Ультразвуковой интроскоп-дефектоскоп Советский патент 1991 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для ультразвуковой дефектоскопии материалов и изделий, а также в животноводстве.

Цель изобретения -- повышение производительности и достоверности контроля за счет применения бесконтактных датчиков положения ультразвукового луча, импульсного синхронного привода, простоты смены режима индикации, двумерного стробиро- вания с регулируемыми границами зоны стробирования, а также автоматического регулирования усиления приемника в соответствии с изменением угла падения ультразвукового луча.

На фиг. i показана блок-схема ультразвукового интроскопа-дефектоскопа; на фиг. 2 - временные эпюры на выходах его блоков.

Ультразвуковой интроскоп-дефекто- скоп содержит последовательно соединенные синхронизатор 1 и генератор 2 зондирующих импульсов, автосканирую- щий ультразвуковой преобразователь 3, содержащий заключенные в корпус подвижный узел 4, электропривод 5 подвижного узла и датчик 6 положения ультразвукового луча, приемник 7, содержащий последовательно соединенные высоко- частотный усилитель 8, соединенный посредством подвижного узла 4 с выходом генератора 2 зондирующих импульсов, детектор 9, видеоусилитель 10 и электроннолучевой индикатор 11, блок 12 подсвета соединенный с вторым входом индикатора 11, генератор 13 развертки, включенный между вторым выходом синхронизатора 1 и входом блока 12 подсвета, источник 14 питания электропривода 5, включенный между вторым выходом синхронизатора 1 и входом электропривода 5, соединенного механически с подвижным узлом 4, генератор 15 стробирующих импульсов, соединенный с выходом синхронизатора 1,

формирователь 16 импульсов, включенный между вторым выходом синхронизатора 1 и датчиком 6 положения ультразвукового луча, последовательно соединенные пиковый

детектор 17, входом соединенный с выходом датчика 6 положения луча, а вторым входом - с выходом .генератора 13 развертки, переключатель 18 развертки, второй вход которого соединен с землей, первый

регулятор 19 напряжения, суммирующий усилитель 20, второй вход которого соединен с выходом генератора 13 развертки, а выход - с третьим входом индикатора 11, второй регулятор 21 напряжения, включенный между выходом переключателя 18 развертки и вторым суммирующим входом видеоусилителя 10, формирователь 22 двумерной зоны стробирования, входом соединенный с выходом переключателя 18.

сумматор 23. включенный между первым выходом формирователя 22 и вторым входом генератора 15, второй сумматор 24. включенный между вторым выходом формирователя 22 и третьим входом генератора

15, первый регулятор 25 напряжения, соединенный с вторым входом первого сумматора

23,второй регулятор 26 напряжения, соединенный с вторым входом второго сумматора

24,функциональный преобразователь 27 напряжения, второй управляющий вход высокочастотного усилителя 8 соединен с выходом функционального преобразователя 27 напряжения, источник 14 питания состоит из последовательно соединенных делителя 28 частоты и регулятора 29 мощности, формирователь 22 зоны стробирования содержит первую группу из четырех регуляторов 30-33 напряжения, входы которых объединены, источник 34 напряжения, соединенный с входами регуляторов напряжения первой группы, четыре вычитателя 35-38, инвертирующие входы которых соединены с выходами соответствующих регуляторов напряжения, неинвертирующие

входы объединены и являются входом формирователя 22 зоны стробирования, вторую

группу из четырех регуляторов 39-42 напряжения, соединенных с выходами соответствующих вычитзтелей, селектор 43 меньшего уровня, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго регуляторов 39,

40напряжении второй группы, а выход служит первым выходом формирователя 22 зоны стробирования, селектор 44 большего уровня, перзый и второй входы которого соответственно с выходами третьего и четвертого регуляторов 41, 42 напряжения второй группы, а выход служит вторым выходом формирователя 22 зоны стробирования, первый и регуляторы 39,

41напряжений второй группы выполнены инвертирующими, а второй и четвертый - неинвертирующими, второй вход блока 12 подсвета через выключатель 45 соединен с третьим входом видеоусилителя 10, блок 46 временной регулировки усиления, включенный между первым выходом синхронизатора 1 и третьим входом высокочастотного усилителя, блок 47 стробирования и селекции, первым входом соединенный с выходом генератора 15 стробирующих импульсов, вторым входом - с выходом детектора 9, а выходом - -, внешним генератором, выключатель 48. включенный между выходом регулятора 29 мощности и входом электропривода 5, выключатель 49, включенный между выходом генератора 15 стробирующих импульсов и третьим входом видеоусилителя 10.

