Ультразвуковой дефектоскоп Советский патент 1991 года по МПК G01N29/10 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий ультразвуковым методом и может быть использовано для обнаружения и регистрации дефектов в автоматизированных установках контроля качества изделий в машиностроении, энергетике и других отраслях промышпенности.

Целые изобретения является повышение достоверности и производительности контроля за счет автоматической оперативной коррекции погрешностей реальной функции преобразования приемоусилигельного аналого-цифрового тракта как при нормальных

условиях, так и при воздействии различных дестабилизирующих факторов.

На фиг.1 представлена структурная схема ультразвукового (УЗ) дефект оскопа; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Дефектоскоп содержит последовательно электроакустически соединенные генератор 1 зондирующих импульсов (ГЗИ), передающий преобразователь 2 и приемный преобразователь 3, ключ-селектор 4, последовательно соединенные усилитель 5 и детектор 6, формирователь 7 зоны контроля (ФЗК), выход которого подключен к первому входу ключа-селектора 4, синхронизатор 8, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 9 (АЦП) и блок 10 разности, запоминающее устройство 11 (ЗУ), выход которого подключен к вто- рому входу блока 10 разности, оперативное запоминающее устройство 12 (ОЗУ), регистратор 13, генератор 14 экспоненциального импульса (ГЭЙ), последовательно соединенные триггер 15, первый распределитель 16 и счетчик 17 адреса, последовательно соединенные второй распределитель 18 и первую схему ИЛ И 19, вторую схему ИЛИ 20 и сумматор 21, первый вход которого подключен к выходу ОЗУ 12, второй вход - к первому входу ОЗУ 12 и к выходу АЦП 9, третий вход - к второму выходу второго распределителя 18, выход - к первому входу регистратора 13, первый вход АЦП 9 подключен к выходу детектора 6, второй вход - к выходу первой схемы ИЛИ 19, второй вход ключа-селектора 4 подключен к приемному преобразователю 3, третий вход - к выходу ГЭИ 14, четвертый вход - к второму входу ОЗУ 12 и к первому выходу триггера 15, первый вход триггера 15 подключен к входу ГЭИ 14 и первому выходу синхронизатора 8, второй вход - к входу ГЗИ 1 и первому выходу счетчика 17 адреса, второй выход - к входу формирователя 7 зоны контроля, втором/ входу счетчика 17 адреса и первому входу второго распределителя 18, второй вход первого распределителя 16 подключен к второму входу второго распределителя 18 и второму выходу синхронизатора 8, второй вы- ход - к первому входу ЗУ 11 и второму входу первой схемы ИЛИ 19, третий выход-к третьему входу блока 10 разности, четвертый выход - к первому входу второй схемы ИЛИ 20, третий выход второго распределителя 18 подключен к второму входу второй схемы ИЛИ 20, четвертый выход - к второму входу регистратора 13, третий вход ОЗУ 12 подключен к выходу блока 10 разности, четвертый вход- к выходу второй схемы ИЛИ 20, второй выход счет- чика 17 адреса подключен к второму входу ЗУ 11, усилитель 5 выполнен логарифмическим, а его вход подключен к выходу ключа- селектора 4,

Позициями 22-44 обозначены выходы сигналов с блоков УЗ дефектоскопа.

Ультразвуковой дефектоскоп работает следующим образом.

Синхронизатор 8 в своем составе может содержать, например, тактовый генератор (ТГ), который вырабатывает тактовые импульсы 22 высокой частоты f следования, поступающие на второй выход синхронизатора 8. ТГ может быть выполнен в виде мультивибратора, блокинг-генератора либо на

основе высокостабильного кварцевого генератора. В состав синхронизатора 8 может входить, например, счетчик импульсов ТГ, который после отсчета заданного количества импульсов (определяемого частотой посылок зондирующих импульсов в контролируемое изделие) вырабатывает импульс 23 цикла, поступающий на первый выход синхронизатора 8. Принцип формирования импульсов цикла может быть иным.

Каждый цикл работы ультразвукового дефектоскопа состоит из двух последовательных подциклов: в первом из них реализуется режим вычисления корректирующих кодов, во втором - режим контроля или работы с сигналом от приемного преобразователя 3.

