Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области неразрушаюр1;его контроля материалов в машиностроении, строительстве, горной и других отраслях промьпилен- ности и может быть использовано как безэталонньпЧ дефектоскоп.

Целью изобретения является повышение чувствительности контроля за счет измерения времени прохождения ультразвука не по первой полуволне принятого сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - вpe Ieнныe диаграмм -, иллюстрируюпще его работу.

Устройство содержит последовательно соединенные синхрон-изатор 1, триггер 2, nepRMi i элемент 3, первый генератор зондирую1цих импульсов

и nepBbDi излучаюгтий пьезопреобразова- тель 5, последовательно соединенные первый приемный пьезопреобразователь 6,усилитель 7,первый пороговый элемент 8,элемент ИЛИ 9,времяизмерительный блок 10, второй вход которого потщлючен .к синхронизатору 1, последовательно соединенные с синхронизатором 1 второй элемент И 11, второй генератор 12 зондирукр(их импульсов и второй излучающий пьезопреобразователь 13, последовательно соединенные второй приемньй преобразователь 14, управляемьв усилитель 15 и второй пороговый элемент 16, подключенный к второму входу элемента ИЛИ 9, детектор 17 огибающей, включенный между усилителем 7 и управляющим входом управляемого усилителя 15,

сд

ND

3 ,1

двухпозиционный индикатор 18, под- ключенньй к выходам триггера 2. Второй вход первого элемента И 3 связан с синхронизатором 1 , а второй В1)1ход триггера 2 связан с вторым входом второго элемента И 11. Приемные пьез образ9ватели 6 и 14 и излучающие пьезопреобразователи 5 и 13 установлен соответственно на o6vsfi-x концентраторах.

Устройство работает следующим образом.

Синхроимпульс 19 синхронизатора поступает во времяизмерительный блок 10 и устанавливает ,его в исходное О состояние. Одновременно импульс 19 синхронизатора 1 поступает на один из входов каждого из элементов И 3 и 11, а также на вход триггера 2. Последний перебрасывается в новое состояние задним фронтом синхроимпульса 19. После включения устройства на первом выходе триггера 2, соединенном с первь1М элементом И 3, высокий гровень выходного напряжения 20,т .е.состояние логической 1,Поэтому им.пульс 19 синхронизатора 1 с выхо первого логического элемента ИЗ

поступает на вход первого (низкочастотного) генератора 4 зондирующих импульсов, напряжение 21 с выхода которого поступает на первый (низкочастотный) излучающий пьезопреобраз ватель 5.

Излученный пьезопреобразователем 5 акустический импульс, пройдя контролируемую базу материала, воспринимается первьш (низкочастотным)- приемным преобразователем 6. Электрческий сигнал с выхода преобразова- теля 6 поступает ьш избирательный усилитель 7, полоса пропускания которого согласована со спектром низкочастотного сигнала с преобразова.- теля б. Сигнал 22 с выхода усилител 7 Поступает на первьй пороговый элемент 8 и детектор 17 огибающей. При превышении сигналом 22 уровня , срабатывания первого порогового элемента 8, последний формирует мпуль 23, поступающий через элемент ИЛИ 9 на времяизмерительный блок 10, который измеряет и индуктирует врем прост ранения низкочастотного зон дирующехчт сгигнала (эталонное время) t, поскольку дефекты не сильно влияют на низкочастотньй сигнал. Индикатщю о том, что времяизмерител

10

5

0

5

55

ный блок 10 измеряет время t (по низкочастотному каналу) дает двух- позиционньг1 индикатор 18, срабатывающий по заднему фронту сигнала 20 с первого выхода триггера 2. Индикатор 18 может быть выполнен, например, -йа двух светодиодах, каждый из кото- рьгх включен в нагрузочную цепь соот- ветстз ующего ключа, управляемо г о сиг- . налами соответственное первого и вто- / рого выходов триггера 2.

Следующий импульс 24 синхронизатора 1 устанавливает времяизмерительный блок 10 в исходное О состояние и одновременно поступает на вход второго элемента И 11. Поскольку на втором входе его в это время напряжение 25 логической 1 с второго выхода триггера 2, то импульс 24 синхронизатора 1 поступает на вход второго генератора 12 зондируютщх импульсов. Сигнал 26 с выхода генератора 12 (высокочастотного) возбуждает второй излучающий пьезопреобразова- тель 13, с помощью которого в контролируемый материал излучается ультразвуковой высокочастотный сигнал. Пройдя контролируемую базу материала, этот сигнал принимается вторым (высокочастотным) приемным пьезопреобразователем 14, откуда в виде электрического сигнала поступает на вход управляемого усилителя 15, полоса пропус,кания которого соответствует частотному.спектру сигнала с выхода пьезопреобразователя 14.

Коэффициент усиления управляемого усилителя 15 определяется уровнем сигнала, поступившего в предыдущий период с детектора 17 огибающей. Причем коэффициент усиления управляемого усилителя 15 находится в обратной зависимости от уровня напряжения, Jпоступающего на его управляющий вход. т.е.фактически от уровня напряжения 22 на выходе усилителя 7 .Благодаря этому обеспечивается минимальньш коэффидаент усилеш-гя управляемого усилителя 15, которьй гарантирует однако при про- звучивании бездефектного участка материала срабатьшание второго порогового устройства 16 по первому вступлению принятого сигнала.

