Устройство для неразрушающего контроля материалов и изделий Советский патент 1991 года по МПК G01N23/04 

Изооретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для радиационного контроля ка- чест-ва материалов -i изделии.

Целью изобретения является повышение точности контроля путем выявления дефектов при значениях отношения сигнал/шум, близких к единице.

На Лиг. 1 представлена структурная схема устройства для диагностики материалов и изделий; на фиг. 2 - схема блока управления.

Устройство содержит блок управления (ЬУ) 1, источник 2 излучения и детектор 3 излучения, между которыми располагается объект контроля. Выход

детектора 3 излучения последовательно соединен с интегратором 4, усилителем 5, аналого-цифровым преоЬразовате- пем Ь, первым ключом 7, первым блоком 8 памяти, вторым ключом 9, вторым блоком 10 памяти. Управление устройства осуществиется с помощью БУ 1, который имеет пять управляющих выходов 11-15. Второй вход первого ключа 7 подключен к первому выходу i1 БУ 1„ Второй вход второго ключа 9 подключен к второму выходу 12 Uy 1. Третий выход 13 БУ 1 подключен к входам восьми ключей с третьего по десятый 1Ь-23 соответственно, первые входы которых подключены к выходам второго блока 10

О Ј ЬЭ

оэ

Ј

памяти. Выход третьего ключа 16 подключен к первым входам первого блока 24 вычитания, первого 25 и второго 26 сумматоров. Выход четвертого ключа 17 подключен к второму входу первого блока 24 вычитания и первым входам третьего 27 и четвертого 26 сумматоров. Выход пятого ключа 18 подключен к вторым входам сумматоров 25 и 26. Выход шестого ключа 19 подключен к вторым входам сумматоров 27 и 28. Выходы седьмого ключа 20 и восьмого ключа 21 подключены к третьему и четвертому входам второго сумматора j 26. Выходы девятого 22 и десятого 23 ключей подключены к третьему и четвертому входам четвертого сумматора 28. Выход первого блока 24 вычитания подключен к первому входу первого блока 2 29 умножения. Выход первого сумматора 25 подключен к первому входу -второго блока 30 вычитания, а выход сумматора 27 - к его второму входу. Выход блока 30 вычитания через первый 2 блок 31 деления подключен к второму входу блока 29 умножения. Выход сумматора 26 подключен к первому входу, а выход сумматора 28 - к второму входу третьего блока 32 вычитания, вы- ход которого через второй блок 33 деления подключен к первому входу второго блока 34 умножения, второй вход которого подключен к выходу блока умножения 29, а выход подключен через одиннадцатый ключ 35 к входу третьего блока 36 памяти. Второй вход ключа 35 подключен к четвертому выходу 14 БУ 1. Выход блока 36 памяти подключен к первому входу двенадцатого ключа 37, второй вход которого подключен к пятому выходу 15 БУ 1, а выход подключен одновременно к входу первого индикатора 38, через последовательно соединенные первый детектор 39, первое устройство 40 сравнения к первому входу тринадцатого ключа 41, через последовательно соединенные второй детектор 42, второе устройство сравнения 43 подключен к второму вхо- ду тринадцатого ключа 41. Выход генератора 44 через последовательно соединенные ключ 41, счетчик 45 подключен к первому входу четырнадцатого ключа 46, второй вход которого подключен к выходу устройства 43 сравнения, а выход - к входу второго индикатора 47. Выход двенадцатого ключа 37 через третье устроит во 48 г.рав3

5 п ,

подключен к входу третьего индикатора 49. На вторые входы блоков деления и устройств сравнения подаются опорные напряжения.

