Способ определения времени распространения ультразвуковых колебаний, заключающийся в том, что в исследуемом материале в режиме синхрокольца возбуж- дают импульсы ai ультразвуковых колебаний, формируют синхрокольцо от п-го отраженного импульса ультразвуковых колебаний и измеряют время ti N циклов распространения импульсов аи с учетом которого определяют время распространения ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно формируют синхрокольцо от (n-m)-ro отражен- ного импульса аи измеряют время t2 N циклов распространения импульсов bu a время t распространения ультразвуковых колебаний в исследуемом материале определяют по формуле ti -t2

t

N (n - m)

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что номер n принимаемого импульса отраженных ультразвуковых колебаний определяют из условия Ап/А2п S Z, где Ап и А2п - амплитуды отраженны соответственно n-го и 2п-го импульсов ультразвуковых колебаний, Z - отношение уровней полезного сигнала и сигнала помехи.

3.Устройство для определения времени распространения ультразвуковых колебаний, содержащее последовательно соединенные блок запуска, генератор импульсов, электроакустический преобразователь и усилитель и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено блоком временной селекции, блоком установки кода числа циклов, регистром, блоком очистки регистра, генератором стандартных сигналов, блоком измерения временных интервалов, счетчиком циклов и линией задержки, первый и второй выходы усилителя соединены с входами осциллографа и линии задержки соответственно, первый, второй и третий выходы блока временной селекции соединены соответственно с вторым входом уапителя, входом формирователя и с первым входом блока измерения временных интервалов, выход линии задержки подключен к вторым входам генератора импульсов и блока измерения временных интерзалов, к входу блока очистки регистра и к первым входам блока временной селекции и счетчика циклов, второй вход которого соединен с вылодом блока установки кодэ числа циклов, первый и второй выходы счетчика циклов соединены соответственно с вторым входом блока временной селекции и с третьим входом блока измерения временных интервалов, четвертый вход которого подключен к выходу генератора стандартных сигналов, первый, второй и третий входы регистра соединены соответственно с выходами блока измерения временных интервалов, блока очистки регистра и формирователя, а вход блока индикации подключен к выходу решстра

«ппппппппппппппппппппппппппп

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для акустических измерений, в частности при определении напряженного состояния изделий. Цель изобретения - повышение точности измерений. При измерении времени распространения ультразвуковых колебаний методом синхрокольца формируют синхрокольцо от N-го эхо-импульса и от (N-M)-го эхо-импульса и измеряют времена N соответствующих циклов. Номер N используемого эхо-импульса выбирают в зависимости от соотношения уровней полезного сигнала и сигнала помехи. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

ffl

JEE3

п

it vi Г rftUTrfИГ

L

fi

f

п.

л

f r f r .r ff ,{.r .н I

«.,

Л

-П-,

.А

Г I Г м4 f л 1 ,1

Uпп

л

п.

л

-П-,