Ультразвуковой дефектоскоп Советский патент 1993 года по МПК G01N29/10 

Изобретение относится к ультразвуковому контролю и может быть использовано для создания ультразвуковых детектоско- пов и установок контроля материалов и изделий в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 приведена блок-схема; на фиг, 2 - временные диаграммы работы предлагаемого дефектоскопа.

Ультразвуковой дефектоскоп для контроля плоскопараллельных изделий содержит последовательно электроакустически соединенные синхронизатор 1, генератор 2 ультразвуковых колебаний, ультразвуковой преобразователь 3 и блок 4 выделения поверхностного сигнала, последовательно соединенные усилитель 5, первый каскад 6 задержки, блок 7 выделения дефекта и регистратор 8, последовательно соединенные первый пороговый каскад 9, второй каскад

10 задержки, смеситель 11 и триггер 12, второй пороговый каскад 13, последовательно соединенные генератор 14 стабильной частоты, коммутатор 15 и реверсивный счетчик 16, второй вход которого подключен к второму выходу коммутатора 16, задатчик 17 кода и блок 18 выделения конца второй зоны контроля, первый вход которого подключен к первому входу генератора 14, к вторым входам блока 4 и регистратора 8, к третьему входу счетчика 16 и выходу синхронизатора 1, выход - к второму входу генератора 14, первый вход каскада 13 подключен к первому входу каскада 9 и выходу усилителя 5, второй вход - к вторым входам каскада 9, блока 7 и блока 18 и выходу триггера 12, третий вход - к выходу регистратора 8, первый вход усилителя 5 подключен к преобразователю 3, второй вход - к второму входу коммутатора 15, третьему входу генератора 14 и выходу блока 4, третий вход - к второму входу смесите«

W

СП

со

ля 11, третьему входу коммутатора 15 и выходу каскада 13, выход счетчика 16 подключен к четвертому входу коммутатора 15 и второму входу триггера 12, а выход задатчи- ка 17 подключен к четвертому входу счетчи- ка 16, последовательно соединенные второй триггер 19, второй генератор 20 стабильной частоты, аычитающий счетчик 21, второй коммутатор 22 и управляемый электронный аттенюатор 23, первый вход второ- го триггера 19 подключен к выходу блока 4 выделения погаерхностного сигнала, второй вход - к выходу второго порогового каскада 13, вторые входы вычитающего счетчика 21 и второго коммутатора 22 под- ключены к выходу синхронизатора 1, третей вход вычитающего счетчика 22 подключен к выходу второго порогового каскада 13,-выход управляемого электронного аттенюатора 23 подключен к четвертому входу усилителя 4 и второй за датчик 24 кода, выход которого подключен к третьему входу счетчика 21 и четвертому еходу коммутатора 22. Дефектоскоп содержит также контролируемое изделие 25.

. Ультразвуковой дефектоскоп работает следующим образом.

Эхосигналы от дефектов, принимаемые в одном цикле контроля, селектируются в двух разных временных интервалах, в кото- рых используются различные свойства их взаимного расположения во времени. При этом зоны контроля формируются в интервале времени между поверхностным эхосиг- малом и первым донным зхосигн|шом (ЗК1) и в интервале времени между первым и вторым донным эхосигналом (ЗК2). Задержки и длительности зон контроля определяются выражениями

t3x1 tu-toi

t3K2 tu-t3Kl to, 1эад , -. 1зад зк2 taiti,

где tu - время прохождения УЗ колебаниями двойной толщины контролируемого изде-

ЛИЯ,

to - бремя мертвой зоны, определяемое временем затухания поверхностного эхо-сигнала до величины на 10. дБ меньшей амплитуды эхосигиала от максимально до- пустимого дефекта.

При to И-л- общая длительность обеих

зон контроля равна времени прохождения УЗ колебаниями двойной толщины контролируемого изделия, а контролем без мертвой зоны охватывается вся толщина изделия.