Ультразвуковой интроскоп-дефексто- скоп работает следующим образом.

Принимают временной сдвиг между сигналами на выходах синхронизатора 1 равным нулю, выключатель 48 замкнут, переключатель 18 в положении (растровый), выключатель 49 разомкнут, а напряжение на выходе регулятора 19 установлено равным нулю, Ui, U2, из,... - вид напряжений на выходах-блоков 1, 2, 9,... соответственно.

Под действием знакопеременных импульсов источника .14 питания происходит непрерывное колебательное перемещение подвижного узла 4 автосканирующего ультразвукового преобразователя 3.

Временные диаграммы на фиг. 2 условно соответствует по времени одному кадру изображения, при этом регулятор 29 мощности вырабатывает однополярный импульс напряжения длительностью, не превышающей длительность кадра.

В соответствии с импульсами Ua синхронизатора 1 появляются импульсы U2 на выходе генератора 2 зондирующих импульсов, которые поступают на излучающий элемент преобразователя, закрепленный на

подвижном узле 4. Сигнал приемного элемента преобразователя, также закрепленного на подвижном узле 4 (или совмещенного с излучающим элементом), усиливается усилителем 8, детектируется детектором 9 (Ug) и через видеоусилитель 10 поступает на пластины вертикального отклонения электронно-лучевого индикатора 11. На диаграмме Ug изображены эхо-сигналы от детектора,

0 появлявшиеся лишь после нескольких зондирующих импульсов, т.е. соответствующие лишь определенным углам положения ультразвукового лучэ.

Пилообразное напряжение на выходе

5 генератора 13 развертка изображено на диаграмме и обеспечивает строчную рзз- вертку,

Дагчи- и положения возбуждается импульсами, сходными с У или Ui а ма выход

0 его проходит импульсы Up с амплитудой, пропорциональной угловому положению подвижного угль 4 преобразователя 3 Б соответствии с амплитудой Ue появляется напряжение Uiy на выходе пикового детек5 тора 17. сброс которого производится практически задним фронтом импульсов Ui3 генератооа развертки. На выходе регуляторов 21 и IS напряжение по форме не отличается от напряжения Un, он пишь

0 регулируется по величине. С выход регулятора 21 напряжение поступает в видеоусилитель 10 где оно складывается с сигналом и усиленное, в виде Uio, поступает на вход вертикального отклонения индика5 тора-11. В результате каждая строка в кадре смещается по вертикали относительно предыдущей на определенную величину, зз- аисящую от установки регулятора 21, и таким образом формируется растр. Если

0 переключатель 18 перевести в положение Импульсный или регулятором 21 установить на его выходе нулевое напряжение, то прибор будет переведен в обычный импульсный режим дефектоскопа с разверт5 кой типа А. В растровом режиме строки на всем протяжении горизонтальны и непрерывны пока сигналы от дефектов (Ug) отсутствуют. Там,где они появляются, строка отклоняется от первоначального положе0 ния. При этом, если установить амплитуду сигналов большой, отклоняющий луч по вертикали за экран, то оказывается, что в местах сигналов от дефектов образуются разрывы строк растра, тзк как скорость

5 движения луча по вертикали н порядок превышает скорость строчной развертки - формируется растровое изображение типа В. Размеры пятек на экране, их положение нз экране м взаимная ориентация соответствую1 условным угловым размерам дееЬекroe, их положению в объекте контроля и в -аимной ориентации.

