Ультразвуковой адаптивный дефектоскоп Советский патент 1991 года по МПК G01N29/08 

Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано при автоматизированном контроле качества изделий для обнаружения локальных дефектов

Целью изобретения является повышение производительности и достоверности контооля за счет автоматизации процесса выбора рабочей частоты з пределах установленного диапазона по максимуму коэффициента передачи электроакустического траста

На фиг 1 приведена структурная схема ультразвукового (УЗ) адаптивного де- Фектоскопа ; на фиг 2 -структурная схема блока управления; на фиг 3 - алгоритм режима Настройка на фиг. 4 - алгоритм режима Работа.

Дефектоскоп содержит блок 1 коммутации первый блок 2 потоковых фнльтрор последовательно злектроакустически соединенные первый упоавляемый делитель 3 напряжения, усилитель 4 мощности излучающий электроакустический преобразователь 5 (ЭАП), приемный электроакустический преобразователь 6 и предварительный усилитель 7, детектор 8 последовательно соединенные пороговый каскад 9 и регистратор 10, перестраиваемый генератор 11, последовательно соединенные блок 12 управления и цифро- аналоговый преобразователь 13 (ЦАП), блок 14 выбора частотного диапазона, электронный ключ 15, второй блок 16 полосовых фильтров, последовательно соеЮ Ю Ю 4

диненные второй управляемый делитель 17 напряжения и аналого-цифровой преобразователь 18 (АЦП).

Первый и второй выходы преобразователя 18 соединены с первым и вторым входами блока 12 управления соответственно, второй вход - с вторым входом блока 12 управления, вход порогового каскада 9 - с выходом второго управляемого делителя 17 напряжения, оход перестраиваемого генератора 11 - с выходом ЦАП 13, выход - с первым входом блока 14 выбора частотного диапазона и третьим входом блока 12 управления. Первый вход первого блока 2 полосовых фильтров соединен с выходом блока 14 выбора частотного диапазона, выход - с первым входом электронного ключа 15, третий выход блока 12 управления соединен с первыми входами первого и второго управляемых делителей 3 и 17 напряжения, четвертый выход - с вторым входом электронного ключа 15, пятый и шестой выходы - с вторыми входами первого и второго управляемых делителей 3 и 17 напряжения. Первый вход второго блока 16 полосовых фильтров соединен с выходом предварительного усилителя 7, выход - с входом детектора 8. Выход блока 1 коммутации соединен с вторыми входами блока 14 выбора частотного диапазона, первого и второго блоков 2 и 16 полосовых фильтров, выход детектора 8 - с третьим выхсдом второго управляемого делителя 17 напряжения, а выход электронного ключа 15 - с третьем входом первого управляемого делителя 3 напряжения.

Блок 12 управления состоит из генератора 19 тактовых импульсов (ГТИ), центрального процессорного элемента 20 (ЦПЭ). постоянного запоминающего устройства 21 (ПЗУ), оперативного запоминающего устройства 22 (ОЗУ), дешифратора 23 адреса, программируемого таймера 24, параллельного программируемого интерфейса 25 и кнопки 26 Пуск, первый контакт которой соединен с входом генератора 19 тактовых импульсов, второй - с шиной Корпус.

Первый выход генератора 19 тактовых импульсов соединен с входом управления центрального процессорного элемента 20, второй выход - с первым тактовым входом программируемого таймера 24. Выход Шина адреса центрального процессорного- элемента 20 соединен с входами Шина адреса постоянного запоминающего устройства 21, оперативного запоминающего устройства 22, дешифратора 23 адреса, программируемого таймера 24 и параллельного программируемого интерфейса 25, вход/выход Шина данных - с входами/выходами Шина данных постоянного запоминающего устройства 21, ОЗУ 22, программируемого таймера 24 и параллельного программируемого интерфейса

25 и является третьим выходом блока 12 управления, выход Чтение - с входами Чтение постоянного запоминающего устройства 21, ОЗУ 22, программируемого таймера 24 и параллельного программиру0 емого интерфейса 25, выход Запись - с входами Запись ОЗУ 22, программируемого таймера 24 и параллельного программируемого интерфейса 25.

