Устройство ультразвукового контроля материалов и изделий Советский патент 1992 года по МПК G01N29/10 

Изобретение относится к технике неразрушающих испытаний ультразвуковыми методами, может, может быть использовано в различных областях машиностроения для контроля качества материалов и изделий, преимущественно крупногабаритных и с большим затуханием ультразвука

В основном изобретении описано устройство контроля качества материалов и изделий, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидального

сигнала формирователь прямоугольных импульсов формирователь псевдослучайной кодовой последовательности, формирователь периода, аналоговый ключ, усилитель мощности и излучающий пьезопреобразователь балансный модулятор первым входом подключенный к выходу генератора синусоидального сигнала, вторым входом - к второму выходу формирователя псевдослучайной кодовой последовательности выходом - к управляющему входу аналогового

со

g

ю

ю

ключа, последовательно соединенные входной усилитель, первый демодулятор, первый фильтр нижних частот, первый оптимальный фильтр измеритель временных интервалов и приемный преобразователь, соединенный с входным усилителем подключенные к выходу входного усилителя последовательно соединенные второй демодулятор, второй фильтр нижних частот и второй оптимальный фильтр первый и второй квадраторы, входами соединенные соответственно с выходами первого и второго оптимальных фильтров, сумматор входами подключенный к выходам квадраторов выходом - к входу измерителя временных интервалов, фазовращатель включенный между выходом генератора синусоидальных сигналов и вторым входом второго демодулятора

Использование в качестве зондирую щего сложномодулированного высоко- энергетического сигнала с хорошими корреляционными свойствами обеспечивает известному устройству высокую помехо- устс 1чивость, а следовательно и чувствительность при сохранении высокой лучевой разрешающей способности

Однако известному техническому решению присущ недостаток ограничивающий область его возможного применения а именно1 - даже при налииии широкополое ных пьезопреобразователей устройство не позволяет произвольно и оперативно изме нять рабочую частоту контроля особенно в сторону понижения Это связано с тем что длительность элементарного импульса кодовой последовательности связана с длительностью периода колебаний несущей и при изменении последней соответственно должна меняться длительность элементарного импульса Так как характеристики сп- тимальн ого фильтра однозначно опреде ляют параметры используемого сложномо дулированного сигнала отсутствие возможности перестройки параметров оптимального фильтра не позволяет осуществлять контроль на более ием одной рабочей частоте

Целью изобретения является повышение достоверности и производительности за счет использования оптимального фильтра, настраиваемого на один из двух слож- номодулированных сигналов одинаковой длительности и отличающихся базами, т е длительностями элементарных импульсов что позволяет устройству осуществлять контроль на двух частотах находящихся в соотношении 1 2

Цель достигается тем что устройство ультразвукового контроля материалов и изделий снабжено вторым формирователем псевдослучайной кодовой последовательности, первым, вторым, третьим и четвертым электронными коммутаторами, блоком

коммутации, третьим и четвертым фильтрами нижних частот, генератор синусоидального сигнала выполнен двухчастотным и с возможностью электронного управления частотой, фазовращатель выполнен широ0 кополосным первый и второй оптимальные фильтры каждый содержит многоотводную электромагнитную линию задержки, первый n-входовый и второй (гН 1)/ -в/одовой дифференциальные сумматоры причем п

5 выходом электромагнитной линии задержки соединены соответственно с п входами второго дифференци- альчого сумматора нечетные (nu1)/2 выходов электромагнитной линии задержки соединены с входами

0 первого дифференциаль ного сумматора вход электромагнитной линии задержки служит входом оптимального фильтра, выход первого дифференциального сумматора является первым выходом а выход второго

5 сумматора - вторым выходом оптимального фильтра вход второго формирователя псевдослучайной кодовой последовательности соединен с выходом генератора синусоидального сигнала первый выход соединен с

0 первым входом первого электронного коммутатора, второй вход которого соединен с пеовым выходом первого формирователя псевдослучайной коцовой последовательности второй выход второго формировате5 ляпсевдослучайнойкодовой

последовательности соединен с первым второго электронного коммутатора второй вход которого соединен с вторым выходом первого формирователя псевдо0 случайной кодовой последовательности, вы- хоо. первого электронного коммутаторов соединен с входом формирователя периода следования а выход второго электронного коммутатора - с входом балансного модуля5 тора первые третьего и четвертого электронного коммутаторов соединены соот ветственно м выходами первого и второго фильтров нижних частот вторые входы - с выходами соответственно третьего и чет0 всртого фильтров нижних частот входы последних - с вторыми выходами соответственно первого и второго оптимальных фильтров выходы третьего и чет- вергого электронных коммутаторов