До начала цикла триггер 15 находится в состоянии О, которому соответствует наличие уровня логического О на его первом выходе 24 и уровня 1 - на втором выходе 25. При поступлении импульса цикла на первый вход триггера 15 последний устанавливается в состояние логической 1й, реализуя при этом режим вычисления корректирующих кодов. Одновременно импульсом цикла возбуж- дается ГЭИ М, который формирует образцовый игнал - радиочастотный импульс 30 с экспоненциально уменьшающейся амплитудой. Частота заполнения импульса30 соответствую рабочей частоте приемоусмли- тельного аналого-цифрового тракта (ПУАЦТ) ультразвукового дефектоскопа, в состав которого входят ключ-селектор 4, логарифмический усилитель 5, детектор б и АЦП 9. ГЭИ 14 может быть выполнен, например, в виде LC- контура ударного возбуждения с высокой добротностью и достаточно большой постоянной времени т , элементы которого имеют малые температурные коэффициенты индуктивности и емкости. Контур ударного возбуждения пжет быть герметично экранирован для предотвращения воздействия на его параметры различных дестабилизирующих факторов. Таким образом, ГЭИ 14 формирует стабильный во времеН Л и практически независимый от дестабилизирующих факторов радиочастотный импульс, огибающая как положительных, так и отрицательных полуволн которого экспоненциально убывает и описывается выражением

Ut - ± U0e т ,

(1)

где Uo - начальная амплитуда (амплитуда первой полуволны); t - текущее время; т- постоянная времени контура.

Ключ-селектор 4, выполненный в виде коммутатора аналоговых сигналов с идентичными каналами, построен таким образом, что при поступлении уровня логической 1 на его четвертый вход и уровня О на первый открывается второй канал и на выход ключа-селектора 4 передается сигнал с третьего входа. Аналогично, при поступлении уровня логической 1 на его первый вход и уровня О на четвертый открывается первый канал, и на выход ключа-селектора 4 передается сигнал с второго входа. При наличии уровня О на первом и четвертом входах ключа-селектора 4 последний полностью закрыт и сигналы на выход не передаются. С переходом триггера 15 по импульсу 23 цикла в состояние логической Г он открывает ключ-селектор 4 по его второму каналу, обеспечивая прохождениз радиочастотного экспоненциально затухающего импульса 30 с выхода ГЭИ 14 на вход логарифмического усилителя 5.

Последний преобразует входной сигнал по логарифмическому закону и его номинальная (идеальная) функция преобразования или идеальная логарифмическая амплитудная характеристика (ЛАХ) имеет вид

- Увых мин. + 3 In

и

8Х

и

вх.мин

где Uex - амплитуда входного сигнала; UBX.MHH - амплитуда входного сигнала, при котором начинается ЛАХ; а - коэффициент пропорциональности; ивых.мин - амплитуда выходного сигнала, соответствующая UBX.MKIH. Применение логарифмического усилителя с широким динамическим диапазоном в ПУАЦТультразвукового дефектоскопа позволяет отказаться от введения в усилитель напряжения временной регулировки усиления и связанных с ним дополнительно вносимых погрешностей. Таким образом, огибающая как положительных, так и отрицательных полуволн радиочастотного импульса, с выхода ГЭИ 14 после преобразования в логарифмическом усилителе 5 примет вид

U0e

-t/r

Ut.Bbix - (ивых.мин + a

UBX.MHH /

± (Цых.мин 4- 3 InUo - Y а |п ивх.мин)

± (lU.o - bt) ,(3)

Где Увыхо UBWX.MHH + a In Uo - 3 In UBX.MHH

- начальная амплитуда сигнала с выхода ло

гарифмического усилителя; b - коэффициент пропорциональности, учитывающий наклон ЛАХ.

После детектирования в двухполупери- 5 одном детекторе 6 на первый аналоговый вход АЦП 9 noci упэет видеоимпульс 31, огибающая которого представляет собой прямую наклонную линию. Наклон определяется, в частности, постоянной вре10 мени г контура ГЭИ 14. АЦП 9 преобразует аналоговый сигнал в цифровой кид.

Идеальный ПУАЦТ состоит из ключа-селектора 4, логарифмического усилителя 5, детектора 6 и АЦП 9. Реально же каждый из

1 перечисленных блоков обладает определенной погрешностью преобразования, обусловленной отличием их реальных функций преобразования или амплитудных характеристик при отсутствии дестабилизирующих

20 факторов от соответствующих номинальных (идеальных). Кроме того, на воздействие внешних и внутренних дестабилизирующих факторов, таких как температурный дрейф нуля и коэффициента усиления, изменения

25 и колебаьия напряжений питания, изменение влажности окружающей среды, воздействие внешнего электромагнитного поля, радиация, старение элементов и изменение ими своих свойств и т.д.. каждый из блоков

30 реагирует по-своему, причем характер реакции не является линейным и трудно предсказуем, а в большинстве случаев вообще невозможно теоретически учесть все изменения, которые претерпевают функции тре35 образования указанных блоков. Логарифмический усилитель, состоящий в общем случае из ряда параллельно или последовательно соединенных звеньев, реагирует сложным образом на комплекс

40 изменяющихся внешних и внутренних факторов, так как функция преобразования каждого из звеньев может изменяться по- разному, за счет чего значительно возрастают погрешности реальных ЛАХ, причем

45 величина погрешности и ее знак могут быть различными в разных точках диапазона, при разных амплитудах входного сигнала.