Выход ВМ ПЗУ дешифратора 23 адре5 са соединен с входом ВМ ПЗУ 21, выход ВМ ОЗУ - с входом ВМ ОЗУ 22, выход ВМ ПТ - с входом ВМ программируемого таймера 24, выходом ВМ ППИ с входом ВМ параллельного программируемого ин0 терфейса 25. Второй и третий тактовые входы программируемого таймера 24 объединены и являются третьим входом блока 12 управления, первый выход программируемого таймера 24 соединен с его

5 входом Разрешение счета и первым входом канала КН 3 параллельного программируемого интерфейса 25. Третий выход программируемого таймера 24 является четвертым выходом блока 12 управления,вход

0 канала КН 1 параллельного программируемого интерфейса 25 - первым входом блока 12 управления, выход канала КН 2 - первый выходом блока 12 управления, первый выход канала КН 3 - вторым выходом

5 блок-а 12 управления, второй вход канала КН 3 - вторым входом блока 12 управления, а выходы ВМ УДН 1 и ВМ УДН 2 и 1ешифратора 23 адреса являются пятым и шестым выходами блока 12 управления.

0 Ультразвуковой адаптивный дефектоскоп работает в двух режимах по программе, предварительно записанной в ПЗУ 21: режим Настройка и режим Работа.

Алгоритм режима Настройка (фиг. 3)

5 заключается в формировании передающим трактом радиоимпульсного зондирующего сигнала, излучении его в контролируемое изделие, приеме прошедших через него колебаний, измерении их амплитуды при после0 довательном дискретном изменении несущей частоты в пределах выбранного рабочего диапазона, выборе такой частоты font, при которой амплитуда принятого сигнала имеет максимальное значение АМакс, и та5 кой максимально возможной амплитуды возбуждающего сигнала, при которой Амзхс не превышает предельно допустимого для АЦП 18 сигнала А0пт.

По окончании режима Настройка блок 12 управления автоматически пере водит дефектоскоп в режим Работа, алгоритм (фиг, 4) которого заключается в поддержании постоянного уровня сигнала, равного Амакс, на входе порогового каскада 9, несуа-.ей частоты зондирующего сигнала, разной ton т, и записи результатов контроля регистратором 10, т.е. в дефектоскопе реализуются функции автоматической регулировки усиления и автоматической под- Стройки частоты.

При каждом нажатии кнопки 26 Пуск дефектоскоп переходит в режим Настройка. При этом сначала устанавливаются режимы работы программируемого таймера 24 и параллельного программируемого интерфейса 25.

Формирование блоком 12 управления возбуждающих сигналов осуществляется следующим образом.

Перестраиваемый генератор 11 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов, частота fi которых меняется дискретно 256 раз в пределах 320 кГц ± 10% с помощью управляющего напряжения, поступающего с выхода ЦАП 13. Последнее, в свою очередь, задается согласно программе изменением двоичного кода Nf от значения Ј FFH до ООН, поступающего с центрального процессорного элемента 20 через выход КН 2 параллельного программируемого интерфейса 25 на вход ЦАП 13. Программное управление несущей частотой позволяет на этапе настройки определять ее оптимальное значение в указанных пределах.

Поступающая с выхода перестраиваемого генератора 11 основная последовательность импульсов с частотой 320 кГц подается на блок 1-4 выбора частотного ди- апезсна, с выходов которого снимаются последовательности импульсов с частотами 320; 160, 80 и 40 кГц Одна из указанных четырех последовательностей импульсов с помощью блока 1 коммутации подается на первый блок 2 полосовых фильтров, выделяющий колебания первой, гармоники одной из Hecyinvix частот: 320, 160, 80 или 40 кГц. Эти колебания подаются на второй вход электронного ключа 15, на первый вход которого поступают импульсы с третьего выхода программируемого таймера 24, формируемые следующим образом. Третий канал программируемого таймера 24 за- поогрзммирозан в режим деления импульсов, поступающих из его третий счетный вход с выхода перестраиваемого генератора 11. Коэффициент деления, определяющий частоту следования возбуждающих сигналов (порядка 1 кГц), задается программой и загружается Б программируемый таймер 24 через Шину данных с помощью центрального процессорного элемента 20. После каждого N-ro импульса, поступающего на третий счетный вход прогрзмми- руемого таймера 24, с третьего выхода снимается импульс, поступающий на пор- вый вход электронного ключа 15. длительность радиоимпульса на выходе которого равна примерно 100 мкс и определяется

0 времязадающей цепью электронного ключа 15.

Указанные возбуждающие сигналы далее поступают на третий вход первого управляемого делителя 3 напряжения с

5 коэффициентом передачи, изменяющимся в пределах от 1 до 1/256. Это позволяет программно менять амплитуду возбуждающих сигналов, снимаемых с выхода электронного ключа 15 и подаваемых на усилитель 4

0 мощности.

Установление оптимальных значений несущей частоты и амплитуды возбуждающего сигнала на этапе Настройка производится следующим образом.