0

35

50

Таким образом, если деЛектов на контролируемой базе материала нет, срабатьтание пор огового устройства 16, имеюгаего порог срабатьгоания .Upopj,

51597720

происходит по первому кступ-пению сигнала 7 с выхода управляемого усилителя 15. Сигнал 28 с выхода по-; рогового устройства 16 через элемент ШТИ 9 поступает на врем.чизмерительный блок 10, которьй измеряет и .ици- рует искомое время распространения tp в бездефектном материале. Посколь- ку оба излучаюрщх пьезопреобразова- теля 5 и 13 и приемных пьезопреобра- зователя 6 и 14 устанавливаются соответственно в одних и тех же точках контроля (это достигается, например, становкой преобразователей на конических волноводах с точечными контактами), то база контроля и контактные условия по высокочастотному низкочастотному трактам одинаковы

10

, ( JJ н с

и, следовательно, t р t. О том, ч времяизмерительный блок измеряет в данный момент время tp (по высокочастотному тракту), сигнализирует двухпозиционный индикатор 18 срабатывающий по заднему фронту сиг нала 25 с выхода триггера 2.

При нaлliчии дефекта (например, в виде сомкнутой трещины) на базе контроля между пьезопреобразователями 13 и 14, уровень акустического сигн

уровенг; „

ла, воздействующего на приемный преобразователь 14, уменьшается. Соот- ветственно уменьшается уровень элекрического сигнала 29 на вьпсоде упраляемого усилителя 15. Коэффипиент усиления ;: Tui-o усилителя практически такой, как и в предыдущем случае бездефектного участка, поскольку рассматриваемый тип дефекта не оказывает сколь-нибудь заметное влияние на низкочастотный сигнал, от уровня которого зависит величина управляюгцего напряжения с детектора 17.

Сигнал 29 с выхода управляемого усилителя 15 поступает на второй пороговый элемент 16, .который вырабатывает сигнал 30, по которому про- иззодится измерение времяизмеритель- ным блоком 10, который измеряет и индитщрует время t g распространения ультразвуковых колебаний на дефектном участке. Поскольку срабатьшание второго порогового элемента 16 про- исхо,дит при этом не по первому, а по одному из последующих вступлений сигнала 29, то измеряемое времяиз- мерительным блоком 10 время tq оказывается сургественно большим, чем

эталонное время t. Это обеспечивает повышение чувствительности контроля по сравнению с прототипом.

По заднему фронту импульса 24 синхронизатора 1 триггер 2 перебрасывается в новое состояние устойчивого равновесия, на его первом выходе появляется сигнал логической l. С приходом следующего импульса синхронизатора 1 все процессы в (устройстве повторяются снова.

Низкочастотный тракт устройства (преобразователи 5 и 6) может быть настроен на частоту 60 кГц, а высокочастотный (преобразователи 13 и 14) - на частоту 500 кГц. База контроля при поверхностном профилировании составляет 20 см. При этом измеренные устройством на этой базе, содержащей указанны выше тип дефекта, времена распространения ультразвуковых коле2025

,баний составляют t э 50 мкс и t л ,62 МКС.В То же время измерения,проведенные в тех же условия:-: также на час- тоте 600 кГц с помощью прибора УК-10 Ш1С, дают значение tq 53 мкс, что

о- - i jrvk- ,

;.практически не отличается от значения для бездефектного участка. 30Таким образом, ттредлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить чувствительность контроля по отношению к дефектам рассматриваемого вида.

35

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов, содержа Q щее последовательно соединенные синхронизатор, триггер и первьп элемент И, второй вход которого подключен к синхронизатору, последовательно соединенные приемный пьезопреобразова-

. тель,управляемьвЧ усилитель и первый по- .РОГОВЫЙ элемент, последовательно соединенные первьй генератор зондирующих импульсов и излучаюр ий пьезопре- образователь, второй пороговый эле

мент, второй элемент И и времяизме- рительньпЧ блок, первьй вход которого, подключен к синхронизатору, отличающееся тем, что, с целью повьшения чувствительности, оно снабжено последовательно соединенным:-: вторым генератором зондирукхцих импульсов, вход которого подключен к выходу первого элемента И, и вторым излучающим пьезопреобразователем.

последовательно соединенными вторым приемным льезопреобразователем н усилителем, подключенным к входу второго порогового элемента,двухпози- ционным индикатором, включенным между выходами триггера, элементом .ИЛИ, входД) которого подключены к выходам соответствуюрхих пороговых элементов, а выход,- к второму входу времяизме15977208

f

рительного блока, детектором (гибан.-- щсй, включенным между улравляюпщм входом управляемого усшштеля и выходом усшштеля, входы второго элемента И подключены соответственно к BTOPOMV выходу триггера и выходу сиихронигы- тора, а выходы элементов И соединены с вxoдaмIi соответстпую1чих генераторов зондирую1цих импульсов.

10

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано как безэталонный дефектоскоп. Цель изобретения - повышение чувствительности контроля за счет измерения времени прохождения ультразвука не по первой полуволне принятого сигнала. Синхронизатор и триггер обеспечивают попеременное измерение времени прохождения ультразвука базового расстояния низкочастотным и высокочастотным сигналами. По принятому уровню сигнала в низкочастотном сигнале настраивают коэффициент усиления в приемном высокочастотном канале. Это обеспечивает независимость от неодинаковых контактных условий пъезопреобразователей и измерение времени прохождения ультразвука высокочастотным сигналом по непервым полуволнам принятого сигнала. 2 ил.