Таким образом, реальный ПУАЦТ обладает погрешностями преобразования, ха50 рактер которых зависит от воздействия дестабилизирующих факторов, приводящих к тому, что видеоимпульс на выходе детак- тора 6, получаемый после преобразования сигнала с выхода ГЭИ 14, будет искажен.

55 Это выразится в том, что огибающая его не будет представлять собой прямую наклонную линию. Возможен также и температур-- ный уход нуля. После преобразования в цифровой код добавляется погрешность поеобразования АЦП 9. В итоге, последовательность кодов, получаемая на выходе АЦП 9 в результате последовательного преобразования амплитуды каждой точки огибающей видеоимпульса, не будет представлять собой убывающую арифметическую прогрессию с постоянной разностью. На выходе АЦП 9 указанная последовательность кодов соответствует преобразованной экспоненциально уменьшающейся амплитуде радиочастотного импульса с выхода ГЭИ 14, промодулированной суммарным воздействием всех дестабилизирующих факторов. Так как амплитуда импульса ГЭИ 14 изменяется непрерывно экспоненциально от максимального значения, соответствующего максимальному входному сигналу ПУАЦТ, до нуля, последовательно проходя все промежуточные значения, то на выходе АЦП 9 последовательность кодов представляет собой не что иное, как амплитудную характеристику логарифмического ПУАЦТ в соответствующем масштабе, которая используется для расчета корректирующих кодов для каждой амплитуды входного сигнала, определяемых дискретностью преобразования АЦП 9.

При установке триггера 15 в состояние логической 1 он инициирует первый распределитель 16 по его первому входу, причем на второй вход последнего поступают тактовые импульсы высокой частоты f с второго выхода синхронизатора 8. Первый распределитель 16 может быть выполнен, например, в виде кольцевого регистра и работает так, что первый же тактовый импульс высокой частоты, поступивший на второй вход первого распределителя следом за установкой триггера 15 в состояние логической 1, проходит на первый выход первого распределителя 16; второй импульс - на его второй выход и т.д. Пятый импульс вновь проходит на первый выход, и далее работа первого распределителя 16 повторяется. Частота появления тактовых импульсов на каждом из выходов распределителя 16 в 4 раза меньше частоты f тактовых импульсов с выхода синхронизатора 8, а один подпроцесс работы первого распределителя 16 состоит из четырех тактов ТГ. Временные диаграммы 26-29 с указанием номеров подпроцессов на каждом из четырех выходов первого распределителя 16 показаны на фиг.2.

Рассмотрим работу устройства в подпроцессе с порядковым номером J, учитывая, что работа первого распределителя 16 после его включения начинается с подпроцесса с номером j 1,

Первый тактовый импульс 26, появившийся на первом выходе первого распределителя 16 в подпроцессе с номером j

поступает на первый вход счетчика 17 адреса, на втором выходе которого устанавливается адрес 32 ячейки ЗУ 11 с порядковым номером j. Адрес 32 с второго выхода счетчика 17 адреса поступает на второй адресный вход ЗУ 11, выполненного, например, на микросхемах постоянной, перепрограм- мируемой или оперативной памяти с триггерами на выходе. Далее второй тактовый

импульс 2 с второго выхода первого распределителя 16 в подпроцессе с номером j поступает на первый синхронизирующий вход ЗУ 11, определяя чтение из последнего информации - у-разрядного цифрового кода

со значением К (j) (фиг.2, позиция 35), записанного в ячейке, адрес которой J выставлен счетчиком 17 адреса в предыдущем такте. Одновременно второй тактовый импульс с второго выхода первого распределителя 16 через первую схему ИЛИ 19 поступает на второй синхронизирующий вход АЦП 9. Последний преобразует амплитуду аналогового сигнала со своего первого, аналогового входа в у-разрядный цифровой

код со значением mQ) (фиг.2, позиция 34). В состав АЦП 9 могу г входить, например, триггеры для сохранения информации на выходе АЦП до прихода следующего тактового импульса Wa em синхронизирующий вход.

Таким образом, к концу второго такта на выходах АЦП 9 и ЗУ 11 присутствуют цифровые коды тО) и K(j) соответственно, поступающие на первый и второй входы блока 10 разности.

В случае идеального ПУАЦТ огибающая

видеоимпульса, присутствующего на аналоговом входе АЦП, имеет вид наклонной прямой линии. Параметры системы (постоянная времени т контура, входящего в состав ГЭИ

14, начальная амплитуда видеоимпульса на выходе детектора 6) должны быть подобраны таким образом, чтобы с приходом каждого следующего тактового импульса на второй, синхронизирующий вход АЦП 9 текущая амплитуда видеоимпульса, присутствующего на его первом аналоговом входе, изменилась бы настолько, чтобы для идеального ПУАЦТ значение каждого последующего цифрового кода m(j + 1) в (J + 1)-ом

подпроцессе было бы на единицу меньше значения цифрового кода mQ), полученного в предыдущем j-м подпроцессе преобразования, т.е. m (j + 1) m(j)-1.