5 0 0 5

0 5

0

S

0

5

Синхронизатор 1, вырабатывающий импульсы 26, запускает генератор 2, который возбуждает в преобразователе 3 импульсы 27 УЗ колебаний. Одновременно импульсы 26 устанавливают з исходное состояние узлы дефектоскопа, в частности, прекращает работу генератор 14 и заносится в реверсивный счетчик 16 код времени задержки to, установленный задатчиком 17 кода.

У3 копебаний, изучаемые преобразователем 3 через иммерсионную среду, вводятся в контролируемое изделие, находящееся а eai-же. Эхосигналы 28-30, отраженные соответственно от передней и задней граней изделия (эхосигиал 30 после внутреннего отражения от поверхности и дна мздели;: зхосигнала 29), и эхосмгналы 31, отраженные от дефектов, принимаются тем же самым УЗ преобразователем 3, преобразуются им в электрические сигналы 32, поступают на блок 4 л усилитель 5.

Выделенные блоком 4 поверхностные сигналы 33 подаются на второй (управляющий) вход усилителя 5 и определяют момент начале временной регулировки чувствительности усилителя с характеристикой 34, соответствующей закону изменения амплитуды эхосигнала от дефекта в зависимости от глубины его залегания в интервале времени между поверхностным и первый донным эхосигналом. Одновременно поверхностный сигнал 33 запускает генератор 14 стабильной частоты, который начинает генерировать импульсы 35, и устанавливает коммутатор 15 в состояние, разрешающее прохождению импульсов с выхода генератора 14 на (первый) вычитающий вход реверсивного счетчика 16 (импульсы 36). В момент времени, когда число импульсов 36 от генератора 14, поступающих на вычитающий вход счетчика 16, совпадает со значением кода задержки То на выходе переполнения 0Счетчика 16 появляется импульс 37 переполнение/последний устанавливает триггер 12 в состояние, при котором на его выходе формируется строб 38 ЗК1. Одновременно импульс 37 переполнения устанавливает коммутатор 15 в состояние, при котором импульсы с выхода генератора 14 поступают ка (второй) суммирующий вход реверсивного счетчика 16 (импульсы 39). Эхосигналы с выхода усилителя 5 подаются на даа пороговых каскада 9 и 13с порогами Urrop 1 и Упор 2 соответственно. Причем Упор 1 соответствует порогу выделения эхо- сигналов от дефектоз, a Unop 2 эхосигналов от дна. Между порогами осуществляется не- рааенство Unop 1« Unop 2. Строб 38 с выхода триггера 1-2 разрешает прохождение сигна- JIOB с выходов пороговых каскадов 9 и 13 на

входы каскада 10 задержки и смесителя 11. При отсутствии дефекта под УЗ преобразователем 3 (цикл контроля 1) на входы пороговых каскадов 9 и 13 поступает эхосигнал 29, отраженный от задней грани, величина которого превышает Unop2- На выходах обоих пороговых каскадов 9 и 13 формируются импульсы 40 и 41 соответственно. Импульс 41 через смеситель 11 поступает на второй вход триггера 12 и устанавливает его в состояние О, при этом формирование ЗК1 прекращается.

Одновременно импульс 41 с выхода порогового каскада 13 устанавливает коммутатор 15 в состояние, разрешающее прохождение импульсов с выхода генератора 14 на вычитающий вход реверсивного счетчика 16. Последний к этому моменту установлен в состояние, соответствующее количеству импульсов, принятых от генератора 14 за период времени . Импульс 41 подается также на третий (управляющий) вход усилителя 5 и определяет момент начала временной регулировки чувствительности усилителя с характеристикой 42, соответствующей закону изменения амплитуды эхосигнала от дефекта в зависимости от глубины его залегания в интервале времени между первым и вторым донным эхосигнэлами.