При необходимости видеть распределение амплитуд сигналов следует уменьшить /ix до величины, не превышающей размер экрдна -- изображение А + В. При уменьше- HI U1 амплитуд сигналов до величин, соогвет- стау.-. Щих межстрочным расстояниям, .,тая &лодул$ 1я исчезает, а остается од ляция строк лишь в виде локальных отклонений по верiикали - изображение АВ.

Для детального рассмотрения распределений амплитуд сигналов от дефекта следует произвести взаимное смещение всех строк по горизонтали, тогда вершины импульсов не накладываются друг на друга, Эта операция выполняется установкой непулевого напряжения регулятором 19 на втором входе суммирующего усилителя 20, на первый вход которою поступает напряжение развертки Ui3 При зтсм на пластины горизонтального отклонения электроннолучевого индикатора поступает напряжение Uao Таким путем обеспечивается возможность детального анализа распределений сигналов от дефектов в режимах А + В и АВ со сдвигом строк.

Три режима типа А однострочного представления информации реализуют при установке на выходе регулятора 2 нулевого напряжения: с применением автосканирую- щею /льтра.-шукового преобразователя при установлении на выходе регулятора 19 на- пряжзния равные нулю {без сдвига строк по горизонтали), то же, но при неравном нулю напряжении s выходе регулятора 19 (со сдвигом по горизонтали строк); с остановленным автосканирующим ультразвуковым преобразователем или с применением любого Н8скянируьотего (выклочатель 48 разомкнут, поре ключа гель 13s нихчем на фиг. 1 положении) - режим стандартного дефектоскопа.

При формировании, например, изображения типа В с двумерным стробом пере- члючатель 13 в верхнем на фиг. 1 положении выключатели 48 и 49 замкнуты, выключатель 45 разомкнут, напряжение на выходе регулятора 19 равно чу Т-ю. Формиоователь 22 двумерной зоны стообирааанпя формирует четырехугольную зону ст робиров ния, ограниченную четырьмя линиями, близкими к прямым. Ре1уляторами 30-33 эти линии можно перемещать каждую параллельно самой себе, а регуляторами 3S--42 их можно поворачивать. При включении выключателя 45 гасится все, рсме зоны строба, что позволяет убрать t: экрана все лишнее.

Особенно важно гасить изображение зне строба в режимах А -- В, АВ и А со

сдвигом по горизонтали строк, так как при этом устраняют помехи наложения импульсов, находящихся вне зоны интереса, т.е. вне зоны с гроба.

8 импульсном режиме работы с остановленным или несканирующим преобразователем формирователь двумерной зоны стробирования отключается, на его выходах напряжение становится равным нулю и при

0 этом границы строба устанавливают регуляторами 25 и 26,

С изменением угла падения ультразвукового луча изменяется коэффициент прохождения ультразвуковой энергии через

5 границу объекта контроля, что приводит к зависимости величины сигнала в тракте приемника от угла падения ультразвукового луча. Эта зависимость в значительной мере устраняется введением сигнала коррекции

0 в приемник от пикового детектора 17 через функциональный преобразсватепь 27. функциональный преобразователь 27 учитывает нелинейность зависимости уровня сигнала на входе приемника от угла ввода

5 Жесткая синхронизация положения строк растрового изображения осуществляется с помощью делителя 28 частоты.

Изобретение позволяет контролировать изделия с применением типов инди0 кации А, В, АВ без сдвига гTOOк, А и АВ со сдвигом строк с аьумерн лм стробиро- ванием, а также позволяет автомати«е- ски регулировать усиление приемника в соответствии с изменением угле падения

5 ультразвукового лучз

Формула изобретения 1 Ультразвуковой иягроскоп-дефекто- скоп, содержащий последовательно соединенные синхронизатор и генератор

0 зондирующих импупьсов, автосканирую- щий ультразвуковой преобразователь, состоящий из установленных в корпусе пьезопреобразователя, совмещенного с подвижном узлом, электропривода и

5 датчика положения ультразвукового луча, приемник из посгедовстель«о соединенных высокочастотного усилителя, соединенного,с пьезопреобразоэателем, детектоози видеоусилителя,зпектроино0 лучевой индикатор, блок подсвета, соединенный с вторым входом индикатора, генератор развертки, включенный между вторым выходом синхронизатора и входом блока подсвета, источник питания

