Устройство для измерения скорости ультразвука в материалах Советский патент 1992 года по МПК G01N29/00 

ел

С

Изобретение относится к технике ультразвуковых неразрушающих испытаний материалов и изделий и может быть использовано для контроля качества продукции предприятий промышленности строительных материалов и изделий. Цель изобретения - повышение точности измерения скорости ультразвука в материалах. Работа устройства осуществляется в три этапа. Чтобы устранить погрешности, вносимые измерительной аппаратурой (преобразователями , иммерсионной средой и т. п) сначала производят измерения при со- пряженных приемнике и излучателе, затем измерения с эталонным изделием. Результаты измерений заносятся в реверсивные счетчики. При контроле же исследуемого изделия полученные погрешности учитываются. 1 ил,

Изобретение относится к технике ультразвуковых неразрушающих испытаний материалов и изделий и может быть использовано,в частности, для контроля качества продукции предприятий промышленности строительных материалов и в других отраслях промышленности,

Изобретение основано на использовании анализа временных характеристик ультразвукового импульсного сигнала.

Известно устройство для измерения скорости ультразвука, содержащее синхронизатор, генератор ультразвуковых колебаний, передающий и приемный электроакустические преобразователи,усилитель, формирователь измеряемого интервала времени, генератор счетных импульсов, селектор и счетное устройство с цифровыми индикаторами.

Недостатком такого устройства является низкая точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель и формирователь, генератор калиброванной частоты и первый счетчик, вход которого подключен к выходу синхронизатора, последовательно соединенные первый триггер, первый вход второго подключен к выходу формирователя, первый вход которого подключен к выходу формирователя, первый каскад совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора калиброванной частоты, умножитель, второй счетчик, второй триггер, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, второй каскад совпадения, второй вход которого соединен

VJ О СЛ VI

СО

с выходом генератора калиброванной частоты, а выход - с входом первого счетчика, схему сброса, первый выход которой соединен с выходом синхронизатора, подключенным к второму входу первого триггера, а выход - с входом второго счетчика.

Недостатком известного устройства является низкие точность и производительность измерения. Это связано с тем, что точность измерения скорости ультразвука зависит от выбора величины калиброванной частоты, величины базы измерения, влияния контролируемого материала, влияния контактных слоев излучающего и приемного преобразователей. Кроме того, данное устройство нельзя применять при массовом автоматическом контроле стандартных изделий и конструкций.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности измерения скорости распространения ультразвука в материалах-.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно электроакустически соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, акустический излучатель и акустический приемник, последовательно соединенные усилитель, формирователь, триггер, второй вход которого связан с выходом синхронизатора, и схему совпадения, генератор калиброванной частоты, подключенный к второму входу схемы совпадения, два счетчика и индикатор, введены первый, второй и третий ключи, включенные параллельно между выходом акустического приемника и входом усилителя, четвертый, пятый и шестой ключи, входы которых связаны с выходом схемы совпадения, коммутатор, вход которого связан с выходом синхронизатора, делитель, входы которого подключены к выходам счетчиков , и последовательно соединенные задатчик постоянных величин и умножитель, второй вход которого связан с выходом делителя, а выход - с входом индикатора, счетчики выполнены реверсивными, первый выход коммутатора соединен с управляющими входами первого и шестого ключей, второй выход коммутатора связан с управляющими входами второго и пятого ключей, а третий выход коммутатора подключен к управляющим входам третьего и четвертого ключей, выход пятого ключа связан с суммирующим входом первого реверсивного счетчика, выход четвертого ключа подключен к суммирующему входу второго реверсивного счетчика, а выход шестого ключа связан с вычитающими входами реверсивных счетчиков.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2

зондирующих импульсов, акустический излучатель 4 и акустический приемник 5, ключи 6, 7 и 8. входы которых подключены к приемному преобразователю 5, усилитель 9, вход которого подключен к выходам ключей 6,7 и 8, и формирователь 10, подключенный своим входом к выходу усилителя 9, коммутатор 11, триггер 12, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора 1, а первый - к выходу формирователя 10,

генератор 3 калиброванной частоты, схему 13 совпадения, одним из входов подключенную к генератору 3 калиброванной частоты, а вторым - к выходу триггера 12, ключи 14, 15 и 16. подключенные своими входами к

выходу схемы 13 совпадения, реверсивные счетчики 17 и 18, входы сложения и вычитания которых подключены к соответствующим выходам ключей 14, 15 и 16, делитель 19, подключенный своими выходами к выходам реверсивных счетчиков 17 и 18, задатчик 20 постоянных величин, умножитель 21, входы которого подключены к выходам делителя 19 и задатчика 20, а выход умножителя 21 подключен к индикатору 22, причем

вход коммутатора 11 подключен к выходу синхронизатору 1, а выходы коммутатора - к соответствующим управляющим входам ключей б, 7, 8, 14, 15 и 16.

Устройство для измерения скорости ультразвука в материалах работает следующим образом.

