Изобретение относится к области неразрушающих испытаний и может быть использовано для ультразвукового контроля металлических конструктивных материалов, подвергающихся циклическому нагружению.
Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений за счет исключения ложных измерен.ж времени, распространения ультразвука при наличии структурных шумов и случайных помех в электроакустическом тракте.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения скорости ультразвука; на фиг. 2 -- временные диаграммы, поясняющие работу устройства.
Устройство для измерения скорости ультразвука содержит (фиг. 1) генератор 1 зондирующих импульсов, пьезопреобразова- тель 2, усилитель 3, компаратор 4 высокого
уровня, компаратор 5 низкого уровня, блоки 6 и 7 задержки, элемент 3 И 8, коммута- гор 9, счетчики 10 и 1I импульсов, формирователи 12 и 13 импульсов, источник 14 временных интервалов, / -триггер 15, интегратор 16, сумматор 17, фильтр 18, инвертор 19, регистрирующий блок 20, блок 21 индикации, например осциллограф Пьезо- преобразователь 2 соединен с первым выходом генератора I зондирующих импульсов и с входом усилителя 3, выход которого соединен с первым входом блока 21 индикации, с входами компараторов 4 и 5. Второй выход генератора 1 зондирующих импульсов подсоединен к установочным входам счетчиков 10 и 11 импульсов, к второму входу блока 21 индикации, к первому управляющему входу коммутатора 9 и к входу первого блока 6 задержки, выход которого соединен
О5 ОО СО ГС
СС
ьо
с первым входом элемента 3 И 8 и с входом второго блока 7 задержки Выход второго блока 7 задержки соединен с вторым управляющим входом коммутатора 9 и с вторым входом элемента 3 И 8, подключенного третьим входом к выходу компаратора 4 высокого уровня и выходом - к информационному входу коммутатора 9, первый и второй выходы которого соединены с счетными входами счетчиков 10 и 1 1 импульсов соответственно Первый формирователь 12 импульсов подсоединен первым входом к выходу счетчика 10 импульсов, вторым входом - к выходу компаратора 5 низкого уровня и к второму входу формирователя 13 импульсов и выходом - к входу запуска источника 14 временных интервалов Второй формирователь 13 импульсов подключен первым входом к выходу счетчика 11 импульсов и выходом к S-входу / 5-триггера 15, подсоединенного / -входом к выходу источника 14 временных интервалов и выходом - к входу интегратора 16, выход которого соединен с первым входом сумматора 17 и с входом фильтра 18 Выход фильтра 18 соединен с входом инвертора 19, выхоа которого подключен к второму входу сумматора 17, подсоединенного выходом к входу регистрирующего блока 20
Устройство для измерения скорости ультра звука работает следующим образом
С первого выхода генератора 1 импульсы поступают на пьезопреобразователь 2, изучающий в исследуемый материал 22 ультра звуковые импульсы Ультразвуковые эхо- сигналы, поступающие на пьезопреобразо- ватель 2, преобразуются в электрические и усиливаются усилителем 3, с выхода которою (фиг 2, а) поступают на входы компа ратора 4 и 5 высокого и низкого уровня Компаратор 4 высокою уровня срабатывает (фиг 2. о) при достижении входным сигна юм напряжения UOM., большего по величине, чем амплитуда случайных помех и структур ных акустических шумов Компаратор 5 низкого уровня срабатывает при прохождении входным сигналом нулевого потенциала Сигнал с выхода компаратора 4 высокого уровня через элемент ЗИ 8 поступает на информационный вход коммутатора 9 Запрет на прохождение импульсов с выхода компаратора 4 высокого у ровня на коммутатор 9 в момент прохождения зондирующего сигнала и в момент прохождения промежуточных эхо-импульсов между первым и -м отраженным сигналом осуществляется с помощью элемента ЗИ 8 и последовательно соединенных блоков 6 и 7 задержки (фиг. 2, в и г) Запуск блока 6 задержки осуществляется сигналом с второго выхода генератора зондирующих импульсов (фиг 2, е) Запуск блока 7 задержки осуществляется сигналом с выхода блока 6 задержки (фиг 2, г) Коммутатор 9 направляет импульсы, поступающие с выхода элемента ЗИ 8 (фиг. 2, д) при наличии сигнала на первом управляющем входе коммутатора 9, на счетный вход счетчика 10 импульсов, а при наличии сигнала на втором управляющем входе коммутатора 9 - на счетный вход счетчика 11 импульсов Счетчик 10 импульсов формирует на выходе сигнал (фиг 2, ж) в момент поступления сигнала, соответствующего п-му периоду в первом отраженном сигнале Счетчик 11 импульсов формирует