Представленная на фиг. 2 структурная схема блока управления 1 содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ) 50, выход которого подключен к первому входу пятнадцатого ключа 51, первый триггер 52 с первым и вторым входами, причем выход ключа 51 через первый счетчик 53 подключен к второму входу триггера 52, второму входу шестнадцатого ключа 54 и первому входу второго триггера 55. Выход первого триггера 52 является первым выходом 11 БУ 1, он подключен к второму входу первого ключа 7. Первый вход ключа 54 подключен к выходу ГТИ 50, а выход через второй счетчик 56 подключен к второму входу триггера 55, второму входу семнадцатого ключа 57 и первому входу третьего триггера 58. Выход второго триггера 55 является вторым выходом 12 БУ 1 и подключен к второму входу второго ключа 9. Первый вход ключа 57 подключен к выходу ГТИ 50, а выход через третий счетчик 59 - к второму входу третьего триггера 58, второму входу восемнадцатого ключа 60 и первому входу четвертого триггера 61. Выход триггера 58 является третьим выходом

13БУ 1 и подключен к входам ключей 16-23. Первый вход ключа 60 подключен к выходу ГТИ 50, а выход через четвертый счетчик 62 - к второму входу триггера 61, к второму входу девятнадцатого ключа 63 и первому входу пятого триггера 64. Выход четвертого триггера 61 является четвертым выходом

146У 1 и подключен к второму входу одиннадцатого ключа 35. Первый вход девятнадцатого ключа 63 подключен к выходу ГТИ 50, а выход через пятый счетчик 65 подключен к второму входу пятого триггера 64, к второму входу семнадцатого ключа 57, к первому входу третьего триггера 58 и входу шестого счетчика 66. Выход пятого триггера 64 соединен с выходом второго триггера 55 и является вторым, выходом 12 БУ 1. Выход счетчика 66 подключен к второму входу двадцатого ключа 67 и первому входу шестого триггера 68. Первый вход ключа 67 подклю-, чен к выходу ГТИ 50, а выход через седьмой счетчик 69 подключен к второму входу триггера 68, выход которого является пятым выходом 15 БУ 1 и подключен к второму входу двенадцатого ключа 37. Кнопка 70 Пуск подключена к второму входу ключа 51 и к первому входу первого триггера 52.

Устройство работает следующим образом.

Выявление дефекта из реализации, ,« содержащей большой уровень шумов, про водится посредством вычитания величин, получаемых усреднением по соседвторой вход триггера 52 j и управляющий сигнал оканчивается. Выход триггера 52 является первым выходом 11 БУ 1, и управляющий сигнал с него поступает на второй вход первого ключа 7. Через ключ 7 запоминается реализация исходного процесса в первом блоке 8 памяти. После этого появляется сигнал на втором выходе 12 БУ 1. Длительность сигнала соответствует времени, в течение которого первые ,

восемь отсчетов исходной реализации переписываются во второй блок 10 па- зации; использования произведения по- мяти. Для этого сигнал с выхода счет- лученных разностей,чика 53 поступает на второй чход шест

Запуск устройства осуществляется надцатого ключа 54 и на первый вход

второго триггера 55, Триггер 55 переходит во второе устойчивое сослочлне,

ним неперекрывающимся участкам реалпкнопкой 70 Пуск БУ 1. При этом запускается механизм перемещения объекта контроля. Объект перемещается в про-20 и на его выходе появляется управляю странстве между источником 2 и детек- ций сигнал. Ключ 54 открывается, и тором 3 излучения. Одновременно запускается логическая схема БУ 1 и, соответственно, вся схема обработки инфоримпульсы от ГТИ 50 поступают на вход второго счетчика 56. Выход триггера 55 является вторым выходом 12 БУ 1, мации. Излучение от источника 2 излу- 25 и его управляющий сигнал поступает чения проходит через контролируемый на второй вход ключа 9. Сигнал суще- объект и поступает на детектор 3 из- ствует время, необходимое для пере-1 лучения. Излучение, прошедшее через объект, несет информацию о его внутренней структуре и дефектах. Детектор 30 После этого сигнал с выхода счетчи- 3 излучения преобразует излучение в ка 56 поступает на второй вход триг- электрические сигналы. Эти сигналы поступают на интегратор 4, позволяющий получить огибающую импульсов детектора. С выхода интегратора 4 сигна-, лы через усилитель 5 поступают на аналого-цифровой преобразователь 6. Преобразованные в цифровую форму сигналы X поступают в схему обработки информации. Синхронизующим узлом устройст- 40 ствует времени одновременного считы- ва является БУ 1. На его выходах че- вания всех восьми отсчетов из рез определенные промежутки времени блока 10 памяти. Для этого сигнал с

выхода счетчика 56 одновременно поступает на вход семнадцатого ключа 57

дачи первых восьми отсчетов из первого блока 8 памяти во агорой блок 10.