Для этого должны выполняться соотношения

ивыхдет(х-1)Ди;(4)

,. 4ad )Г

(5)

где Квыхдет - начальная амплитуда видеоимпульса на выходе детектора; х - число состояний на выходе АЦП; At - приращение амплитуды сигнала на аналоговом входе АЦП, при котором происходит изменение значения цифрового кода на выходе АЦП на единицу; d - коэффициент усиления детектора.

Соотношение (5) получается в результате следующих преобразований. Для этого, чтобы значение кода на выходе АЦП уменьшалось на единицу в каждом последующем подпроцессе преобразования при переходе от времени t(|) к времени tQ +1), необходимо приращение сигнала на его аналоговом входе на величину Ли. Переходя к входным сигналам, с учетом (1) получим

AU adOnJ -lnJWL± :

-%х.минv-fex мин

AU ad (InUexO) - lnUx(j + 1); AU ad())ad4;

4arJ r 15U

где t(j) и t(j + 1) - текущее время для входных сигналов с амплитудами UBxO) M Uex{J + соответственно, причем

t(j-n)-.t(j) y.

Указанный идеальный ПУАЦТ реализуется в своем эквиваленте - ЗУ 11, которое запрограммированно таким образом, что в ячейках, имеющих последовательно возрастающие адреса, начиная с некоторой начальной, записаны у-разрядные цифровые коды, представляющие собой эквивалентные цифровые величины амплитуд для идеального аналогового видеоимпульса с огибающей в виде наклонной прямой, который поступил бы на аналоговый вход идеального АЦП в случае идеального ПУАЦТ. Причем значение кода К(| + 1), записанного в каждой ячейке с последующим адресом j + 1, должно быть на единицу меньше значения кода K(j). записанного в ячейке с адресом . Программирование ЗУ 11 может быть осуществлено с помощью известных программаторов в двоичном коде или, например, устройств ввода-вывода ЭВМ в том случае, если дефектоскоп работает в составе автоматизированного комплекса. Итак, в ЗУ 11 записана номинальная (идеальная) функция преобразования или идеальная амплитудная характеристика идеального логарифмического ПУАЦТ при

воздействии на его вход радиочастотного импульса с экспоненциально убывающей амплитудой. Адрес начальной ячейки, представляющий собой номер очередного под- процесса первого распределителя 1, должен быть выбран с учетом задержки Т, которую приобретает импульс с выхода ГЭИ 14, проходя последовательно через ключ-селектор 4, логарифмический усилитель 5 и

0 детектор 6, прежде чем попасть на первый аналоговый вход АЦП (фиг.2, позиция 31). Например, с учетом задержки Т начальная ячейка выбрана с адресом J 2 (фиг.2, позиция 31 и 32). Во всех ячейках ЗУ 11 с адресом

5 j меньше начального должны быть записаны коды с нулевым значением, которые представляют собой не что иное, как уровень постоянной составляющей видеоимпульса (уровень нуля). Таким образом обеспечива0 ется соответствие в работе АЦП 9 и ЗУ 11, информация на выходах которых к концу второго такта каждого подпроцесса в случае иде- альности ПУАЦТ была бы совершенно идентичной, т.е. обеспечивалось бы равенство

5 тО)КО)(где 1,2п - 1).

В действительности, ПУАЦТ дефектоскопа не является идеальным и, кроме того, его реальная функция преобразования подвержена воздействию различных дестаби0 лизирующих факторов. Поэтому, в общем случае, соответствующие друг другу цифровые коды с выхода АЦП 9 m 0) и ЗУ 11 К (j) не будут равны: m (j) К (j) в том числе и в подпроцессах с номером j меньше нэчаль5 ного, что обусловлено дрейфом нуля.

Итак, в концу второго такта на первом и втором входах блока 10 разности присутствует в общем случае неравная между собой информация с выходов АЦП 9 и ЗУ 11. Блок

0 10 разности предназначен для вычисления погрешностей реальной функции преобразования и осуществляет это путем алгебраического вычитания кода m 0) (с выхода АЦП 9), представляющего собой данную точку ре5 альной функции преобразования, из кода К (j) (с выхода ЗУ 11), представляющего собой соответствующую данную точку идеальной функции преобразования. Блок 10 разности может быть выполнен, например, в виде

0 многоразрядного сумматора, работающего в режиме вычитания, с триггерами на выходе, обеспечивающими сохранение выходной информации до прихода очередного тактового импульса.

