Устройство для дистанционной дефектоскопии Советский патент 1992 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к дистанционному контролю изделий и может найти при- менение в машиностроении, в промышленном производстве, в строительной индустрии, а также для контроля рельсов и рельсовых пут ей на железнодорожном транспорте.

Известно устройство для ультразвуковой дефектоскопии, содержащее излучающий ультразвуковой преобразователь, приемный ультразвуковой преобразователь, блок обработки сигнала и регистратор. Контактно к поверхности исследуемого объекта подключают излучающий ультразвуковой преобразователь, которым облучают контролируемое изделие Отраженные от него сигналы принимаются приемным ультразвуковым преобразователем, по структуре которых судят о наличии и характере дефектов

Известно устройство для дистанционного обнаружения дефектов, содержащее импульсный лазер, лазер непрерывного излучения, интерферометрический блок и регистратор Ультразвуковые колебания в контролируемом изделии возбуждают с помощью импульсного лазера Возбужденные ультразвуковые колебания, отраженные от дефектов, создают на поверхности изделия микроколебания При облучении поверхности контролируемого изделия лазером непрерывного излучения отраженные от него световые колебания, промодулированные

Ч

00 (А

ультразвуковыми колебаниями, принимают с помощью интерферометрического блока.

О наличии дефекта судят по интерферо- метрической картине, образующейся на выходе интерферометрического блока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является устройство для дистанционной дефектоскопии, содержащее импульсный лазер, блок световодов, лазер непрерывного излучения, первый квадратурный детектор и индикатор (3). Исследуемый объект облучают интенсивным импульсным излучением, разделенным с помощью блока световодов на 5-10 пучков, возбуждая в нем ультразвуковые волны, длина которых соответствует расстоянию между отдельными пучками. В ту же зону объекта направляют непрерывное лазерное излучение меньшей интенсивности, которое модулируется частотой ультразвука Fa Отраженный луч, содержащий частоту (F+Fa), сравнивают с опорной частотой F и выделяют сигнал с частотой Fa, который детектируют. По изменению интенсивности этого излучения судят о наличии дефектов или неоднородностей.

Недостатком данного устройства является невысокая чувствительность, обусловленная тем, что на формирование зондирующего акустического сигнала влияют не- ровности и шероховатости поверхности контролируемого изделия, а также неравномерности коррозионных пленок, пасел, грязи и других покрытий. Неровности поверхности приводят к частотной модуля- ции зондирующего акустического сигнала, а наличие неоднородностей различных покрытий на поверхности контролируемого изделия приводит к амплитудной модуляции зондирующих акустических сигналов.

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее импульсный лазер, блок световодов, лазер непрерывного излучения, первый когерентный квадратурный детектор и индикатор, снабжено модулятором, размещенным на пути потока импульсного лазера перед блоком световодов, установленным за последним первым фокусирующим элементом, установленным на пути потока лазера непрерывного излучения полупрозрачным зеркалом, предназначенным для деления излучения на два направления, размещенным на первом на- правлении вторым фокусирующим элементом, на втором - последовательно установленными зеркалом, фазосдвигаю- щим элементом, третьим фокусирующим элементом и двумя диафрагмами, вторым

когерентным квадратурным детектором, подключенными к выходам первого и второго когерентных квадратурных детекторов последовательно соединенными частотным детектором, узкополосным усилителем и амплитудным детектором, подключенным к индикатору, датчиком местоположения, подключенным ко второму входу индикатора, и синхронизатором, выход которого соединен с управляющими входами импульсного лазера, модулятора, датчика местоположения и индикатора, а входы первого и второго когерентный квадратурных детекторов оптически соединены с диафрагмами, а частотный детектор содержит две дифференцирующие цепи, два перемножительных элемента и элемент вычитания, выход которого является выходом частотного детектора, входы первой дифференцирующей цепи и второго перемножительного элемента, второй дифференцирующей цепи и первого перемножительного элемента объединены и являются соответственно первым и вторым входами частотного детектора, а выходы первой и второй дифференцирующих цепей подключены к вторым входам соответствующих перемножительных элементов, выходами соединенных с элементом вычитания.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для дистанционной дефектоскопии.