гера 55, он возвращается в первое устойчивое состояние, и управляющий сигнал оканчивается. По окончании этого сигнала появляется сигнал на третьем выходе 13 БУ 1. Этот сигнал поступает на первые входы однотипных ключей (с третьего по десятый) 16-23. Время существования сигнала соответпоявляются сигналы, управляющие отдельными блоками устройства.

После запуска устройства на первом 45 и на вход третьего триггера 58, выходе 11 БУ 1 появляется управляю- Триггер 58 переходит во второе щий сигнал, который открывает первый ключ 7. Это осуществляется следующим

образом. Сигнал от кнопки Пуск посустойчивое состояние и на его выходе появляется управляющий сигнал. Ключ 57 открывается, и импульсы от ГТИ 50 тупает на ключ 51 и триггер 52, Триг- 50 поступают на вход третьего счетчика гер 52 переходит во второе устойчи- 59. Выход триггера 58 является тре- вое состояние. На его выходе появля- тьим выходом 13 БУ 1, и его управляется управляющий сигнал. Одновременно ющий сигнал поступает на вторые вхо- открывается ключ 51, и импульсы от ды ключей 16-23, которые открываются, ГТИ 50 поступают на первый счетчик и сигналы из второго блока 10 памяти 53. Но истечении времени, необходимого поступают в дальнейшую схему обработ- для записи исходной реализации в блок Ки информации. После этого сигнал с памяти 8, на выходе счетчика 53 появ- выхода счетчика 59 поступает на вто- ляется сигнал, который поступает на рой вход триггера 58, он возвращаетвторой вход триггера 52 j и управляющий сигнал оканчивается. Выход триггера 52 является первым выходом 11 БУ 1, и управляющий сигнал с него поступает на второй вход первого ключа 7. Через ключ 7 запоминается реализация исходного процесса в первом блоке 8 памяти. После этого появляется сигнал на втором выходе 12 БУ 1. Длительность сигнала соответствует времени, в течение которого первые ,

импульсы от ГТИ 50 поступают на вход второго счетчика 56. Выход триггера 55 является вторым выходом 12 БУ 1, и его управляющий сигнал поступает на второй вход ключа 9. Сигнал суще- ствует время, необходимое для пере-1 После этого сигнал с выхода счетчи- ка 56 поступает на второй вход триг- твует времени одновременного считы- ания всех восьми отсчетов из лока 10 памяти. Для этого сигнал с

дачи первых восьми отсчетов из первого блока 8 памяти во агорой блок 10.

импульсы от ГТИ 50 поступают на вход второго счетчика 56. Выход триггера 55 является вторым выходом 12 БУ 1, и его управляющий сигнал поступает на второй вход ключа 9. Сигнал суще- ствует время, необходимое для пере-1 После этого сигнал с выхода счетчи- ка 56 поступает на второй вход триг- ствует времени одновременного считы- вания всех восьми отсчетов из блока 10 памяти. Для этого сигнал с

гера 55, он возвращается в первое устойчивое состояние, и управляющий сигнал оканчивается. По окончании этого сигнала появляется сигнал на третьем выходе 13 БУ 1. Этот сигнал поступает на первые входы однотипных ключей (с третьего по десятый) 16-23. Время существования сигнала соответ

ся в первое устойчивое состояние, и управляющий сигнал оканчивается. Отсчеты из блока 10 памяти поступают на систему сумматоров и Ьлоков вычитания . Здесь накапливаются и обрабатываются суммы по непересекающимся отсчетам реализации. Через ключи третий 16 и четвертый 17 соседние отсчеты X и Xjj поступают на входы перво- го блока 24 вычитания. Одновременно отсчет Хд через ключ 16 поступает на первые входы первого и второго сумматоров 25 и ,26, а отсчет Xs через ключ 17 - на первые входы тре- тьего и четвертого сумматоров 27 и