5 С приходом третьего тактового импульса 28 с третьего выхода первого распределителя 16 на третий синхронизирующий вход блока 10 разности последний производит вычитание К (j) - m (j). К концу третьего такта разность кодов, или корректирующий

код I (j)(фиг,2, позиция 36)с выхода блока 10 разности поступает на третий информационный вход ОЗУ 12, на первом адресном входе которого присутствует у-разрядный цифровой код со значением m Q) с выхода АЦП 9. Емкость ОЗУ 12 должна составлять не менее х адресов (х - число состояний на выходе АЦП 9), по каждому.из которых можно записать необходимое количество разрядов информации, определяемое максимальным значением как положительным, так и отрицательным, с учетом знака, которое может принимать корректирующий код l(j). ОЗУ 12 предназначено для хранения корректирующих кодов I (j) и может быть выполнено на микросхемах оперативной памяти с триггерами на выходе, обеспечивающими сохранение выходной информации до прихода очередного тактового импульса. Режим работы ОЗУ 12 задается по его вто- рому входу. Если на нем присутствует уровень логической 1, то ОЗУ 12 работает в режиме записи, если О - в режиме чтения. Собственно запись или чтение производится по тактовому импульсу, поступающему на четвертый вход ОЗУ 12 через вторую схему ИЛИ 20.

С приходом четвертого тактового импульса 29 каждого подпроцесса с четвертого выхода первого распределителя 16 ОЗУ 12 производит запись цифрового кода со значением i Q) с выхода блока 10 разности в ячейку с адресом m (j)c выхода АЦП 9 (фиг.2, позиция 37). На этом данный j-й подпроцесс работы ультразвукового дефектоскопа в ре- жиме определения корректирующих кодов завершается. Следующий тактовый импульс высокой частоты Г, поступающий на второй вход первого распределителя 16, вызывает появление первого тактового импульса (j + 1)-го подпроцесса на его первом выходе. Дальнейшая работа дефектоскопа происходит аналогично: по первому тактовому импульсу (| + 1)-го подпроцесса счетчик 17 адреса выставляет следующий по порядку адрес j + 1 ячей- ки ЗУ 11, по второму тактовому импульсу АЦП 9 производит преобразование в цифровой код со значением m (j + 1) реального аналогового сигнала на его входе, представляющего собой амплитуду (j + 1)-й точки огибающей видеоимпульса, полученного преобразованием радиочастотного экспоненциально убывающего импульса с выхода ГЭИ 14. Одновременно с выхода ЗУ 11 поступает цифровой код со значением К 0 + 1). представляющий собой соответствующую 0 + 1)-ю точку идеальной функции преобразования соответствующего идеального ПУАЦТ при воздействии на его вход эквивалентного радиочастотного

импульса, причем К (j + 1) К Q) - 1. По третьему тактовому импульсу блок 10 разности вычисляет корректирующий код I (j + 1), который по четвертому тактовому импульсу записывается в ячейку ОЗУ 12, адрес которой - m 0 + 1) - приходит с выхода АЦП 9. Аналогично производится определение корректирующего кода для каждой точки реальной функции преобразования. При этом в каждом последующем подпроцессе на единицу увеличивается адрес на выходе счетчика 17 адреса и на единицу уменьшается значение кода, поступающего с выхода ЗУ 11. Это происходит до тех пор, пока в (п - 1)-м подпроцессе цифровой коде выхода ЗУ 11 К (п - 1), считанный из ячейки с адресом п - 1, не примет нулевого значения, что соответствует постоянной составляющей видеоимпульса (нулю), и не будет вычислен и записан в ОЗУ 12 корректирующий код I (п-1) для постоянной составляющей (нуля). Появление первого тактового импульса в следующем, n-м подпроцессе на первом входе счетчика 17 адреса вызовет переполнение последнего и на его первом выходе появится импульс 33, который сбрасывает триггер 15 по его второму входу в исходное состояние, при котором на его первом выходе устанавливается уровень О, а на втором

-уровень логической 1, Тем самым триггер 15 закрывает первый распределитель 16. запрещая передачу импульсов высокой частоты на его выходы, закрывает ключ-селектор 4 по его второму каналу, разрывая связь выхода ГЭИ 14 с входом логарифмического усилителя 5, переводит ОЗУ 12 из режима записи в режим чтения по его второму входу и сбрасывает счетчик 17 адреса по его второму входу в состояние О.

Итак, в режиме определения корректирующих кодов на вход логарифмического ПУАЦТ подается высокостабильный во времени и независимый от воздействия различ- ных дестабилизирующих факторов радиочастотный импульс, амплитуда которого уменьшается по экспоненциальному закону. После преобразования, усиления и детектирования соответствующий ему видеоимпульс точка за точкой преобразуется в цифровой код с помощью АЦП. Указанная последовательность цифровых кодов, представляющая собой дискретизированную реальную функцию преобразования, будет содержать погрешности, обусловленные как отличием реальной функции преобразования логарифмического ПУАЦТ при нормальных условиях, так и ее зависимостью от различных дестабилизирующих факторов. С другой стороны, с выхода ЗУ также точка за точкой считывается последовательность

цифровых кодов, представляющих собой дискретизированную идеальную функцию преобразования соответствующего идеального логарифмического ПУАЦТ при воздействии на его вход эквивалентного образцового сигнала в виде радиочастотного экспоненциально затухающего импульса. В блоке разности производится сравнение обоих цифровых кодов в каждой точке и определяются корректирующие коды также для каждой точки, которые записываются в ОЗУ.