на выходе сигнал (фиг 2, з) в момент поступления сигнала, соответствующего п-му периоду в Л/-м отраженном сигнале Установка счетчиков 10 и 11 импульсов в начальное состояние осуществляется импульсом
с второго выхода генератора 1 зондирующих импульсов Сигналы с выходов счетчиков 10 и II поступают соответственно на первые входы формирователей 12 и 13, на вторые входы которых поступают сигналы с выхода компаратора 5 низкого уровня Формирова- тели 12 и 13 вырабатывают на выходе импульсы, передний фронт которых совпадает с моментом прохождения сигнала с выхода усилителя 3 нулевого потенциала Сигналы с выхода первого формирователя 12
5 (фиг 2, и) поступают на вход запуска источника 14 временных интервалов и запускают его передним фронтом С выхода источника 14 временных интервалов сигнал, задержанный на время Гдз (фиг 2, л), поступает на R вход / 5-триггера 15, на 5-вход
0 которого поступает сигнал с выхода второго формирователя 13 (фиг 2, к) В результате на выходе / 5-триггера 15 имеем сигнал длительностью т (фиг 2, м) Установка счетчиков 10 и 11 в начальное положение осуществляется импульсом с второго выхода
5 генератора 1 зондирующих импульсов С выхода / 5-триггера 15 сигнал длительностью т поступает на вход интегратора 16, который преобразует этот сигнал в напряжение UBH , пропорциональное т
0ив„ 1к,
где L/Bfi - напряжение на выходе интегратора 16,
k - коэффициент
Время распространения ультразвука в материале в этом случае равно
,
где/лз -время, формируемое источником
14 временных интервалов При циклическом одноосном нагружении величина т равна
50
(Ј, + 4-)а0со5(а)/-г-фХп + Лт.А ,
- коэффициент упругоакустической
связи;
- коэффициент Пуансона, - модуль Юнга, - амплитуда напряжения, МПа, - циклическая частота нагружения, - фаза, - текущее время,
/о - время распространения ультразвука при в начальный момент испытания, TO -время т при в начальный
момент испытания.
Ату- приращение времени распространения ультразвука в результате необратимых изменений в материале, подвергаемом циклическому нагружению
Величина Ат является медленно изменяющимся параметром по сравнению с переменной составляющей, возникающей из-за упругоакустического эффекта ч из-за изменения длины акустического пути
Сигнал с выхода интегратора 16, пропорциональный величине т, поступает на вход фильтра 18, пропускающего на выход переменную составляющую частотой ш Сигнал с выхода фильтра 18 подвернется фазовой инверсии в инверторе 19, с выхода которого сигнал поступает на второй вход сумматора 17, на первый вход которого сигнал поступает с выхода интегратора 16 В результате на выходе сумматора 17 реализуется следующая функция
T3 To-f-/Jalicos(co/+(f ) + /г ооС05(ои/ + (г-(-я)/( т,
где k ky+-Ј
Величина, пропорциональная тэф, в процессе нагружения фиксируется регистрирующим блоком 20, а блоком 21 индикации, в качестве которого используется осциллограф, контролируются эхо-сигналы, посту пающие с выхода усилителя 3
Изменение толщины материала вследствие необратимых процессов при циклическом нагружении в области многоцикловой усталости практически не происходит В этом случае при испытании на усталость большая часть долговечности материала определяется процессом накопления рассеянных микроповреждений Поэтому можно принять
УэФ/(,
V,,+AIV,
Л +Ат/у
где t ,
/о - длина акустического пути, Ууф - скорость распространения ультразвука в материале 22, подвергаемом циклическому нагружению, Ко - скорость ультразвука при ,
,
AV/v- изменение скорости ультразвука из-за необратимых изменений в материале
Выбрав в качестве базы при оценке времени распространения ультразвука в материале один из периодов первого отраженного сигнала, переходом к относительным измерениям исключаем погрешности, возникающие в электроакустическом тракте при измерениях, когда в качестве базового сиг
5
0
нала взят опорный импульс, возбуждающий генератор зондирующих импульсов
В известном устройстве измеренное время равно
Г /эл+/ксгМ,
где /эд - временные задержки в электрическом тракте,
/ к.с..- время задержки сигнала в пьезо- преобразователе при его возбуждении и в контактном слое между пьезопреобразователем и иссле дуемым материалом,
- время распространения первого отраженного ультразвуковою эхо- сиг нала