5Сигнал с приемного ЭАП б через предварительный усилитель 7. второй блок 16 полосовых фильтров и детектор 8 подается на третий вход второго управляемого де- лителя 17 напряжения, первоначальный

0 коэффициент передачи которого устанавливается равным 1/16. С выхода последнего сигнала подается на пер-:ый вход АЦП 18, з также через пороговый кяска д 9 - на регистратор 10. В АЦП 18 принятый сигнал

5 поеобрэзуется в двоичный код, соответствующий уровню входного сигнала, и через 1 параллельного программируемого интерфейса 25 поступает в центральный процессорный элемент 20 для дальнейшей

0 обработки с целью установления оптимальных значений несущей частоты и амплитуды приемного сигнала.

Для этого в процесса настройки частота перестегиваемого генератора 11 программ5 нр r/еняется от максимального до минимального значения в пределах 320 ± 10% кГц. Для каждого текущего значения частоты fi блек 12 управления измеряет амплитуду принятого сигнала. При прохождении всего

0 диапазона частот блок 12 управления запоминает максимальное значение принятого сигнала АМЈКс и соответствующее ему значение оптимальной частоты т0пт. Одновременно он сравнивает получаемые текущие

5 значения амплитуды принятого сигнала AI с максимально допустимым значением сигнала АОПТ, которое можно подать нг вход предварительного усилителя 7.

Если текущее значение AI превышает Аопт, то блок 12 управления уменьшает коэффициент передачи Кум первого управляемого делителя 3 напряжения, которое первоначально устанавливается максимальным и равным 1. После прохождения всего диапазона частод блок 12 управления запоминает в ОЗУ 22 значения оптимальной частоты и максимальной амплитуды принятого сигнала, выдает на ЦАП il3 управляющий код, соответствующий оптимальной частоте, и автоматически переходит на режим Работа.

В алгоритм настройки введена вре- менная задержка, осуществляемая с по- мощью подпрограммы Задержка. Это .позволяет производить считывание информации с выхода АЦП 18 после того, как в электроакустическом тракте закончится переходный процесс, связанный со ступенчатыми изменениями частоты и амплитуды зондирующего сигнала, Использование служебной переменной FLAG позволяет сократить количество измерений частоты и тем самым сократить длительность процесса выбора оптимальных значений несущей частоты и амплитуды зондирующего импульса.

В режиме Работа производится контроль изделия, стабилизация частоты и амплитуды приемного сигнала и регистрация результата контроля.

Стабилизация частоты осуществляется с помощью программируемого таймера 24, второй канал которого программируется в режим счета импульсов. На счетный вход этого канала подаются импульсы с выхода перестраиваемого генератора 11, а на вход Разрешение счета - импульсы с выхода первого канала программируемого таймера 24. Количество импульсов, поступивших на второй счетный вход, соответствует текущей частоте fi перестраиваемого генератора 11. Число импульсов сравнивается в центральном процессорном элементе 20 с числом, соответствующим оптимальной частоте. Если эти числа не равны, центральный процессорный элемент 20 через программируемый интерфейс 25 и ЦАП 13 изменяет уровень управляющего напряжения и тем самым вносит поправку в частоту перестраиваемого генератора 11.

Стабилизация амплитуды осуществляется с помощью регулирования коэффициента передачи Кару программно управляемого делителя 17 напряжения. Коэффициент передачи может увеличиваться или уменьшаться в 16 раз, при этом он выполняет функцию программной автоматической регулировки усиления с динамическим диапазоном около 40 дБ, Постоянная времени автоматической регулировки усиления выбирается на порядок большей, чем длительность сигнала от дефекта, для того, чтобы цепь автоматической регулировки усиления реагировала

не на дефекты контролируемого изделия, а на достаточно медленные изменения коэффициента передачи электроакустического тракта, связанные с изменением прохождения ультразву0 ка в изделии, нарушением способностей преобразователей 5 и 6, вариацией акустического контакта и т. п.

Автоматическая регулировка усиления

5 осуществляется следующим образом.

Блок 12 управления производят 256 измерений текущих значений AI амплитуды принятого сигнала с помощью АЦП 18, суммирует их и находит среднее АСр арифмети0 ческое. Далее значение Аср сравнивается с записанным в режиме Настройка в оперативном запоминающем устройстве 22 значением Амакс. ЕСЛИ АСр Амакс, ТО производится измерение и стабилизация

5 несущей частоты. Если Аср Амакс .то производится изменение коэффициента передачи (Кару) второго управляемого делителя 17 напряжения путем изменения на единицу цифрового кода Кару, поступаю0 щего на первый вход второго управляемого делителя 17 напряжения, а затем измеряется и стабилизируется несущая частота.

Изобретение позволяет в сравнении с

5 прототипом повысить производительность и надежность контроля за счет устранения субъективного фактора в процессе выбора как рабочей частоты, так и амплитуды зондирующего импульса.