Режим работы ультразвукового дефектоскопа с сигналом от приемного преобразователя 3 начинается в момент сброса триггера 15 в исходное состояние импульсом переполнения с первого выхода счетчика 17 адреса. Этот же импульс служит для запуска ГЗИ 1. Последний возбуждает передающий преобразователь 2, который излучает зондирующий импульс ультразвуковых колебаний (УЗК) в контролируемое изделие (не показано). Отраженные от дефектов или иных неоднородностей изделия УЗ К принимаются приемным преобразователем 3. Передающий и приемный преобразователи 2 и 3 могут быть объединены в один приемопередающий преобразователь. С второго выхода триггера 15 уровень логической 1 поступает на вход ФЗК 7, формирующего строб-импульс 42 зоны контроля. Длитель ность задержки строб-импульса зоны контроля .на выходе ФЗК 7 по отношению к положительному перепаду на втором выходе триггера 15 может выбираться, например, из условия не попадания в зону контроля зондирующего импульса. В случае иммерсионного варианта контроля задержка строб-импульса зоны контроля может устанавливаться, например, из условия не попадания первого отраженного импульса от передней поверхности контролируемого изделия,

С выхода ФЗК 7 строб-импульс зоны контроля поступает на первый управляющий вход ключа-селектора 4 и при наличии уровня О на его четвертом входе открывает ключ-селектор 4 на время действия указанного импульса по первому каналу. В результате чего сигналы, принятые приемным преобразователем 3, через первый канал ключа-селектора 4 проходят на вход логарифмического усилителя 5. Так как в дефектоскопе предусмотрена возможность работы с совмещенным преобразователем, то в состав ключа-селектора 4 может входить ограничитель импульсов, предотвращающий воздействие высокого напряжения в момент его возбуждения. Для полной идентичности обоих каналов кг.юча-селектора 4 в этом случае необходимо наличие ограничителя и в его втором канале. Принятые приемным преобразователем 3 УЗКусиливаются в логарифмическом усилителе 5 и 5 детектируются в детекторе 6. В результате чего на вход АЦП 9 поступают видеоимпульсы, представляющие собой эхосигналы 31 от дефектов или иных неоднородностей контролируемого изделия.

0 При установке триггера 15 в состояние 0й он уровнем догической 1 на своем втором выходе открывает второй распределитель 18 по его первому входу, на второй вход которого поступают тактовые импульсы вы5 сокой частоты с второго выхода синхронизатора 8. Устройство и принцип действия первого и второго распределителей 16 и 18 идентичны. Временные диаграммы на выходах второго распределителя с указанием но0 меров подпроцессов представлены на фиг.2, позиции 38-41. Таким образом, первый же тактовый импульс высокой частоты, поступивший на второй вход второго распределителя 18 следом за включением по5 следнего, проходит на его первый выход и через первую схему ИЛИ 19 - на второй синхронизирующий вход АЦП 9. В результате чего последний преобразует присутствующую на его первом аналоговом входе

0 амплитуду видеоимпульса, соответствующего преобразованному сигналу, принятому приемным преобразователем 3, или при закрытом ключе-селекторе 4 величину напряжения, соответствующего постоянной

5 составляющей нуля, в у-разрядный цифровой код со значением m (i) (фиг.2, позиция 34), где i - номер подпроцесса второго распределителя 18. Если первому подпроцессу после начала работы второго распределите0 ля 18 присвоить значение i п, то i nt n + + 1, п+2. ... и члены лочледовзтельности m(i) представляют собой возможные состояния на выходе АЦП 11. Далее указанный цифровой код поступает на первый адрес5 ный вход ОЗУ 12, на второй вход сумматора 21 и на первый вход блока 10 разнести. Однако последний в рассматриваемом режиме работы участия не принимает, так как на его синхронизирующий вход тактовые