В общем виде функциональную зависимость скорости распространения ультразвука в материалах от времени можно представить в виде

V а0 + ai |

(D

где V - измеренная скорость распространения ультразвука;

t - время прохождения ультразвуковых Колебаний на определенной базе измере- 0 ния;

Е-база (расстояние) измерения:

a0,ai - параметры функциональной зависимости,

Нестабильность коэффициентов а0 и а, 5 под влиянием случайных факторов и временного дрейфа параметров, влияние контролируемого материала, температуры и влажности, влияние контактных слоев и толщины протектора излучающего и приемного преобразователей , дрейф нуля и наклона (крутизна) принятого сигнала и др. определяют точность и достоверность измерения скорости распространения ультразвука.

Для устранения влияния указанных параметров на точность и достоверность измерения скорости распространения ультразвука в устройстве производятся следующие операции.

Импульс с выхода синхронизатора 1 поступает на вход триггера 12. коммутатора 11 и запускает генератор 2 зондирующих им- пульсов. Триггер 12 устанавливается в состояние, разрешающее прохождение последовательности импульсов с генератора 3 калиброванной частоты через схему 13 совпадения на реверсивные счетчики 17 и 18.

В первом такте производится измерение V при сомкнутых соосно через контакт- ный слой излучающем и приемном преобразователях. Коммутатором 11 откры- ваются ключи 6 и 16. С приемного преобразователя 5 сигнал поступает через открытый ключ 6, усилитель 9 и формирователь 10 на триггер 12, устанавливая его в состояние, запрещающее прохождение импульсов ге- нератора 3 калиброванной частоты через схему 13 совпадения. За это время через ключ 16 на вычитающие входы реверсивных счетчиков 17 и 18 проходит пачка импульсов, пропорциональная времени прохожде- ния электроакустического сигнала через контактные слои преобразователей и связанная со скоростью следующей зависимостью (исходя из выражения (1):

.I

to a0+airf- (2)

VO

Во втором такте излучающий и приемный преобразователи подключаются к эта- лонному каналу с эталонной средой и производится та же последовательность операций. Коммутатором 12 открываются ключи 7 и 15, и со схемы 13 совпадения через открытый ключ 15 проходит пачка им- пульсов на вход сложения реверсивного счетчика 17, пропорциональная времени прохождения электроакустического сигнала через эталонную среду и связанная со скоростью V следующей зависимостью:

t1 a°+a4+fe О)

В третьем такте при той же последова- тельности операций излучающий и приемный преобразователи подключаются к контролируемому каналу с исследуемым материалом, коммутатором 11 открываются

ключи 8 и 14 и со схемы совпадения 13 через открытый ключ 14 на вход сложения реверсивного счетчика 18 проходит пачка импульсов, пропорциональная времени прохождения электроакустического сигнала через контролируемый материал и связанная со скоростью V следующей зависимостью:, Р

t2 ao+ai(+) (4)

Полученные выражения (2), (3) и (4) решаются относительно параметра Vx по алгоритму

Ух.КГх,(5)

t2 - to

гдеК

эт

V; V

известная постоянная величина.

В реверсивных счетчиках 17 и 18 записаны результаты соответственно ti-t0 и t2 t0. С выходов реверсивных счетчиков результаты поступают на делитель 19. На умножителе 21 перемножаются сигналы, пропорциональные ti-t0/t2 t0, с сигналами Ktx, вводимыми с задатчика 20 (Сх - база контролируемого материала), а результат отображается индикатором 22.

Из формулы (5) видно, что результат измерения скорости не зависит от параметров а0, ai, что позволяет достигнуть высокой точности измерения скорости ультразвука в материалах.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости ультразвука в материалах, содержащее последовательно электроакустически соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, акустический излучатель и акустический приемник, последо- вательно соединенные усилитель, формирователь, триггер, второй вход которого связан с выходом синхронизатора, а первый вход - с выходом формирователя, и схему совпадения, генератор калиброванной частоты, подключенный к второму входу схемы совпадения, два счетчика и индикатор, отличающееся тем, что. с целью повышения точности, оно снабжено первым, вторым и третьим ключами, включенными параллельно между выходом акустического приемника и входом усилителя, четвертым, пятым и шестым ключами, входы которых связаны с выходом схемы совпадения, коммутатором, вход которого связан с выходом синхронизатора, делителем, входы которого подключены к выходам счетчиков, и последовательно соединенными задатчиком постоянных величин и умножителем, второй вход которого связан с

выходом делителя, а выход - с входом индикатора, счетчики выполнены реверсивными, первый выход коммутатора соединен с управляющими входами первого и шестого ключей, второй выход коммутатора связан с управляющими входами второго и пятого ключей, а третий выход коммутатора подключен к управляющим входам третьего и

4S

И ПН

четвертого ключей, вход пятого ключа связан с суммирующим входом первого реверсивного счетчика, выход четвертого ключа подключен к суммирующему входу второго реверсивного счетчика, а выход шестого ключа связан с вычитающими входами реверсивных счетчиков.