Ультразвуковое устройство для контроля прочности бетона Советский патент 1991 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к технике ультразвуковых неразрушающих испытаний и может быть использовано для контроля физико-механических свойств материалов, имеющих повышенное затухание ультразвука, для измерения скорости или времени распространения ультразвука.

Целью изобретения является повышение достоверности и производительности контроля больших площадей за счет получения необходимого объема информации за один цикл контроля.

На фиг. 1 представлена блок-схема ультразвукового устройства для контроля прочности бетона; на фиг. 2 - пример

выполнения блока согласования; на фиг. 3 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Ультразвуковое устройство для контроля прочности бетона (фиг. 1) содержит синхронизатор 1, подключенные к выходу последнего N генераторов 2,3,4 зондирующих импульсов и N ультразвуковых преобразователей 5, 6,7, входы которых подключены к выходам соответствующих генераторов 2,3,4, первый коммутатор 8, выход которого подключен к вторым входам генераторов 2,3,4 зондирующих импульсов, последовательно соединенные генератор 9 тактовых импульсов и блок 10 вычислений, последовательно соединено

4 Ч

СО 00

hO

ные второй коммутатор 11, усилитель 12 и формирователь 13 импульсов, счетчик 14 импульсов, блок 15 отображения данных, блок 16 ввода данных, последовательно соединенные запоминающий регистр 17 и элемент И 18, последовательно соединенные второй синхронизатор 19 и ждущий мультивибратор 20 с управляемой длительностью импульса, подключенные к второму выходу усилителя 12, последовательно соединенные автоматический регулятор 21 усиления (АРУ) и третий коммутатор 22, N усилителей 23, 24, 25 тока и N блоков 26, 27, 28 согласования, входы которых подключены к выходам соответствующих преобразователей 5, 6, 7, а выходы - к входам соответствующих усилителей 23, 24, 25 тока, выходы последних подключены к соответствующим входам второго 11 и к соответствующим выходам третьего 22 коммутаторов, первый, второй и третий выходы блока 10 вычислений подключены соответственно к первому входу счетчика 14 импульсов, к второму входу блока 15 отображения данных и к входу запоминающего регистра 17, выходы блока 16 ввода данных и второго синхронизатора 19 подключены соответственно к второму и третьему входам блока 10 вычислений, второй выход генератора 9 тактовых импульсов подключен к второму входу счетчика 14 импульсов, вторые входы генераторов 2, 3, 4 импульсов подключены к второму входу формирователя 13 импульсов, выход ждущего мультивибратора 20 соединен с четвертым входом блока 15 отображения данных, выход второго синхронизатора 19 подключен к второму входу элемента И 18, выход последнего подключен к входу первого синхронизатора 1. выход запоминающего регистра 17 подключен к входу первого коммутатора 8, управляющие входы второго 11 и третьего 22 коммутаторов объединены между собой и со вторыми входами блоков 26, 27, 28 согласования и подключены к третьему выходу запоминающего регистра 17, выход формирователя 13 импульсов подключен к третьему входу счетчика 14 импульсов, а его первый и второй выходы - соответственно к первому входу блока 15 отображения данных и к четвертому входу блока 10 вычислений.

Блоки 26, 27, 28 согласования (фиг. 2) выполнены из последовательно соединенных катодами первого 29 и второго 30 диодов и первого резистора 31, конденсатора 32, подключенного одним выводом к аноду второго диода 30, и подключенных к катоду первого диода 29 параллельно соединенных второго резистора 33 и третьего диода

34, анод третьего диода 34 и второй вывод второго резистора 33 предназначены для подключения к шине нулевого потенциала, анод первого диода 29 служит первым входом блоков 26, 27, 28 согласования, второй вывод первого резистора 31 - вторым входом, а второй вывод конденсатора 32 - выходом блоков 26, 27, 28 согласования.

Устройство работает следующим обрэ0 зом.

Синхронизатор 1 запускает один из генераторов 2, 3, 4 зондирующих импульсов, последовательность включения которых определяется первым коммутатором 8, кото5 рый возбуждает подключенный к нему пьезоэлектрический преобразователь 5, 6, 7, который излучает ультразвуковые колебания в контролируемое изделие(не показано). Каждый совмещенный пьезоэлектрический пре0 образователь 5, 6, 7 подключен к выходам соответствующих генераторов 2,3,4 зондирующих импульсов через диод 29 (фиг. 2), обеспечивающий прохождение положительного перепада напряжения возбуждаю5 щего пьезопреобразователь в режиме излучения, который посылает ультразвуковые колебания в изделие. Паралельно пьезоэлектрическому преобразователю 5 (6, 7) подключены резистор 33 и диод 34. Рези0 стор 33, прямое внутреннее сопротивление диода 30 и резистор 31 образуют делитель напряжения. Приложение положительного потенциала к катодам диодов 29, 30 и 34 обеспечивает смещение характеристики ди5 одов, в результате чего рабочая точка диода на вольтамперной характеристике смещается в положительную область, обеспечивая прохождение импульсных сигналов.