,28. Отсчет Хз через пятый ключ 18 поступает на вторые входы сумматоров

25и 26, а отсчет Xg через шестой ключ 19 поступает на вторые входы сумматоров 27 и 28, Таким образом, в сумматорах 25 и 27 накапливаются непересекающиеся суммы по двум отсчетам. Отсчеты Х и Х{ через седьмой и восьмой ключи 20 и 21 поступают на третий и четвертый входы второго сумматора 26. Отсчеты Ху и Х„ через девятый и десятый ключи 22 и 23 поступают на третий и четвертый входы четвертого сумматора 28. В сумматорах

26и 28 накапливаются непересекающиеся суммы по четырем отсчетам. Затем берется разность полученных сумм, нормализуется и берется произведение полученных величин.С выхода первого блока 24 вычитания сигнал подается на первый вход первого блока 29 умножения. В данном случае деление на единицу не производится. Сигналы с выходов первого сумматора 25 и третьего сумматора 27 подаются на входы второго блока 30 вычитания. Полученная разность делится на 2 в первом блоке 31 деления, и полученная ватичина подается на второй вход блока 29 умножения. Сигналы с выходов второго 26 и четвертого 28 сумматоров подаются на входы третьего блока 32 вычитания. Полученная разность делится на четыре во втором блоке 33 деления и подается на второй блок 34 умножения, на второй вход которого поступает сигнал

с выхода блока 29 умножения. Полученное произведение через одиннадцатый ключ 35 запоминается в качестве первого отсчета в третьем блоке 36 памяти. Запоминание производится по сигналу с четвертого выхода 14 БУ 1.Этот сигнал формируется следующим образом.

0

5

5 о

Сигнал с выхода третьего счетчика 59 одновременно поступает на вход восемнадцатого ключа 60 и четвертого триггера 61. Триггер переходит во второе устойчивое состояние, и на его выходе появляется управляющий сигнал. Ключ 60 открывается, и импульсы от ГТИ 50 поступают на вход четвертого счетчика 62. Выход триггера 61 является четвертым выходом 14 БУ 1, и его управляющий сигнал поступает на второй вход одиннадцато-го ключа 35 , который позволяет отсчет, получаемый во втором блоке 34 умножения, запомнить в третьем блоке 36 памяти. Затем появляется управляющий сигнал на втором выходе 12 БУ 1, срабатывает второй ключ 9, и один отсчет из первого блока 8 памяти переписывается во второй блок 10 памяти, причем информация в блоке 10 памяти сдвигается: Х„ на

5

0

5

5

на место X . и

2.

т.д.,

0

место X, , Xj

Xq на место Xg. Последовательность работы блоков 8-35 повторяется. Полученный после преобразования второй отсчет через ключ 35 записывается в третий блок 36 памяти и т.д., пока не будет обработана вся реализация, содержащаяся в первом блоке 8 памяти. Ксли в блоке памяти 8 М отсчетов, то число таких циклов будет М-8 и, соответственно, в блоке 36 памяти запомнится М-8 отсчетов.

Многократное повторение работы блоков организовано следующим образом.

Сигнал с выхода четвертого счетчика о2 одновременно поступает на девятнадцатый ключ 63 и пятый триггер 64. Триггер переходит во второе устойчивое состояние, и на его выходе появляется управляющий сигнал. Этот сигнал через второй выход 12 У 1 подается на второй вход второго ключа 9. Начинает формироваться второй отсчет преобразованной реализации. Сигнал на выходе триггера 64 существует промежуток времени, необходимый для переписи очередного девятого отсчета из блока 8 памяти в блок 10 памяти. Затем счетчик 65 срабатывает, управляющий сигнал на выходе триггера 64 оканчивается. Одновременно сигнал с выхода счетчика 65 поступает на вход семнадцатого ключа 57, на вход третьего триггера 58 и на вход шестого счетчика 66. Последовательность работы ьлоков 50, 57 - 66 повторяется

916

М-8 раз. Столько отсчетов набирается в счетчике 66. Таким образом обрабаты вается вся исходная реализация.