0 импульсы не поступают. Значение m (i) определяет адрес ячейки ОЗУ 12. Второй тактовый импульс 39, появляющийся с третьего выхода второго распределителя 18, через вторую схему ИЛИ 20 поступает на четвер5 тый синхронизирующий вход ОЗУ 12. В результате чего на его выходе появляется информация - цифровой код со значением Im О)(фиг.2, позиция 43), записанный в предыдущем режиме дефектоскопа (вычисления корректирующих кодов) по адресу m (j). численно равному данному значению m (I). Код со значением Im (I) является корректирующим кодом для данного преобразованного в АЦП 9 цифрового значения амплитуды ви- деоимпульса (или напряжения постоянного уровня). Цифровой код со значением lm(0 с выхода ОЗУ 12 поступает на первый вход сумматора 21. С приходом третьего тактового импульса с второго выхода второго распределителя 18 на третий синхронизирующий вход сумматора 21 последний производит суммирование обоих кодов, присутствующих на его входах m (I) и lm (i) и сумма их g (I) пошляется на его выходе (фиг.2, позиция 44). Далее информация с выхода сумматора 21, представляющая собой скорректированное с учетом погрешности значение цифрового кода, соответствующего преобразованной амплитуде сигнала, принятого приемным преобразователем 3, поступает на первый вход регистратора 13 и с приходом на его второй вход четвертого тактового импульса записывается в его входные устройства (например, регистры, ОЗУ и т.д.). В регистраторе происходит определение параметров дефектов - амплитуды, координаты и т.д.

Следующий тактовый импульс, поступающий на второй вход второго распределителя 18, проходит на его первый выход, начиная тем самым (i + 1)-й подпроцесс. Дальнейшая работа происходит аналогично.

Таким образом, во втором режиме работы дефектоскопа ЛЦП 9 последовательно, точка за точкой преобразует огибающую видеоимпульса, представляющего собой пре- обрэзованные эхосигналы, принятые приемным преобразователем 3, в цифровые коды, которые являются адресами ячеек ОЗУ 12, где хранятся вычисленные в предыдущем режиме корректирующие коды. После этого в сумматоре 21 происходит сложение кодов с выхода АЦП 9 и соответствующих им корректирующих кодов с выхода ОЗУ 12. В результате чего регистрации подвергаются истинные, скорректированные коды амплитуд. При этом устраняются все погрешности, вызванные как отличием реальной функции преобразования ПУАЦТ от соответствующей идеальной при нормальных условиях, так и воздействием практически всех дестабилизирующих факторов.

С приходом очередного импульса цикла с первого выхода синхронизатора 8 на первый вход триггера 15 последний вновь устанавливается в состояние логической 1, и работа устройства повторяется. Одновременно уровнем логической 1 ОЗУ 12 по

своему второму входу переводится из режима чтения в режим записи.

Таким образом, каждый цикл работы устройства заключает в себе работу последовательно в двух режимах - определение корректирующих кодов и работа с сигналом от преобразователя.

В первом подцикле определяются погрешности реальной функции преобразова0 ния приемоусилительного аналого-цифрового тракта с учетом как ее отличия от соответствующей идеальной функции преобразования при нормальных условиях, так и при воздействии всех стабилизирующих факторов - из5 менений и колебаний питающих напряжений, температурного дрейфа нуля и коэффициентов усиления, изменения влажности окружающей среды, воздействия внешнего электромагнитного поля, старе0 ния элементов и изменения ими своих свойств и т.д. Причем определение погрешностей производится индивидуально для каждой точки динамического диапазона, т.е. для всех без исключения амплитуд входных

5 сигналов, определяемых дискретностью АЦП.

Во втором подцикле производится обработка сигналов, принятых преобразователем и отраженных от различных

0 неоднородностей контролируемого изделия, - усиление по логарифмическому закону, детектирование и преобразование в соответствующие цифровые коды с помощью АЦП. Каждое значение амплитуды

5 принятого сигнала после преобразования АЦП индивидуально корректируется с учетом определенных в предыдущем подцикле корректирующих кодов, что позволяет максимально приблизить реальную функцию

0 преобразования логарифмического ПУАЦТ к соответствующей идеальной, полностью устранить как нелинейности самого ПУАЦТ в нормальных условиях, так и изменение их при воздействии различных дестабилизиру5 ющих фактооов. Это позволяет получать ис- тинные значения преобразованных амплитуд эхоимпульсов, что значительно повышает достоверность контроля.

Определение корректирующих кодов

0 для всех амплитуд входных сигналов, проводимое в каждом цикле работы дефектоскопа в промежутках между посылками зондирующих импульсов УЗК в контролируемое изделие, позволяет учитывать не только

5 статические погрешности, но и погрешности, возникающие в результате воздействия быстроменяющихся дестабилизирующих факторов, частота изменения которых сравнима с частотой циклов, что также повышает достоверность контроля.

Частота посылок зондирующих импульсов УЗК в контролируемое изделие определяется, в основном, временем реверберации УЗК в изделии. Каждый следующий зондирующий импульс излучается, как правило, после полного затухания УЗК, возбужденных предыдущим импульсом. Двухрежимный последовательный принцип работы дефектоскопа позволяет устанавливать частоту циклов (а следовательно, и частоту посылок зондирующих импульсов УЗК в контролируемое изделие) из этих же соображений, так как возбуждение генератора экспоненциального импульса для определения корректирующих кодов по времени может совпадать с приходом последних ревер берирующих импульсов. Причем к началу следующего зондирующего импульса происходит полное затухание как реверберирующих в изделии УЗК, так и импульса с выхода ГЭИ. Таким образом, исключается необходимость полной остановки контроля для проведения корректировок или необходимость снижения частоты посылок зондирующих импульсов УЗК в контролируемое изделие, представляется возможность проводить корректировку непосредственно в процессе контроля и, следовательно, повышается его производительность, что особенно важно для автоматизированных установок ультразвукового контроля, непосредственно участвующих в технологическом процессе производства и контроля изделий.