Блоки 26, 27,28 согласования обеспечи0 вают развязку генераторов 2, 3, 4 зондирующих импульсов и токовых усилителей 23,24, 25 и исключают прохождение мощного сигнала возбуждения преобразователей 5, б, 7 в момент излучения на вход усилителя 12.

5 АРУ 21 обеспечивает совместно с третьим коммутатором 22 такую нормализацию сигналов, которая гарантирует работу усилителя 12 в оптимальном режиме усиления. Порядок работы пьезопреобразовате0 лей 5, 6, 7 в режиме излучения или приема задается с помощью блока 16 ввода данных. Ультразвуковые колебания, принятые пьезопреобразоват1,лями 5, 6, 7, работающими в режиме приема, преобразуются в

5 электрические сигналы, усиливаются токовыми усилителями 23, 24. 25 и поступают на соответствующие входы второго коммутатора 11, который подключает пьезопреобразо- ватели к входу усилителя 12. С помощью второго коммутатора 11 сигналы с пьеэопреобразователей 5, 6, 7 подаются на вход усилителя 12, усиливаются и через АРУ 21 и третий коммутатор 22, который коммутирует сигнал АРУ 21, являясь его функциональной частью, подаются снова через второй коммутатор 11 на вход усилителя 12, замыкая петлю системы АРУ 21, нормализуя коэффициент усиления всего усилительного тракта. Входное сопротивление токового усилителя определяется по формуле

Р RQC/

пвхIT- ,U)

где Roc - сопротивление цепи обратной связи;

К - коэффициент усиления усилителя без образной Связи.

При применении современных аналоговых микросхем, например К551УД1, имеющих К 500000 и позволяющих переключать сопротивление нагрузки порядка 1 к Q

RBX

10 103Q

0.02 Q

(2)

500000

Включение дополнительного коммутатора в систему АРУ приводит к эквивалентному увеличению Roc до величины 100 Q . отсюда

р 1 IP3 100 -non О га

Rex500000Ol0022 (3)

Для эффективной работы пьезопреоб- разователей с токовым усилением входное сопротивление токового усилителя должно быть не менее 10 Q . т.е. реальная схема имеет большой запас как для выбранных коммутаторов, так и для усиления. Электрический сигнал, усиленный усилителем 12, поступает на формирователь 13 импульса и с его помощью преобразуются во временные промежутки, которые в счетчике 14 импульсов преобразуется в цифровой код. Код времени со второго выхода счетчика 14 им- пульсоа поступает на третий вход блока 10 вычислений. На его первый вход поступает последовательность импульсов с выхода генератора 9 тактовых импульсов. Необходимая для синхронизации работы внутренних узлов блока 10 вычислений. Со второго выхода генератора 9 тактовых импульсов на второй вход счетчика 14 импульсов поступают импульсы, предназначенные для заполнения временных интервалов, приходящих с выхода формирователя 13 импульсз на первый вход счетчика 14 импульсов. Блок 10 вычислений проверяет полученные коды времени по заданным критериям достоверности, суммирует и усредняет полученные коды времени для различных направлений прозвучивания за несколько циклов измере

ния, вычисляет скорость С распространения ультразвука па соотношению

С ,(4)

5 где L - значение базы между различными пьезопреобразователями;

t - время, измеренное устройством (код времени).

Со второго выхода блока 10 информа10 ция, необходимая оператору (время распространения ультразвука по каждому каналу, с учетом направления прозвучивания и базы, время проведения измерений, тип изделия, оператор и т.д.), поступает на блок 15

15 отображения. Режимы работы устройства задаются блоком 10 вычислений путем засылки с его третьего выхода кода на вход запоминающего регистра 17. Код, соответствующий номеру канала, и порядок работы

20 пьезопреобразователей на излучение и прием, а также сигнал, заданный для каждого канала базы, поступают с третьего выхода запоминающего регистра 17 на первый вход первого коммутатора 8 и на входы упрэвле25 ния второго 11 и третьего 22 коммутаторов. С первого выхода запоминающего регистра 17 на первый вход элемента И 18 (фиг. 36) поступает код, разрешающий прохождение сигнала, поступающего на второй вход зле30 мента И 18 (фиг. За) с выхода второго синхронизатора 19. С выхода элемента И 18 сигнал (фиг. Зв) поступает на вход синхронизатора 1. Со второго выхода запоминающего регистра 17. формирующего код,

35 способствующий различению каналов и преобразователей, на второй вход ждущего мультивибратора 20 поступает код, определяющий длительность формируемого им импульса пилообразной формы. На фиг. 3 г

40 показан сигнал на выходе ждущего мультивибратора 20 при одном значении кода на его входе; на фиг. Зд - при другом значении кода на втором входе. Сигналы с выхода ждущего мультивибратора 20 поступают на

45 четвертый вход блока 15 отображения данных.

