Ультразвуковой дефектоскоп Советский патент 1991 года по МПК G01N29/04 

Фиг. 1

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля материалов и изделий в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение достоверности измерений за счет увеличения помехоустойчивости и обеспечения линей- ности амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта.

На фиг. 1 изображена функциональная схема ультразвукового дефектоскопа; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясня- ющие его работу.

Ультразвуковой дефектоскоп содержит синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, преобразователь 3, усилитель 4, блок 5 задержки, аналоговый перемножи- тель 6, регистратор 7, трансверсальные фильтры 8 и 9 и амплитудный ограничитель 10. Каждый из трэнсверсальных фильтров 8 и 9 содержит многоотводную линию 11 задержки, вход которой является входом фильтра, и аналоговый сумматор 12, выход которого является выходом фильтра. Выходы многоотводной линии 11 задержки подключены к соответствующим входам аналогового сумматора 12.

Выход синхронизатора 1 подключен к одному входу регистратора 7 и к последовательно соединенным генератору 2 зондирующих импульсов, преобразователю 3 и усилителю 4, выходом подключенным к вхо- дам первого трансверсального фильтра 8 и амплитудного ограничителя 10, выход которого соединен с последовательно соединен ными вторым трансверсальным фильтром 9 и блоком 5 задержки, к соединенным с вто- рым входом аналогового перемножителя 6. Аналоговый перемножитель 6 подключен вторым входом к выходу первого трансверсального фильтра 8, а выходом - к второму входу регистратора 7

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 13 - сигнал на выходе усилителя 4; 14 - сигнал ожидаемой формы (т.е. неискаженный воздействием помех) на выходе усилителя 4; 15 - сигнал на выходе трансельного фильтра 8; 16 - сигнал на выходе амплитудного ограничителя 10; 17-сигнал на выходе трансверсального фильтра 9; 18 - сигнал на выходе аналогового перемножителл 6.

Ультразвуковой дефектоскоп работает следующим образом.

Синхроимпульсы, формируемые синхронизатором 1 (сигнал 14 на фиг. 2), запускают генератор 2 зондирующих импульсов с моночастотным заполнением, Возбуждаемые генератором 2 импульсы преобразуются преобразователем 3 в ультразвуковые колебания, которые вводятся в контролируемое изделие (не показано).

Отраженные от дефекта или граничной поверхности изделия ультразвуковые колебания преобразуются в электрический сигнал, представляющий собой импульс (сигнал 13 на фиг. 2)с моночастотным заполнением (его форма может быть искажена воздействием помех). Эти импульсы усиливаются усилителем 4 и поступают на вход трансверсального фильтра 8 и на вход амплитудного ограничителя 10.

На выходе трансверсального фильтра 8 формируется электрический сигнал, текущее значение y(t) которого в момент времени t следующим образом связано с сигналом x(t) на его входе:

:о

У(О hv-x(t-v-Ar), V - 1

(1)

где N - количество отводов линии 11 задержки трансверсального фильтра 8;

т- время задержки на участке между соседними отводами линии 11 задержки,

hv- коэффициент, на который умножается задержанный на время v Дг сигнал на отводе с номером v при формировании на выходе алгебраической линейной комбинации задержанных значений входного сигнала

Коэффициенты hv выбираются для грансверсального фильтра 8 пропорциональными тем значениям x0(t-v Дг) сигнала ожидаемой формы, г.е. неискаженного воздействием помех сигнала x0(t), принятого ( сигнал 14 на фиг. 2}за стандартную реализацию (шаблон), которые появились бы на отводах линии 11 задержки с номерами v от 1 до N в тот момент времени t0, при котором начало сигнала ожидаемой формы достигает последнего отвода линии 11 задержки.

Такой выбор коэффициентов hi/обеспечивает в предельном случае при N - °о и построение линейного фильтра производящего оптимальную фильтрацию (в смысле максимизации отношения сигнал/помеха).

Действительно, импульсная характеристика трансверсалиного фильтра 8 имеет вид

g(t)(t-vAT).(2)

v 1

где д (t )-б - функция Дирака.

