Ультразвуковой способ контроля недиспергирующих сред Советский патент 1992 года по МПК G01N29/00 

СО

с

Изобретение относится к технической физике, в частности к способам перегружающего контроля материалов и изделий ультразвуковыми методами, и может быть использовано при обнаружении неоднород- ностей в твердых средах, а также в биологических тканях. Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет исключения влияния размеров образца исследуемой среды, выявления неоднородно- стей меньших длины волны возбуждающих колебаний, а также неоднородностей с волновым сопротивлением, близким к волновому сопротивлению исследуемой среды. Сущность изобретения состоит в том, что контролируемую среду прозвучивают трех- частотным зондирующим сигналом с равноотстоящими частотными составляющими, а в качестве измеряемого параметра используют фазовый инвариант зондирующего сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к технической физике, 6 частности к способам неразрушающего контроля материалов и изделий ультразвуковыми (УЗ) методами и может быть использовано при обнаружении неоднородностей в твердых средах, а также в биологических тканях.

Известен ультразвуковой способ контроля строительных материалов в конструкциях, по которому прозвучивают исследуемый образец непрерывным УЗ сигналом, по измеренным значениям фазы зондирующего сигнала определяют прочность путем сравнения измеренных величин сгта- рировочными зависимостями, причем рение фазы производят при двух значениях напряжения на передающем преобразователе 1.

Недостатком способа является низкая чувствительность к обнаружению слабых неоднородностей, необходимость построения тарировочных зависимостей на образцах с заранее известными характеристиками, а также влияние разброса геометрических размеров исследуемых образцов на точность измерений.

Известен УЗ способ контроля ферромагнитных неоднородностей в металлических изделиях, по которому их прозвучивают УЗ колебаниями (УЗК), измеряют параметры прошедших через изделие УЗК, судят по ним о наличии неоднородностей и определяют их площадь по зонам изменения измеренных параметров УЗК. При каждом прозвучивании изменяют температуру изделия в области точки Кюри материала неоднородностей, причем выбирают

VI

00

СЛ О

ON

в качестве измеряемого параметра аномальное изменение скорости звука 2.

Недостатком способа является необходимость изменения температуры исследуемого образца в процессе измерений, зависимость надежности контроля от разброса размеров образца, а также ограниченность области применения.

Прототипом принят велосимметриче- ский способ контроля многослойных конст- рукций, по которомуирозвучивают контролируемое изделие непрерывным УЗ сигналом и измеряют фазу сигнала, прошедшего через изделие. При этом фаза пропорциональна скорости продольной волны в изделии и длине изделия вдоль линии про- звучивания. Наличие в контролируемом иделии неоднородности с волновым сопротивлением, отличным от волнового сопротивления самого изделия, изменяют скорость волны в области неоднородности, Поэтому фаза волны в точке прйём а отличается от фазы волны, прошедшей через эталонное изделие. По этому признаку осуществляют контроль изделий 3.

Однако при малой в масштабе длины волны толщине неоднородности, а также в случае, когда волновое сопротивление неоднородности близко к волновому сопротивлению контролируемого изделия, величина изменения фазы, обусловленного наличием неоднородности, может оказ1зТъ сГ5Гсоизме- римой с величиной изменения фазы, обусловленного неидентичностью размеров эталонного и контролируемого изделия вдоль линии прозвучивания. Это существенно снижает достоверность контроля.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет исклю- чения влияния размеров образца исследуемой среды, выявления неоднород- ностей, меньших длины волны возбуждающих колебаний, а также неоднородности с волновым сопротивлением, близким к волновому сопротивлению исследуемой среды.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом способе контроля недиспергирующей среды, заключающемся в том, что в образце из исследуемой среды возбуждают одночастотный акустический сиг- нал-с частотой f0, принимают акустический сигнал, прошедший через образец, измеряют параметры принятого акустического сиг- нала, по которым судят о качестве исследуемой среды, дополнительно возбуж- дают два одночастотных сигнала, частоты которых выбраны из соотношения fi f0- Af, f2 f о - Af.rfleAf const, а в качестве

параметра используют фазовый инвариант принятого трехчастотного сигнала.

Заявленный способ основан на эффекте, заключающемся в том. что наличие неоднородности в недиспергирующей среде изменяет фазовый инвариант трехчастотного узкополосного сигнала с равноотстоящими частотными составляющими (тригармонического сигнала) При этом изменение фазового инварианта не зависит от базы прозвучивания, а определяется только волновым сопротивлением и толщиной контролируемой неоднородности. Минимальное значение изменения фазового инварианта ограничено лишь уровнем собственных шумов аппаратуры, реализующей способ.