После этого на выходе счетчика 66 появляется управляющий сигнал, который поступает на второй вход двадцатого ключа 67 и на первый вход шестого триггера 68. Триггер 68 переходит во второе устойчивое состояние, и на его выходе появляется управляющий сигнал. Ключ 67 открывается, и импульсы от ГТИ 50 поступают на седьмой счетчик 69. Через определенный промежуток

10

из пиков с выхода ключа 37 подается нг третье устройство 48 сравнения. Сигнал с его выхода подается на третий индикатор 49. Опорные сигналы соответствуют фоку сигнала. После зтого устройство вновь готово к работе.

Достоинством предлагаемого устройства является то, что оно позволяет выявлять дефекты из реализаций} имеющих величину отношения сигнал/гаум, близкую к единице, при этом повышается точность устройства. Это приводит к повышению достоверности получаемой

времени счетчик 69 срабатывает, триг- информации о контролируемом объекте

30

гер 68 переходит в первое устойчивое состояние, и сигнал на его выходе оканчивается; Выход триггера 68 является пятым выходом 15 БУ 1 и подключен к второму входу двенадцатого клю- п ча 37. Информация из третьего блока 36 памяти через ключ 37 поступает на первый индикатор 38 и в схему определения размеров дефекта. Размер дефекта определяется следующим образом. 25

После преобразования исходной реализации в блоках 7-36 случайные помехи сглаживаются, а сигнал о дефекте отмечен двумя типами пиков: положительной полярности - начало дефекта и отрицательной полярности - конец дефекта. Амплитуда пиков значительно превосходит амплитуду исходного дефекта. Поэтому с выхода ключа 37 сигнал подается на два детектора сигналов. Первый детектор 39 пропускает сигнал положительной полярности, соответствующий началу дефекта. Этот сигнал поступает на первое устройство 40 сравнения, где отсекается фон сигнала, и поступает на первый вход тринадцатого ключа 41, ключ открывается. При поступлении отрицательного пика, соответствующего концу дефекта, он проходит через второй детектор 42, поступает на второе устройство 43 сравнения и далее на второй вход ключа 41, ключ закрывается. Пока ключ 41 открыт, импульсы от генератора 44 посту40

45

и, следовательно, повышает надежност контроля.

Формула изобретения

ния точности контроля путем выявления дефектов при значетшях отношения сигнал/шум, близких к единице, оно снабжено восемью ключами, тремя устройствами сравнения, тремя блоками памяти четырьмя сумматорами, гснераторсм двумя детекторами, счетчиком, тремя блоками вычитания, двумя блоками деле ния, двумя блоками умножения, четыр- надцатью ключами и дополнительно двумя индикаторами, при этом первый выход первого ключа через первый блок памяти подключен к первому входу второго ключа, связанного выходом с вхо дом второго блока памяти, вторые входы первого и второго ключей подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, первые входы с третьего по десятый ключей подключены к соответствующим выходам вто рого блока памяти, а вторые входы упо мянутых ключей объединены и подключены к третьему выходу блока управления, выход третьего ключа подключен к первым входам первого блока вычитания, первого и второго сумматоров, вы ход четвертого ключа подключен к второму входу первого блока вычитания и к первым входам третьего и четвертого сумматоров, выход пятого ключа подклю чен к вторым входам первого и второго

пают на счетчик 45. Количество импульсов пропорционально протяженности дефекта. Одновременно сигнал с выхода устройства 43 сравнения поступает на вход четырнадцатого ключа 46, ключ открьюается, и величина, пропорциональная размеру дефекта, с выхода счетчика 45 поступает на второй индикатор 47. Для определения размера дефекта по глубина просвечивания один

и, следовательно, повышает надежность контроля.