Устройство содержит импульсный лазер 1, модулятор 2 светового луча, блок 3 световодов, первый фокусирующий элемент 4, направляющий световой поток на контролируемое изделие 5, лазер б непрерывного излучения, полупрозрачное зеркало 7, второй фокусирующий Элемент 8, зеркало 9, фазосдвигающий элемент 10, третий фокусирующий элемент 11, диафрагмы 12 и 13, когерентные квадратурные детекторы 14 и 15, частотный детектор 16, узкополосный усилитель 17, амплитудный детектор 18, индикатор 19, датчик 20 местоположения и синхронизатор 21.

Модулятор 2 размещен между импульсным лазером 1 и блоком 3 световодов. Первый фокусирующий элемент 4 оптически соединен с выходом блока 3, а второй фокусирующий элемент 8 оптически сорединен через полупрозрачное зеркало 7 и одновременно через полупрозрачное зеркало 7,зеркало 9 и фазосдвигающий элемент 10 с третьим фокусирующим элементам 11. Когерентные квадратурные детекторы-14 и 15 оптически соединены через первую 12 и вторую 13 диафрагмы, соответственно, с третьим фокусирующим элементом 11 и подключены выходами, соответственно, к

первому и второму входам частотного детектора 16. выход которого соединен со входом узкополосного усилителя 17. Синхронизатор 21 подключен выходом к управляющим входам импульсного лазера 1, модулятора 2, индикатора 19 и датчика 20 местоположения.

Импульсный лазер 1, модулятор 2, блок световодов 3 и первый фокусирующий элемент 4 составляют бок возбуждения ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии 5, а элементы 6-15 составляют блок съема информации.

Частотный детектор 16 содержит дифференцирующие цепи 22 и 23, перемножающие элементы 24 и 25 и элемент вычитания 26, выход которого является выходом частотного детектора 16. Входы первой дифференцирующей цепи 22 и второго перемножительного элемента 25, второй дифференцирующей цепи 23 и первого перемножительного элемента 24 объединены и являются соответственно первым и вторым входами частотного детектора 16, а выходы первой и второй дифференцирующих цепей подключены ко вторым входам соответствующих перемножительных элементов, выходами соединенных с элементом 26 вычитания.

Устройство для дистанционной дефектоскопии работает следующим образом.

Импульсный лазер 1 генерирует импульсы света, которые с помощью модулятора 2 светового потока преобразуются в меандры, которыми через блок 3 световодов и первый фокусирующий элемент 4 облучают контролируемый объект 5, возбуждая в нем ультразвуковые колебания. Лазером 6 непрерывного излучения через полупрозрачное зеркало 7 и второй фокусирующий элемент 8 облучают поверхность контролируемого объекта 5. Отраженные от контролируемого объекта 5 световые колебания принимаются с помощью второго фокусирующего элемента 8 и направляются на полупрозрачное зеркало 7 и от него через третий фокусирующий элемент 11 на диафрагмы 12 и 13. Отраженные от полупрозрачного зеркала 7 световые колебания, излучаемые лазером 6, направляются на зеркало 9, половина световых колебаний отражается зеркалом 9, минуя фазосдвигающий элемент 10, а вторая половина пропускается через фазосдвигающий элемент 10.

Таким образом, формируются два луча, отличающиеся по фазе на угол л/2, которые направляются через третий фокусирующий элемент 11, соответственно, на диафрагмы 12 и 13. Прошедшие через диафрагмы 12 и 13световые колебания, отраженные от контролируемого объекта 5 и от зеркала 9, когерентно детектируются когерентными квадратурными детекторами 14 и 15, при этом выделяются две квадратурные со- 5 ставляющие сигнала, Производится частотное детектирование сигналов, отраженных от контролируемого объекта 5, в частотном детекторе 16. Для этого каждую из квадратурных составляющих дифференцируют с

0 помощью дифференцирующих цепочек 22 и 23, затем производят перемножение каждой из квадратурных составляющих сигналов с производной другой квадратурной составляющей сигналов в перемножающих