5 соединены с входами первого и второго квадраторов, а выход блока коммутации соединен с входами управления первого, второго третьего и четвертого электронных коммутаторов и выходом управления генератора синусоидального сигнала

Включение в состав заявляемого технического решения второго формирователя псевдослучайной кодовой последовательности, третьего и четвертого фильтров нижних частот, а также четырех электронных коммутаторов в совокупности с блоком коммутации, выполнение оптимальных фильтров таким образом, что они оказываются настроенными на два типа сложномодули- рованных сигналов, позволяет осуществлять двухчастотный контроль с оптимальной фильтрацией принимаемых сигналов при двух значениях длительности элементарного импульса т е при двух значениях разрешающей способности Выполнение генератора синусоидального сигнала управляемым позволяет одновременно изменять значение несущей частоты и длительности элементарного импульса Выполнение фазовращателя широкополосным обеспечивает фазовую балансировку квадратурных каналов в широком диапазоне частот

На фиг 1 представлена структурная схема устройства ультразвукового контроля материалов и изделий на фиг 2 - пример выполнения оптимального фильтра

Устройство ультразвукового контроля материалов и изделий содержит генератор

1синусоидального сигнала, формирователь

2прямоугольных импульсов, первый формирователь 3 псевдослучайной кодовой последовательности, второй формирователь 4 псевдослучайной кодовой последовательности, первый электронный коммутатор 5 второй электронный юммутатор 6 формирователь 7 периода балансный модулятор 8, электронный ключ 9 усилитель 10 мощности излучающий пьезопреобразователь 11 приемный пьезопреобразовзтеть 12 входной усилитель 13, первый синхронный детектор (демодулятор) 14, второй синхронный детектор (модулятор) 15 первый оптимальный фильтр 16 второй оптимальный фильтр 17, первый фильтр 18 низких частот второй фильтр 19 нижних частот третий фильтр 20 нижних частот, четвертый фильтр 21 нижних частот, третий электронный коммутатор 22, четвертый электронный коммутатор 23, первый квадратор 24, второй квадратор 25, сумматор 26, широкополосный фазовращатель 27, измеритель 28 временных интервалов, блок 29 коммутации, многоотводную электромагнитную линию 30 задержки, первый дифференциальный сумматор 31 и второй диффеоенциальный сумматор 32,

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 синусоидального сигнала вырабатывает гармонический сигнал который после двустороннего ограничения формирователем 2 прямоугольных импульсов поступает на входы первого и второго формирователей 3, 4 псевдослучайной последовательности, вырабатывающих два различных шумоподобных сигнала одинаковой длительности Ти. Т к. длительности элементарных импульсов Тэ в последовательностях относятся как V2, то

0 базы В находятся в таком же соотношении Если первый формирователь 3 вырабатывает псевдослучайную последовательность Баркера В 13 Ти 26 мкс и Тэ 44 мкс то вторая последовательность характеризует5 ся следующими параметрами В 7 Ти 26 мкс Тэ 4мкс В зависимости от положения переключателя в блоке 29 коммутации, на его выходе формируется управляющий сигнал, определяющий состояние всех элект0 рончых коммутаторов 5, 6, 22, 23 С помощью этого переключателя можно выбирать тот или иной тип псевдослучайной последовательности, а значит величины Тэ и В, поступающие на первый вход балансного

5 модулятора 8 и частоту гармонического сигнала, поступающего на его второй вход Формироватепь 7 периода вырабатывая управляющий состоянием электронного ключа 9 сигнал с помощью последнего

0 вырезает из непрерывного во времени фа- зоманипулированного в соответствии с выбранной псевдослучайной последовательностью сигнала радиоимпульс Этот радиоимпульс после соответствующего усипения

5 в усилителе 10 мощности возбуждает излучающий пьезопреобразователь 11

Принятый приемным пьезопреобразо- вателем 12 регистрируемый сигнал усилива- ется по амплитуде входным усилителем,

0 дв/хканально синхронно детектируется синхронными детекторами 14. 15 и поступает на входы оптимальных фильтров 16, 17 На вторые входы синхронных детекторов поступают опорные сигналы, первый из ко5 торых является сигналом генератора 1, а второй предварительно пропускается через широкополосный фазовращатель 27, сдвигающий фазу колебаний несущей на 90° Оптимальный фильтр 16, 17 выполнен

0 таким образом, что он оказывается настроенным одновременно на два типа шумопо- добного сигнала Это достигается тем, что к отводам электромагнитной линии 30 задержки подключены входы нескольких, в дан5 ном случае двух, дифференциальных сумматоров 31, 32 Количество входов сумматоров 31,32 определяется базой фильтруемого сигнала (напомним, что базы могут быть В - 13 и В 7), чередование подключения прямых и инверсных входов дифференциальных сумматоров задается структурой кода шумоподобного сигнала.