В момент времени, когда число импульсов от генератора 14, поступающих на вычитающий выход счетчика 16. совпадает с значением кода taxi, на выходе переполнения О счетчика появляется импульс 43 переполнения, он устанавливает триггер 12 в состояние, при котором на его выходе формируется строб 443К2, Одновременно импульс 43 устанавливает коммутатор 15 в состояние, разрешающее прохождение импульсов с выхода генератора 14 на суммирующий вход реверсивного счетчика 16, который начинает считать число импульсов, заполняющих временной интервал после импульса 42.

Строб 44 ЗК2 разрешает прохождение сигналов с выхода пороговых каскадов 9 и 13, При поступлении на первые входы пороговых каскадов 9 и 13 эхосигналов 30 (второй донный) на их выходах формируются импульсы 45 и 46.

Последний определяет конец ЗК2, длительность которой

tsKa tu-Ktu-toHo

Для исключения формирования последующих зон контроля блоком 18 вырабатывается импульс 47, прекращающий работу генератора 14.

При появлении эхосигнала 31 от дефекта в интервале времени между поверхностным и первым донным эхосигналами (цикл контроля 2) с уровнем идеф.. лежащим в пределах между Опор 1 и Unop 2, только на первом пороговом каскаде 9 выделяется

импульс 48 дефекта. Задержанный каскадом 10 импульс 49 дефекта через смеситель 11 сбрасывает триггер 12 и прекращает формирование ЗК1, исключая выделение первого донного эхосигнала и формирова-ние ЗК.2,

0 что обеспечивает однозначность определения параметров дефекта.

При появлении эхосигнала 31 от дефекта в интервале времени между первым и вторым донными эхосигналами, соответст5 вующего расположению дефекта в подповерхностной мертвой зоне для интервала времени между поверхностным и первым донным эхосигналами (цикл контроля 3), формируются две зоны контроля.

0 Причем конец второй зоны контроля определяется задержанным эхосигналом от дефекта, выделенным также только пороговым каскадом 9.

Эхосигналы с выхода усилителя 5 посту5 лают на каскад 6 задержки, величина ti которой выбирается равной длительности единичного отражения от дефекта и определяет мертвую зону дефектоскопа. На выходе каскада 6 формируете

0 последовательность эхосигналов 50, соде - жащая все сигналы и задержанная тельно последовательности сигналов 3 на время ti. Задержка каскада 10 выбирается равной .

5 Таким образом, вырабатываемые триггеры 12 ЗК1 и ЗК2 при формировании их конца донными сигналами всегда отстроены от донных сигналов, содержащихся в последовательности эхосигналов 50,

0 подаваемой на вход блока 7 выделения дефекта, что исключает ложную регистрацию донных эхосигналов. 8 то же время при формировании конца зоны контроля задержанным на время сигналом дефекта сигнал

5 дефекта в последовательности эхосигналов 50 всегда совпадает со стробом зоны контроля и выделяется блоком 7 выделения дефекта, что исключает пропуск дефектов с уровнем эхосигнала, превышающим Unop i.

0 Сигналы 51 дефекта с выхода блока 7 поступают на регистратор 8.

Для повышения точности определения размеров дефектов, выявляемых в зоне контроля ЗК2 в дефектоскоп введены элементы

5 19-24, которые работают следующим образом.

Импульс с выхода синхронизатора 1 в каждом цикле контроля производит запись кода с выхода задатчика кода 24 в счетчик 21 и разрешает прохождение кода с выхода

задатчика 24 через коммутатор 22 на управляемый электронный аттенюатор 23, который устанавливает соответствующее ослабление входных эхосигналов, усиливаемых усилителем 4. Значение кода 0i, задаваемого задатчиком 24, определяется уменьшением энергии ультразвуковых колебаний за счет затухания, рассеяния и неполного отражения от дна при прохождении ультразвука через контролируемое изделие максимальной толщины.

Поверхностный зхосигнал 33 устанавливает триггер 19 в состояние, при котором генератор стабильной частоты 20 начинает формирочать импульсы 53 с частотой, соответствующей закону изменения донного эхосигнала в зависимости от толщины и акустических свойств материала контролируемого изделия. Импульсы с выхода генератора 20 поступают на вычитающий вход счетчика 21, уменьшая значение его выходного кода.