5 электропривода, включенный между вторым выходом синхронизатора и входом электропривода, соединенного механически с .подвижным узлом, генератор стро5ирующмх импульсов, соединенный с аыходом синхронизатора, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения производительности и достоверности контроля, он снабжен формирователем импульсов, включенным между вторым выходом синхронизатора и датчиком положения лу- ча, последовательно соединенными пиковым детектором, соединенным входом с выходом датчика положения луча, а вторым входом - с выходом генератора развертки, переключателем развертки, вторым входом соединенным с землей, первым регулятором напряжения, суммирующим усилителем, второй вход которого соединен с выходом генератора развертки, а выход - с третьим входом индикатора, вторым регуля- тором напряжения, включенным между выходом переключателя развертки v вторым суммирующим входом видеоусилителя, формирователем двумерной зоны строби- рования, входом соединенным с выходом переключателя развертки, первым сумматором, включенным между первым выходом формирователя зоны стробирования и вторым входом генератора стробирующих импульсов, вторым сумматором, включенным между вторым выходом формирователя зоны стробирования и третьим входом генератора стробирующих импульсов, выходом соединенным с третьим суммирующим входом видеоусилителя, первым регулятором напряжения, соединенным с вторым входом первого сумматора, и вторым регулятором напряжения, соединенным с вторым входом второго сумматора,

2.Интроскоп-дефектоскоп по п. 1,отл и- чающийся тем, что он дополнительно снабжен функциональным преобразователем напряжения, соединенным с выходом пикового детектора, а высокочастотный усилитель выполнен управляемым и его вход управления соединен с выходом функционального преобразователя напряжения.

3.Интроскоп-дефектоскоп по п. 1, о т л и- чающийся тем, что электропривод по-1 движного узла ультразвукового преобразо- вате л я выполнен бесконтактным в виде

постоянного магнита, закрепленного на подвижном узле, и импульсного электромагнита, закрепленного на корпусе, источник питания электропривода подвижного узла выполнен в виде последовательно соединенных делителя частоты и регулятора мощности, а коэффициент деления делителя частоты выбран равным числу строк сформированного растра.

4,Интроскоп-дефектоскоп по п. 1, о т- личающийся тем, что формирователь зоны стробирования содержит первую группу из четырех регуляторов напряжения, входы которых объединены, источник напряжения, соединенный с входами первой группы регуляторов напряжения, четыре вычитателя, инвертирующие входы которых соединены с выходами соответствующих регуляторов первой группы, неинвертирующие входы объединены и являются входом формирователя зоны стробирования, вторую группу из четырех регуляторов напряжения, соединенных с выходами соответствующих вычитателей, селектор меньшего уровня, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго регуляторов напряжения второй группы, а выход является первым выходом формирователя зоны стробирования, селектор большего уровня, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого регуляторов напряжения второй группы, а выход является вторым выходом формирователя зоны стробирования, первый и третий регуляторы второй группы выполнены инвертирующими, а второй и четвертый - неинвертирующими.

5.Интроскоп-дефектсскоп по п. 1, отличающийся тем, ч- о блок подсвета луча электронно-лучевого индикатора выполнен с двумя входами, первый соединен с генератором развертки, а второй вход через выключатель соединен с выходом генератора стробирующих импульсов.

JL

ft

t

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для ультразвуковой дефектоскопии материалов и изделий, а также в животноводстве для контроля параметров животных. Целью изобретения является повышение производительности и достоверности контроля за счет обеспечения двумерного стробирования с регулируемыми границами зоны стробирования в соответствии с изменением угла падения ультразвукового луча. Генератор 2 возбуждает автоскакирующий преобразователь 3, работающий в совмещенном режиме. Эхо- сигналы, усиленные в приемнике 7, поступают на вход индикатора 11. Сигнал датчика 6 положения ультразвукового луча поступает

и в

/I xi/I и/ь

-V

4-4

Ч

XZ±ZLJ bX±D.

qJIZZLC

г-1 г-1 П