Сжатый во времени оптимальным фильтром 16,17 шумоподобный сигнал в зависимости от рабочего частотного диапазона в каждом из квадратурных каналов фильтруется тем или иным фильтром 18, 19 (20, 21) нижних частот, коммутируемых третьим электронным коммутатором 22 (в другом канале - четвертым электронных коммутаторов 23) и после операции возведения в квадрат, выполняемой квадратором 24 (25) поступает на вход сумматора 26, а с выхода последнего на вход измерителя 28 временных интервалов.

Измеритель временного интервала измеряет время задержки регистрируемого сигнала относительно зондирующего и может быть выполнен на базе электроннолучевого осциллографа.

Использование оптимальных фильтров, настроенных на два типа псевдослучайного сигнала и отличающихся длительностями элементарных импульсов в совокупности с про - отой их коммутации, позволяет осуществлять двухчастотный контроль, что выгодно отличает предлагаемое устройство ультразвукового контроля материалов и изделий от указанного прототипа, за счет возможности двухчастотного контроля в конечном счете повысит достоверность и производительность ультразвукового неразрушающего контроля.

Формула изобретения Устройство ультразвукового контроля материалов и изделий поавт. св. № 1397830, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и производительности, оно снабжено вторым формирователем псевдослучайной кодовой последовательности первым, вторым, третьим и четвертым фильтрами нижних частот, генератор синусоидального сигнала

выполнен двухчастотным, фазовращатель выполнен широкополосным, каждый из оптимальных фильтров выполнен в виде электромагнитной линии задержки и двух

дифференциальных сумматоров, первый из которых подключен входами соответственно к выходам электромагнитной линии задержки, а второй - к нечетным выходам электромагнитной линии задержки, а вход

электромагнитной линии задержки, выход первого и второго дифференциального сумматоров являются соответственно входом и первым и вторым выходами оптимального фильтра, вход второго формирователя псевдослучайной кодовой последовательности соединен с выходом генератора синусоидального сигнала, а первый выход соединен с первым входом первого электронного коммутатора, второй вход которого соединен с

первым выходом первого формирователя псевдослучайной кодовой последовательности, второй выход второго формирователя псевдослучайной кодовой последовательности соединен с первым входом второго электронного коммутатора, второй вход которого подключен к второму выходу первого формирователя псевдослучайной кодовой последовательности, вых.од первого электронного коммутатора соединен с входом формирователя периода последовательности, а выход второго электронного коммутатора - с входом балансного модулятора, первые входы третьего и четвертого электронного коммутаторов соединены с

выходами соответственно первого и второго фильтров нижних частот, входы последних соединены со вторыми выходами соответственно первого и второго оптимальных фильтров, выходы третьего и четвертого электронных коммутаторов связаны с входами первого и второго квадраторов, а выход блока коммутации соединен с входами управления электронных коммутаторов и генератора синусоидального сигнала.

I

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля ультразвуковыми методами, может быть использовано в различных областях машиностроения для контроля качества материалов и изделий преимущественно крупногабаритных и с большим затуханием ультразвука Цель изобретения - повышение достоверности и производительности за счет использования оптимального фильтра настраиваемого на один из двух сложномодулированных сигна лов одинаковой длительности и отличающихся базами, т е длительностями элементарных импульсов что позволяет устройству осуществлять контроль на двух частотах, находящихся в соотношении 1 2 В зависимости от положений переключателя в блоке коммутации выбирается тот или иной тип псевдослучайной последовательности поступающей на первый вход балансного модулятора и частота гармонического Сигнала поступающего на его второй вход Формирователь периода с помощью электронного ключа формирует из непрерывного во времени фазоманипулированного сигнала радиоимпульс который возбуждает излучающий пьезопреобразователь Принятый сигнал двухканзльно синхронно детектируется детекторами и подается на входы оптимальных фильтров Сжатый во времени сигнал после операции возведения в квадрат поступает на входы сумматора, а с выхода последнего - на вход измерителя временных интервалов 2 ил сл с

Фиг. 2