Специальная форма образцового сигнала ГЭИ - радиочастотный импульс с экспоненциально убывающей амплитудой, которая последовательно и непрерывно проходит все свои значения от максимального, соответствующего максимальному входному сигналу приемоусилительного аналого-цифрового тракта, до нуля, позволяет быстро в одном подцикле работы, в промежутках между посылками зондирующих импульсов УЗК в контролируемое изделие вычислять корректирующие коды для всех без исключения амплитуд входного сигнала, определяемых дискретностью АЦП. Это дает возможность отказаться от проведения экстраполяции и интерполяций, которые необходимы при коррекции лишь в нескольких точках диапазона, и максимально приблизить реальную функцию преобразования ПУ- АЦТ с учетом воздействия различных дестабилизирующих факторов к соответствующей идеальной во всем диапазоне, что повышает достоверность и производительность контроля.

Формула изобретения Ультразвуковой дефектоскоп, содержащий последовательно электроакустически соединенные генератор зондирующих им- 5 пульсов, передающий преобразователь и приемный преобразователь, ключ-селектор, последовательно соединенные усилитель и детектор, формирователь зоны контроля, выход которого подключен к первому входу

0 ключа-селектора, синхронизатор, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок разности, запоминающее устройство, выход которого подключен к второму входу блока разности,

5 оперативное запоминающее устройство и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и производительности контроля, он снабжен генератором экспоненциального импульса,

0 последовательно соединенными триггером, первым распределителем и счетчиком адреса, последовательно соединенными вторым распределителем и первой схемой ИЛИ, второй схемой ИЛИ и сумматором, первый

5 еход которого подключен к выходу оперативного запоминающего устройства, второй вход - к первому входу оперативного запоминающего устройства и к выходу аналого- цифрового преобразователя, третий вход 0 к второму выходу второго распределителя, выход - к первому входу регистратора, первый вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу детектора, второй вход - к выходу первой схемы ИЛИ, второй

5 вход ключа-селектора подключен к приемному преобразователю, третий вход - к выходу генератора экспоненциального импульса, четвертый вход- к второму входу оперативного запоминающего устройства и

0 к первому выходу триггера, первый вход триггера подключен к входу генератора экспоненциального импульса и первому выходу синхронизатора, второй вход - к входу генератора зондирующих импульсов и перво5 му выходу счетчика адреса, второй выход - к входу формирователя зоны контроля, второму входу счетчика адреса и первому входу второго распределителя, второй вход первого распределителя подключен к второму

0 входу второго распределителя и второму выходу синхронизатора, второй выход - к первому входу запоминающего устройства и второму входу первой схемы ИЛИ, третий выход - к третьему входу блока разности,

5 четвертый выход - к первому входу второй схемы ИЛИ, третий выход второго распределителя подключен к второму входу второй схемы ИЛИ, четвертый выход - к второму входу регистратора, третий вход оперативного запоминающего устройства подключен

к выходу блока разности, четвертый вход - . запоминающего устройства, усилитель вы- к выходу второй схемы ИЛИ, второй выход полней логарифмическим, а его вход подсчетчика адреса подключен к второму входу ключей к выходу ключа-селектора.

Изобретение касается неразоушающе- го контроля материалов и изделий ультразвуковым методом и может быть использовано для обнаружения и регистрации дефектов в автоматизированных установках контроля качества изделий. Целью изобретения является повышение достоверности и производительности контроля за счет автоматической оперативной коррекции погрешностей реальной функции преобразования приемоусилительного аналого-цифрового тракта как при нормальных условиях, так и при воздействии различных дестабилизирующих факторов. Использование в устройстве дополнительных блоков позволяет автоматически воднбм подцикле каждого цикла работы дефектоскопа диагностировать и определять с высокой дискретностью и точностью корректирующие коды для каждой точки диапазона функции преобразования приемоусил игольного эна- лопз-цифрового тракта по непрерывно зкс- поненциально меняющейся амплитуде образцового сигиалл, а во втором подцпкпе автоматически корректировать сигнал, поступающий с приемного преобразователя, т.е. полностью скорректировать погрешности реальной функции преобразования, зависящие от амплитуды входного сигнала как при нормальных условиях, так и при воздействии различных дестабилизирующих факторов. Подцикл определения корректирующих кодов осуществляется во время ре- верберационных затуханий ультразвуковых колебаний и не требует снижения частоты посылок зондирующих импульсов. 2 ил. С п ю

J

Л

1

л

. /