Для -ю отраженного сигнала имеем
/ /эл-Мке-г ,
Перрхояя к относительным измерениям Г -/
имеем
/ -
-I
5
0
5
0
5
0
В результате исключается влияние 1э.ц и /я.с, на результаты измерений При нагру жении материала в упругой области устройство выделяет сигнал на выходе интегра тора 16, величина которого пропорциональна действующим упругим напряжениям, что позволяет использовать его в качестве измерителя механических напряжений Использование изобретения позволяет повысить чувствительность и точность измерений ia счет исключения ложных измерений времени распространения ультразвука при наличии структурных шумов и случайных помех в электроакустическом тракте
Формула изобретения
Устройство для измерения скорости ультразвука, содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор зондирующих импульсов, пьезопреобразователь усилитель и компаратор низкого уровня последовательно соединенные источник временных интервалов, / 5-триггер, интегратор, сумматор и регистрирующий блок, блок индикации, инвертор и фильтр, подключенный входом к выходу интегратора, выходом - к входу инвертора, выход которого подсоеди нен к второму входу сумматора, а блок ин дикации подключен первым входом к выходу усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, оно снабжено двумя блоками задержки, элементом ЗИ, двумя счетчиками импульсов, коммутатором, двумя формирователями импульсов и компаратором высокою уровня, подключенным входом к выходу усилителя, выходом - к первому входу элемента ЗИ, второй выход генератора зонди рующих импульсов подсоединен к первому управляющему входу коммутатора, к второму входу блока индикации, к установочным входам обоих счетчиков импульсов и к входу
первого блока задержки, выход которого соединен с вторым входом элемента ЗИ и с входом второго блока задержки, подсоединенного выходом к третьему входу элемента ЗИ и к второму управляющему входу коммутатора, подключенного информационным входом к выходу элемента ЗИ, первым и вторым выходами - к счетным входам первого и второго счетчиков импульсов соответственно, выход первого счетчика импульсов соединен с первым входом первого формирователя импульсов, подключенного вторым выходом к выходу компаратора низкого уровня и к второму входу второго формирователя импульсов, выходом - к входу запуска источника временных интервалов, выход второго счетчика импульсов соединен с первым входом второго формирователя, подсоединенного выходом к S-входу триггера.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Гидрологический измеритель скорости звука | 1986 |
|
SU1465715A2 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА | 1990 |
|
RU2069841C1 |
Ультразвуковой дефектоскоп для контроля сварных швов | 1986 |
|
SU1388786A1 |
Гидрологический измеритель скорости звука | 1985 |
|
SU1255871A1 |
ЭХОЛОКАТОР | 1990 |
|
RU2020511C1 |
Устройство для автоматического измерения времени распространения ультразвука | 1988 |
|
SU1523924A1 |
Устройство для определения скорости ультразвука в материале | 1987 |
|
SU1516794A1 |
Ультразвуковой измеритель скорости течений | 1981 |
|
SU987393A1 |
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХОИМПУЛЬСНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР | 2003 |
|
RU2246694C1 |
Ультразвуковой толщиномер | 1989 |
|
SU1670401A1 |
Изобретение относится к области неразрушающих испытаний и может быть ис- юльзовано для ультразвукового контроля металлических конструкционных материалов, подвергающихся циклическому жению. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений. За счет измерения времени распространения ультразвука относите..i чо первого отраженного эхо-сигнала оценивается скорость распространения ультразвука в контролируемом материале. Введение компаратора высокого ровня позволяет исключить ложные измерения времени распространения льтра- при наличии шумов и случайных помех в электроакустическом тракте, что повышает точность измерений. 2 ил. 5 (/)
Фи&1
Зонд, сиги1эхо-сигн. Еэхо-сигн.
а
/71
ft
Ушу tf-эхо-сигнал
Ь
to
Ъ.ъ
±л
J.
Цифровой измеритель скорости ультразвука | 1984 |
|
SU1226066A1 |
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Устройство для определения скорости ультразвука в материале | 1987 |
|
SU1516794A1 |
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Авторы
Даты
1991-03-07—Публикация
1989-04-03—Подача