Для синхронизации процесса формирования выходного сигнала ждущего муяьти50 вибратора 20 на его первый вход подается сигнал со второго синхронизатора 19. Этот сигнал поступает также на четвертый вход блока 10 вычислений для разрешения записи в запоминающий регистр 17. Блок 16

55 ввода данных представляет собой клавишный пульт, с помощью которого оператор вводит в устройство числовые значения коэффициентов, дату контроля, критерии достоверности результатов измерения.

Код, соответствующий нажатой клавише, подаётся на второй вход блока 10 вычислений.

Формула изобретения 1, Ультразвуковое устройство для контроля прочности бетона, содержащее синхронизатор, подключенные к выходу последнего N генераторов зондирующих импульсов и N ультразвуковых преобразователей, входы которого подключены к выходам соответствующих генераторов, первый коммутатор , выходы которого подключены к вторым входам генераторов зондирующих импульсов, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и блок вычислений, последовательно соединенные второй коммутатор, усилитель и формирователь импульсов, блок отображения данных, блок ввода данных, последовательно соединенные запоминающий регистр и элемент И, последовательно соединенные второй синхронизатор и ждущий мультивибратор с управляемой длительностью импульса, первый, второй и третий выходы блока вычислений подключены соответственно к первому входу счетчика импульсов, к второму входу блока отображения и к входу запоминающего регистра, выходы блока ввода данных и второго синхронизатора подключены соответственно к второму и третьему входам блока вычислений, второй выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу счетчика импульсов, вторые входы генераторов зондирующих импульсов подключены к второму входу формирователя импульсов, выход ждущего мультивибратора соединен с четвертым входом блока отображения данных, выход второго синхронизатора подключен к второму входу элемента И, выход последнего подключен к входу первого синхронизатора, а выход запоминающего регистра подключен к входу первого коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и производительности контроля, оно снабжено подключенными к второму выходу усилителя последовательно соединенными автоматическим регулятором усиления и третьим коммутатором, N усилителями тока

и N блоками согласования, входы которых подключены к выходам соответствующих преобразователей, а выходы - к входам соответствующих усилителей тока, выходы последних подключены к соответствующим

входам второго и к соответствующим выходом третьего коммутаторов, управляющие входы которых объединены между собой и со вторыми входами блоков согласования и подключены к третьему выходу запомииающего регистра, выход формирователя импульсов подключен к третьему входу счетчика импульсов, а его первый и второй выходы - соответственно к первому входу блока отображения данных и к четвертому

входу блока вычислений.

2. Устройство по п. 1, отличаю щее- с я тем, что блок согласования выполнен из последовательно соединенных катодами первого и второго диодов и первого резистора, конденсатора, подключенного одним выводом к аноду второго диода, и подключенных к катоду первого диода, параллельно соединенных второго резистора и третьего диода, анод третьего диода и второй вывод второго резистора предназначены для подключения к шине нулевого потенциала, анод первого диода служит первым входом блока согласования, второй вывод первого резистора - вторым входом,

а второй вывод конденсатора - выходом блока согласования.

К запоминающему регистру

Изобретение относится к технике ультразвуковых неразрушающих испытаний и может быть использовано для контроля физико-механических свойств материалов, имеющих повышенное затухание ультразвука, для измерения скорости или времени распространения ультразвука. Цель изобретения - повышение достоверности и производительности контроля больших площадей за счет получения необходимого объема информации за один цикл контроля, что достигается коммутацией нескольких совмещенных пье- зопреобразователей, генераторов зондирующих импульсов, токовых усилителей, связанных блоками согласования. Дополнительный коммутатор и автоматический регулятор усиления обеспечивают оптимальный режим работы усилительноготракта в режиме измерения времени прохождения ультразвука между различными парами пьезопреобра- зователей. 1 з.п.ф-лы. 3 ил. сл С

rtv Фиг.2

в

Л

иЛ

Фиг.З

XL.

А