0Формула изобретения

1. Ультразвуковой адаптивный дефектоскоп, содержащий блок коммутации, первый блок полосовых фильтров, последовательно электроакустически соединен5 ные первый управляемый делитель напряжения, усилитель мощности, излучающий электроакустический преобразователь , приемный электроакустический преобразователь и предварительный

0 усилитель, детектор, последовательно соединенные пороговый каскад и регистратор и перестраиваемый генератор, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и достоверности конт5 роля, он снабжен последовательно соединенными блоком управления и цифроаналогоеым преобразователем, блоком выбора частотного диапазона, электронным ключом, вторым блоком полосовых фильтров, последовательно соединенными вторым управляемым делителем напряжения и аналого-цифровым преобразователем, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами блока управления соответственно, второй вход - с вторым выходом блока управления, вход порогового каскада - с выходом второго управляемого делителя напряжения, вход перестраиваемого гене- ратора - с выходом цифроаналогового преобразователя, выход - с первым вхо- дом блока выбора частотного диапазона и третьим входом блока управления, первый вход первого блока полосовых фильтров соединен с выходом блока выбора частотного диапазона, выход - с первым входом электронного ключа, третий выход блока управления - с первыми входами первого и второго управляемых делителей напряжения, четвертый выход- с вторым входом электронного ключа, пятый и шестой выхо- ды - с вторыми входами первого и второго управляемых делителей напряжения, первый вход второго блока полосовых фильтров соединен с выходом предварительного усилителя, выход - с входом детектора, выход блока коммутации соединен с вторыми входами блока выбора частотного диапазона, первого и втооого блоков полосовых фильтров, выход детектора соединен с третьим входом второго управляемого делителя на- пряжения, а выход электронного ключа - с третьим входом первого управляемого делителя напряжения.

2. Дефектоскоп по п. 1, от л ич а ющий- с я тем, что блок управления выполнен из генератора тактовых импульсов, центрального процессорного элемента, постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства, дешифратора адреса, программируемого таймера, параллельного программируемого интерфейса и кнопки Пуск, первый контакт который соединен с входом генератора тактовых импульсов, второй - с шиной Корпус, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с входом управления центрального процессорного элемента, второй выход - с первым тактовым входом программируемого таймера, выход Шина адреса централь-

ного процессорного элемента соединен с входами Шина адреса постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства, дешифратора адреса, программируемого таймера и параллельного программируемого интерфейса, вход/выход Шина данных - с входами/выходами Шина данных постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства - программируемого таймера и параллельного программируемого итерфейса и является третьим выходом блока управления, выход Чтение - с входами Чтение постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства, программируемого таймера и параллельного программируемого интерфейса, выход Запись - с входами Запись оперативного запоминающего устройства, программируемого таймера и параллельного программируемого интерфейса, выход ЕШ ПЗУ дешифратора адреса соединен с входом ВМ постоянного запоминающего устройства, выход ВМ ОЗУ - с входом ВМ оперативного запоминающего устройства, выход ВМ ПТ - с входом ВМ программируемого таймера, выход ВМ ППИ - с входом ВМ параллельного программируемого интерфейса, второй и третий тактовые входы программируемого таймера объединены и являются третьим входом блока управления, первый выход программируемого таймера соединен с его входом Разрешение счета и пеовым входом канала КНЗ параллельного программируемого интерфейса, третий выход программируемого таймера является четвертым выходом блока управления, вход канала КН 1 параллельного программируемого интерфейса является первым входом блока управления, выход канала КН 2 - первым выходом блока управления, первый выход канала КН 3 - вторым выходом блока управления, второй вход канала КН 3 - вторым входом блока управления, а выходы ВМ УДН 1 и ВМ УДН 2 дешифратора адреса являются пятым и шестым выходами блока управления соответственно.

AflWX-00W

Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и можег быть использовано npt автоматизированном контроле качества изделий для обнаружения локальных дефектов Целью изобретения является повышение производительности и достоверности контроля за счет автоматизации процесса выбора рабочей частоты в пределах установленного диапазона по максимуму коэффициента передачи электроакустического тракта Использование программного блока управления, двух управляемых делителей напряжения, цифроаналогового и аналого- цифрового преобразователей позволяет в процессе Настройка определять оптимальные значения рабочей частоты и амплитуды излучаемого сигнала автоматически переводить дефектоскоп в режим Работа и осуществлять стабилизацию частоты и амплитуды поинимаемого ультразвукового сигнала 1 з п ф-лы 4 ил 3 ел

Конец настройки

Ks/M 0FFH Nf gJFFH

Запись Nf 8 ,. ЦАП/генератора

Фаг.З