На чертеже представлена схема устройства для реализации предложенного способа,

Устройство содержит генераторы 1,2,3 сигналов, сумматор 4, электроакустический преобразователь 5, находящийся в акустическом контакте с исследуемым образцом среды 6, в акустическом контакте с другой стороной которого расположен электроакустический преобразователь 7. Устройство содержит также предварительный усилитель 8, полосовые фильтры 9,10,11, фазовые детекторы 12,13,14, сумматор 15, вычитающее устройство 16 и индикатор 17.

Изобретение -осуществляется следующим образом.

В режиме калибровки с помощью генератора 1 формируют одночастотный сигнал с частотой f0 и, дополнительно к нему, с помощью генераторов 2, 3 два одночастотных сигнала, частоты которых выбраны из условия f 1 f0 - A f, f2 fo + A f, где A f const. С помощью сумматора 4 формируют трехчастотный сигнал с начальными фазами частотных компонент р0о , /Ы - ро2 и фазовым инвариантом

eb -Jfcl+ifcL

Возбуждают в эталонном образце 6 (не содержащем неоднородностей) трехчастотный сигнал, для чего преобразуют электрический сигнал в упругие колебания среды с помощью электроакустического преобразователя 5, и принимают акустический сигнал, прошедший через образец 6, с помощью электроакустического преобразователя 7.

Измеряют фазовый инвариант этого сигнала. Для этого после усиления сигнала предварительным усилителем 8 выделяют с помощью полосовых фильтров 9,10,11 сигналы на частотах f0, fi, h. соответственно, Формируют с помощью фазовых детекторов

12,13,14 сигналы, пропорциональные фазам сигналов на частотах f0, fi. fa, соответственно. Сигналы Ui, 1)2. из на выходах фазовых детекторов 12,13,14 имеют вид:

Ui + Аро,

1)2 фо + ,

U3 ро2 + ,

где Ду , ДуЭ1. - изменения фаз составляющих трехчастотного сигнала при прохождении их через эталонный образец и элементы устройства. Сигнал U4 на выходе сумматора 15 имеет вид

Ил U2 +U3 flol + д. ДЦ + А02

Сигнал Us на выходе вычитающего устройства 16 пропорционален фазовому инварианту зондирующего сигнала, прошедшего через эталон и измерительное устройство:

Us ©о + ©1

. +

где Bi Д ро -2-LЈИндикатор 17 фиксирует значение фазового инварианта ©2 0о + ©1 , лрошед- шего через эталонный образец и

измерительное устройство.

В режиме измерения заменяют эталонный образец на исследуемый, и указанные действия повторяют. Значение фазового инварианта 0з зондирующего сигнала, прошедшего через контролируемую среду и измерительное устройство, сравнивают со значением 02 для эталонного образца. В случае, когда 0з + ©2 , принимают решение о наличии неоднородности в контролируемой среде. Изменение фазового инварианта зондирующего сигнала, равное

03 - 02, обусловлено только наличием неоднородности (все фазовые искажения, вносимые измерительной установкой, учитываются калибровкой) и регистрируется с точностью до шумов аппаратуры.

Погрешность предложенного способа не зависит от степени неидентичности размеров исследуемого и эталонного образцов, поскольку фазовый инвариант тригармони ческого сигнала не зависит от базы прозву- чивания при распространении в недиспергирующей среде, и достоверность контроля по этому способу ограничена лишь уровнем собственных шумов устройства,

реализующего способ.

Формула изобретения Ультразвуковой способ контроля недиспергирующих сред, заключающийся в том, что в образце из исследуемой среды возбуждают одночастотный акустический сигнал с частотой f0, принимают акустический сигнал, прошедший через образец, измеряют параметры принятого акустического сигнала, по которым судят о качестве

исследуемой среды, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля за счет исключения влияния размеров образца исследуемой среды, выявления неоднородностей меньших длины

волны возбуждающих колебаний, а также неоднородностей с волновым сопротивлением, близким к волновому сопротивлению исследуемой среды, дополнительно возбуждают два одночастотных сигнала, частоты

которых fi и fj выбраны и соотношения fi fо + Af, f2 fo - A f, где A f const, а в качестве параметра используют фазовый инвариант принятого трехчастотного сигнала.

16

17