Формула изобретения

0

0

5

0

5

ния точности контроля путем выявления дефектов при значетшях отношения сигнал/шум, близких к единице, оно снабжено восемью ключами, тремя устройствами сравнения, тремя блоками памяти, четырьмя сумматорами, гснераторсм двумя детекторами, счетчиком, тремя блоками вычитания, двумя блоками деления, двумя блоками умножения, четыр- - надцатью ключами и дополнительно дву мя индикаторами, при этом первый выход первого ключа через первый блок памяти подключен к первому входу второго ключа, связанного выходом с входом второго блока памяти, вторые входы первого и второго ключей подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, первые входы с третьего по десятый ключей подключены к соответствующим выходам второго блока памяти, а вторые входы упомянутых ключей объединены и подключены к третьему выходу блока управления, выход третьего ключа подключен к первым входам первого блока вычитания, первого и второго сумматоров, выход четвертого ключа подключен к второму входу первого блока вычитания и к первым входам третьего и четвертого сумматоров, выход пятого ключа подключен к вторым входам первого и второго

сумматоров, выход шестого ключа подключен к вторым входам третьего и четвертого сумматоров, выход седьмого и восьмого ключей подключены к третьему и четвертому входам второго сумма- тора, а выходы девятого и десятого ключей подключены к третьему и четвертому входам четвертого сумматора, вы- чей, кнопка Пуск подключена к вто

ход первого блока вычитания подключен к первому входу первого блока умножения, выход первого сумматора подключен к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, а выход второго блока вычитания через первый блок деления подключен к второму входу первого блока умножения, выход второго сумматора подключен к первому входу третьего блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, а выход блока вычитания через второй блок деления подключен к первому входу второго блока умножения, второй вход которого подключен к выходу первого блока ум- ожения, выход которого подключен к рьочгу входу одш-малцз. с-о ключа, ./алного вкходон чер. тра.ий блок памяти с первым входом двенадцатого ключа, вторые входы одиннадцатого и двенадцатого ключей подключены соответственно к четвертому и пятому выходам блока управления, выход двенадцатого ключа подключен к входу первого индикатора и одновременно через последовательно соединенные первый детектор и первое устройство сравнения - к первому входу тринадцатого ключа, а через последовательно соединенные второй детектор и второе устройство сравнения - к второму входу тринадцатого ключа, вход которого связан с енератором, а третий выход через счетчик подключен к первому входу че- тырнадцатого ключа, второй вход которого связан с вторым чуждом тринадцатого ключа, а выход - с вторым индикатором, выход двенадцатого ключа через третье устройство сравнения под- ключей к третьему индикатору, а выход

аналого-цифрового преобразователя подключен к третьему входу первого ключа

о т л и - блок управ2. Устройство по п. 1, чающееся тем, что ления содержит генератор тактовых импульсов, подключенный к первым входам с пятнадцатого по двадцатого клю0

5

0

g 5 Q45 0

35

рому входу пятнадцатого ключа и к первому входу первого триггера, выход пятнадцатого ключа через первый счетчик подключен к второму входу первого триггера, к второму входу шестнадцатого ключа и первому входу второго триггера, выход первого триггера является первым выходом блока управления, выход шестнадцатого ключа через второй счетчик подключен к второму входу второго триггера, к второму входу семнадцатого ключа и к первому входу третьего триггера, выход второго триггера является вторым выходом блока управления, выход семнадцатого ключа через третий счетчик подключен к второму входу третьего триггера, к второму входу восемнадцатого ключа и к первому входу четвертого триггера; выход третьего триггера является третьим выходом блока управления, выход восемнадцатого ключа через четвертый счетчик подключен к второму входу четвертого триггера, к второму входу девятнадцатого ключа и к первому входу пятого триггера, выход четвертого триггера является четвертым выходом блока управления, выход девятнадцатого ключа через пятый счетчик подключен одновременно к второму входу пятого триггера, к входу шестого счетчика, к второму входу семнадцатого ключа и к первому входу третьего триггера, а выход пятого триггера объединен с выходом второго триггера, выход шестого счетчика подключен к второму входу двадцатого ключа и к первому входу шестого триггера, выход двадцатого ключа через седьмой счетчик подключен к второму входу шестого триггера, выход которого является пятым выходом блока управления.

Ш.

1Х гП ЈJf W SJf 9X LJf W

Ql

SJf 9X LJf W

Ql

e

wecfMHOH

tUMSiqQ