Первый донный зхосигнал 41 устанавливает триггер 19 в состояние, при котором генерация импульсов 52 генератором 20 прекращается. Так как временной интервал между импульсами 28 и 29 соответствует времени прохождения ультразвуковыми колебаниями двойной толщины изделия, то ход на выходе счетчика 21 уменьшится на величину $2, соответствующую ослаблению донного эхосигнала по сравнению с поверхностным из-за рассеяния, поглощения и неполного отражения от дна ультразвука в материале контролируемого изделия данной толщины. Полученное значение кода в$ 01- &г с выхода счетчика 21 через коммутатор 22 эхосигналом 41 подается на вход управляемого аттенюатора 23, который поднимает общий коэффициент усиления усилителя 5 на величину $2, компенсируя ослабление первого донного эхосигнала за счет рассеяния, поглощения и неполного отражения от дна ультразвука при прохождений через контролируемое изделие.

Предлагаемый дефектоскоп позволяет увеличить точность определения размеров дефектов, выявляемых в плоскопараллельных изделиях после нескольких внутренних отражений ультразвука, за счет автоматического изменения коэффициента усиления усилителя в зависимости от толщины контролируемого изделия, компенсирующего ослабление первого донного эхосигнала за счет рассеяния, поглощения и неполного отражения от дна ультразвуковых колебаний.

Формула изобретения Ультразвуковой дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные синхро- низатор, генератор ультразвуковых

колебаний, ультразвуковой преобразователь, блок выделения поверхностного сигнала, усилитель, второй вход которого подключен к выходу ультразвукового преобразователя, первый каскад задержки, блок

выделения дефекта и регистратор, последовательно соединенные первый пороговый каскад, первый вход которого связан с выходом усилителя, второй каскад задержки, смеситель, первый триггер, блок выделения

конца второй зоны контроля, первый генератор стабильной частоты, первый коммутатор и первый реверсивный счетчик, второй вход которого связан с вторым выходом первого коммутатора, первый зздатчик кода, подключенный к входу памяти первого реверсивного счетчика, и второй пороговый каскад, первый вход которого подключен к выходу усилителя, а выход- к второму входу смесителя, третьему входу усилителя и второму входу первого коммутатора, выход переполнения первого реверсивного счетчика соединен с третьим входом первого коммутатора и вторым входом первого триггера, связанного с вторым входом первого пороговогс каскада, выход блока выделения поверхностного сигнала подключен к третьему входу первого генератора стабильной частоты и четвертому входу первого коммутатора, а выход синхронизатора соединен с вторым

входом блока выделения конца второй зоны контроля, третьим входом первого генератора стабильной частоты, четвертым входом первого реверсивного счетчика и вторым входом регистратора, связанного выходом с

входом запрета второго порогового каскада, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что он снабжен вторым задатчиком кода и последовательно соединенными вторым триггером, вторым генератором стабильной частоты, вторым

реверсивным счетчиком, вторым коммутатором и аттенюатором, первый вход второго триггера подключен к выходу блока выделения поверхностного сигнала, второй вход- х выходу второго порогового каскада, вторые входы второго реверсивного счетчика и второго коммутатора подключены к выходу синхронизатора, третий вход второго коммутатора подключен к выходу второго порогового каскада, выход второго задатчика

кода подключен к третьему входу второго реверсивного счетчика и четвертому входу второго коммутатора, а выход аттенюатора подключен к четвертому входу усилителя.

Цикл контроля f i Цикл контроля 2 Цик контроля 3 j

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Технический результат изобретения - повышение точности контроля. Устройство автоматически преобразует значение толщины изделия в значение коэффициента усиления приемного тракта в интервале времени между приемом пеового и второго донных эхосигналов. Это повышает точность определения размеров дефектов между серединой и поверхностью изделия. 2 ил.

Фиг. 2