5 элементах 24 и 25. Сигналы с выхода перемножителей 24 и 25 подают на вычитающий элемент 26. В результате напряжение с выхода частотного детектора 16 представляет собой колебания со средней частотой, рав0 ной частоте модуляций лазера 1, осуществляемой с помощью модулятора 2 светового потока. Сигналы с выхода частотного детектора 16 фильтруются, усиливаются в узкополосном усилителе 17 и детектируются по

5 амплитуде в амплитудном детекторе 18. Импульсный сигнал с выхода амплитудного детектора 18 подается на информационный вход индикатора 19, в котором осуществляется обнаружение дефекта по наличию им0 пульсного сигнала и осуществляется привязка местоположения дефекта к координатам контролируемого изделия 5 путем подачи на адресный вход индикатора 19 сигналов от датчика 20 местоположения, Осу5 ществляют синхронизацию импульса запуска лазера 1, импульсов модулятора 2, датчика 20 местоположения с работой индикатора 24, подавая генерируемые синхронизатором 21 импульсы на управляющие

0 входы импульсного лазера 1, модулятора 2 светового потока, индикатора 19 и на вход датчика 20 местоположения.

Использование изобретения позволяет повысить чувствительность измерений при5 мерно на порядок за счет снижения влияния шероховатости и вибраций поверхности контролируемого изделия.

Формула изобретения

1. Устройство для дистанционной де0 фектоскопии, содержащее импульсный лазер, блок световодов, лазер непрерывного излучения, первый когерентный квадратурный детектор и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувстви5 тельности, оно снабжено модулятором, размещенным на пути потока импульсного лазера перед болком световодов, установленным за последним первым фокусирующим элементом, установленным на пути потока лазера непрерывного излучения полупрозрачным зеркалом, предназначенным для деления излучения на два направления, размещенным на первом направлении вторым фокусирующим элементом, на втором - последовательно установленным зеркалом, фазосдвигающим элементом, третьим фокусирующим элементом и двумя диафрагмами, вторым когерентным квадратурным детектором, подключенными к выходам первого и второго когерентных квадратур- ных детекторов последовательно соединенными частотным детектором, узкополосным усилителем и амплитудным детектором, подключенным к индикатору, датчиком местоположения, подключенным к второму входу индикатора, и синхронризатором, выход которого соединен с управляющими входами импульсного лазера, модулятора, датчика местоположения и индикатора, а входы первого и второго когерентных квад-

ратурных детекторов оптически соединены с диафрагмами.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что в нем частотный детектор содержит две дифференцирующие цепи, два пе- ремножительных элемента и элемент вычитания, выход которого является выходом частотного детектора, входы первой дифференцирующей цепи и второго перемножительного элемента, второй дифференцирующей цепи и первого перемножительного элемента объединены и являются соответственно первым и вторым входами частотного детектора, а выходы первой и второй дифференцирующих цепей подключены к вторым входам соответствующих перемножительных элементов, выходами соединенных с элементом вычитания.

Изобретение относится к дистанционному контролю и может найти применение в машиностроении в промышленном производстве и в строительной индустрии, а также для контроля рельсов и рельсовых путей на железнодорожном транспорте Цель изобретения - повышение чувствительности устройства С помощью модулятора и импульсного лазера импульсное излучение модулируют по амплитуде в пределах длительности импульса и фокусируют его на поверхности контролируемого объекта. Отраженные от обьекта непрерывные сигналы фокусируют с помощью второго и третьего фокусирующих элементов и двух диафрагм на приемных площадках двух когерентных квадратичных детекторов. Выделяют две квадратурные составляющие сигнала, отраженного от контролируемого объекта Фиксируют колебания на средней частоте модуляции импульсного лазера. Сигналы детектируют по амплитуде и регистрируют по времени в соответствии с изме- нением положения контролируемого объекта По наличию сигналов на выходе амплитудного детектора судят о наличии дефектов, а по величине их задержки относительно области облучения непрерывным излучением - о координатах дефектов 1 з п ф-лы, 1 ил ел

OZD-HI±Ib4IIZ3-4()