При и импульсная характеристика трансверсального фильтра 8 примет вид

g(0

K}x0(to--T)-«5(t-r)dT

К ° x0 (to - t) .И)

где К - коэффициент пропорциональности между значениями сигнала x0(t) и коэффициентами hv;

Т - полное время задержки сигнала а линии 11 задержки трансверсального фильтра 8.

Импульсная характеристика, описываемая выражением (3), является импульсной характеристикой оптимального фильтра.

Существенным свойством трансвер- сального фильтра 8 является то, что положительные максимальные значения напряжения в импульсе на выходе этого фильтра (сигнал 15 на фиг. 2) достигаются при синфазном наложении входного сигнала (сигнал 13 на фиг, 2) проходящего через линию задержки фильтра, ча кривую (сигнал 14 на фиг. 2), экстраполирующую значения hv , а максимальные отрицательные значения - при противофазном наложении входного сигнала на эту кривую, так как на фазу выходного сигнала трансверсального фильтра 8 оказывают влияние фазы колебаний сразу в нескольких периодах входного импульса, то фаза колебаний на выходе этого фильтра не нарушается искажениями отдельных полупериодов колебаний в его входном сигнале,

Этим свойством отпределяется повышение эффективности операции синхронного детектирования, выполняемой аналоговым перемножителем 6 над выходным сигналом трансверсального фильтра 8 (сигнал 15 на фиг. 2).

Импульс, формируемый на выходе трансверсального фильтра 8, поступает на другой вход аналогового перемножителя 6, на один вход которого поступает опорный сигнал для синхронного детектирования, формируемый из выходного импульса усилителя 4 (сигнал 13 на фиг. 2) цепью из последовательно соединенных амплитудного ограничителя 10, трансверсального фильтра 9 и линии задержки.

При этом на выходе амплитудного ограничителя 10 входной импульс (сигнал 13 на фиг. 2) преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов (сигнал 16 на фиг. 2), которая поступает на вход трансверсального фильтра 9, выполненного констук- тивно также как и первый трансверсальный фильтр 8, но согласованный с сигналом (шаблоном) в виде последовательности прямоугольных импульсов, соответствующих ограниченному сигналу x0(t).

При этом, импульсная характеристика, трансверсального фильтра 9 должна иметь вид

9i(t) Ј

sign (hv) 5( t -v Дг), (4)

где hv - коэффициенты, определенные в выражении (1);

sign ( hv ) - обозначает знак последую

щего выражения.

На выходе трансеерсального фильтра 9 формируется последовательность треугольных колебаний (сигнал 17 на фиг. 2), причем короткие прямоугольные импульсы в сигнале 16 на выходе амлитудного ограничителя 10. вызванные дополнительными пересечениями нулевого уровня в сигнале 13 на выходе амплитудного ограничителя 10, не искажают формы треугольных колебаний

сигнала 17 на выходе трансверсального фильтра 9 вследствие равномерного распределения их энергии по всему интервалу Т времени задержки трансверсального фильтра 9.

Импульсные характеристики трансверсального фильтра 8 и трансверсального фильтра 9, описываемые выражениями (2) и (4), совпадают по знаку, поэтому треугольные колебания сигнала 17 совпадают по фазе с синусоидальными колебаниями сигнала

15на выходе трансверсального фильтра 8.

Последовательность треугольных коле- Оаний сигнала 17, формируемая трансвер- сальным фильтром 9, задерживается

блоком 5 задержки на время, кратное половине периода Т0 ультразвуковых колебаний, и поступает на один вход аналогового перемножителя 6. Таким образом, сигналы на входах аналогового перемножителя 6 будут

либо строго в фазе (при четной кратности), либо в противофазе (при нечетной кратности), в результате чего на выходе аналогового перемножителя 6 вырабатывается однополярное напряжение (сигнал 18 на

Фиг- 2), представляющее собой колебания удвоенной относительно входного сигнала частоты. Задержка сигнала на одном входе аналогового перемножителя 6 с помощью блока 5 задержки приводит к тому, что на

выходе аналогового перемножителя 6 подавляются импульсы помех, отличающиеся от полезных сигналов по частоте.

Ампилитуда сигнала (сигнал 18 на фиг. 2), формируемого на выходе аналогового

перемножителя 6, линейно зависит от амплитуды 13 на выходе усилителя 4 вследствие ограничения радиоимпульса 13. преобразования его в последовательность импульсов

16прямоугольной формы и формирования из этой последовательности опорного сигнала 17 для синхронного детектирования. При этом амплитуда опорного сигнала 17 на одном входе аналогового перемножителя 6 не зависит от амплитуды импульса 13 на выходе амплитудного ограничителя 10, в результате чего амплитудная характеристика аналогового перемножителя 6 по второму входу становится линейной.

С выхода аналогового перемножителя 6 сигнал 18 поступает на вход регистратора 7, который служит для селекции сигналов по времени и по амплитуде и осуществляет фиксацию сигналов, соответствующих дефектам. При этом синхроимпульсы с выхода синхронизатора 1 поступают на один из входов регистратора 7 и используются как начало отсчета времени. Возможность селекции по амплитуде сигналов на выходе аналогового перемножителя 6 обеспечивается линейностью амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта.

Формирование входных сигналов для аналогового перемножителяПЗ с помощью трансверсальных фильтров 8 и 9, согласованных соответственно с ожидаемым полезным сигналом и клипированным полезным сигналом, приводит к дополнительному подавлению сигналов помех, отличающихся от полезного сигнала по частоте, кроме того, и силу отмеченных выше свойств трансверсальных фильтров, утсраняется влияние на выходной сигнал аналогового перемножителя искажений отдельный полупериодов полезного сигнала импульсными помехами Опорным сигналом для синхронного детектирования является ограниченный (клипи- рованный) сигнал, в результате чего амплитуда импульсов на выходе аналогового пере множителя б линейно зависит от амплитудны ультразвуковых импульсов, что позволяет использовать амплитуду импульсов на выходе аналогового перемножителя

6 в качестве информативной характеристики, соответствующей характеристикам дефекта в контролируемом изделии.

Использование предлагаемого дефектоскопа (по сравнению с известными) повышает достоверность измерений за счет увеличения помехоустойчивости и обеспечения линейности амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта.

15

Формула изобретения

Ультразвуковой дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератбр зондирующих

ир пульсов, преобразователь и усилитель, аналоговый перемножитель, регистратор и блок задержки, выход которого соединен с входом аналогового перемножителя, выходом подключенного к входу регистратора,

отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерений, он снабжен двумя трансверсальными фильтрами и амплитудным ограничителем, входом соединенным с выходом усилителя, подключенного к. входу первого трансверсального фильтра, выход которого соединен с вторым входом аналогового перемножителя, выход амплитудного ограничителя соединен с входом второго трансверсального фильтра.

подключенного к входу блока задержки, а второй вход регистратора соединен с выходом синхронизатора,

U /J

/4

15

16

LJUU1 TLP

7

t

Изобретение относится к неразрушающим импытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля материалов и изделий в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение достоверности измерений за счет увеличения помехоустойчивости и обеспечения линейности амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта. В устройство, содержащее синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсоо, преобразователь 3, усилитель 4, блок 5 задержки, аналоговый перемножитель 6 и регистратор 7, введены трансоерсальиые фильтры 8 и 9 и амплитудный ограничитель 10. Формирование входных сигналов для аналогового перемножителя 6 с помощью трансверсальных фильтров 8, 9, согласопан- ных соответственно с ожидаемым полезным сигналом и клиппированным полезным сигналом, приводит к дополнительному подавлению сигналов помех, отличающийся от полезного сигнала по частоте, и устраняв, влияние на выходной сигнал аналогового перемножителя искажений отдельных полупериодов полезного сигнала импульсными помехами. Опорным сигналом при синхронном детектировании является ограниченный (клипированный) сигнал, и амплитуда импульсов на выходе аналогового перемножителя 6 линейно зависит от ампалитуды ультразвуковых импульсов, что позволяет использовать амплитуду импульсов на выходе аналогового перемножителя 6 в качестве информативной характеристики, соответствующей параметрам дефекта в контролируемом изделии, 2 ил ON А .- К ел

/7

ю

Фи.е.2