Устройство для контроля качества материалов Советский патент 1980 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушаю- щему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля качества материалов. Известно устройство для измерения фазовым методом, содержащее генератор колебаний, излучатель, приемник, фазовращатель, амплитудный детектор, усилитель и регистратор {l}. Недостаток - низкая точность ксятроля. Наиболее близким по технической суп ности й-достигаемому .результату является устрсАство для контроля качества материалов, содержащее генерат.сф ультра-. звуковс частотыг излучатель, преемник послёдсмзательно соединенные фазоЕ юшатель, фазовый детектор и регистратор 2 Опвако и это устройство обладает низ кой точностью контроля. Цель изобретения - повышенве точноо ТВ контроля. Псютавленная цель достигается тем, что устройство снабжено включенными между приемником и фазовым детектором последовательно-соединенными усилителем с автоматической регулировкой усиления, детектором и полосовым фильтром, последовательно {Соединенными генератс ом измерительно частоты, смесЕ телем, вход подключен к выходу генерат чэа ультразвуковой частоты и усилителем мощности, выход которого под- ° ключен к излучателю, в блсжом умножения, включенным между генератором измерительной частоты и фазовращателем, На чертеже представлена блок-схема устройства. Устр йство содержит последовательно соедин шые генератор 1 ультразвуковой частоты, смеситель 2, уси литель 3 мсвшюсти, излучатель 4, приемник 5, усвлвте/ш 6 с автоматической регулировк Л усиления (АРУ), детектор 7, полосовый фильтр в, фазовый I детектор 9 и регистратор 10, последовательно соединенные генератор 11 измерительной частоты, выход которого подключен ко второму входу смесителя 2, блок 12 умножения и фазовращатель 13, выход которого подключен ко вт.счэому входу фазового аегектара 9, Между усилителем 6 и детектсром 7 включен блок 14 выделения сигнала АРУ. Устройство работает следующим образом., Генератор 1 ультразвуковой частоты вырабатывает непрерывное синусоида лькое напряжение с заданной частотой Wo, которое поступает на первый вход смесителя 2. На второй вход балансного смесителя 2 подается непрерьшное синусоидальное напряжение с частотой Я с выХОД9 генератора 11 измерительной часто ты. Благодаря свойству смесителя 2, на его выходе появляется слЪжное колебание, спектр которого содержит только две частот составляющих с частотами и ) а колебание с частотой tJUo оказывается подавленным. Сложное колебание успг ливается до необходимой величины в усил теле 3 мощности, на выходе которого включен . излучатель 4. В результате в зону контроля материа ла поступает сложный ультразвуковой сиг нал, содержащий только две спектральны составлягшдих к с начальными фазами Г и f2. При распространении в материале зоны контроля фазы составляющих сигнала получают приращения ЛЧ и , вели чины которых зависят от крутизны фазочастотной характеристики Ко среды на заданной частоте o если частота 51 мала, то V - g- - (1) V .-«., 251- Сигнал, прошедший зону кснтроля, с помощью приемника 5 преобразуется в подобньй ему по форме электрический сигнал, который с помощью усилителя 6 с АРУ усиливается до величины, необходимой для нормальнсго функционирования следующих узлов устройства. При этом в приемно-усилительный тракт проходят только сигналы с частотами JL) / аО и CJU $ (SU в силу избирательных свойств усилителя б с АРУ. ° В результа : на вход детектора 7 поступает сигнал К (-Ь) в виде суммы двух сшсусоидальных колебаний: K((u;iti-4-,)-Asin({tJ2.,) , (z где -; набег фазы колебания с часго тойШ полученной при распространен ИИ волны в электромеханическом тракте . , где 7-, - набег фазы колебания в приемно- усилительном тракте, в соответствующем слое контактной смазки; А - амплитуда сигнала; 1-1,2- номер спектральной составляющей. Детектор 7 выполняет преобразование спектра колебания X.(-fc) и на его выходе появляется сигнал: Vt-t) А 1-0, (oL+p)-CO 5 (d-p)) COSfb , где ol-2ц;ot - P Чi ир-2Slt- f.,. Сигнал (f) содержит постоянную , высокочастотные и одну низкочастотную j -Aco5p -Aco5(2Slt-4,Hl2) компоненты, которые могут быть разделены с помощью фильтрации. Постоянная составляющая А используется для регулировки коэффициента усиления усилителя 6с АРУ. Для этого с выхода детектора 7сигнал подается на вход блсжа 14 выделения сигнала АРУ, который представляет собой усилитель постоянного тока с фильтром низких частот на входе. На выходе усилителя 6 поддерживается постоянное значение А амплитуды вькодного сигнала, что способствует повышению точности измерений. Кроме того, выходной сигнал детектора 7 поступает на вход полосового фильтра 8, настроенного на частоту 2 51 . В результате на первый вход фазового детектора 9 поступает только низкочастотная компсяента %-Дсо5р . На второй вход фазового детектЬра 9 через фазовращатель 13 . поступает выходной сигнал с блока 12 умножения. В результате на выходе фазового детектора 9 появляется сигнал, амплитуда которого пропорцисиальна разности фаз напряжений выходных сигналов с блока 12 умножения и полосового фильтра J3 (), т.е. U-2(vfa-V4s), где с| - постоянный коэффициент, или,учитывая формулу (3) () ® Поскольку i.i ii iявляются постоянными для конкретного устройства То с помощью фазовращателя 13 значение Чм может быть установлено равным-. и гОГ +S -ft ,3 2 2 1 М U-2(/s.Чг-л.,(7) т.е. выходное напряжение фазового детектора 9 прспорци(жально разности фаз колебаний с частотами UJ , приобретенной в процессе распространения вол в зоне обследования. Настраивая генератор 11 измерительной частоты на частоту, равную половине единицы измерения частоты, опе(эатор получает возможность регистрировать значение искомой крутизны Ко фазо-частотной характеристики зоны прозвучивания на заданной частоте Шо по индикатсч у регистратора 10. Благодаря свойству смесителя 2, изменение частоты и;о приводит к соответствующему перемещению компонент. (V и ( по шкале частот при постоянном значении разности ,-(Я(}:ДЛ поэтому дополнительной настройки устройства не требуется при значении новой величины частоты и/о Предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью и помехоустойчивос тью производить контроль качества мате риалов. S Формула изобретена Устройство для контроля качества материалов, содержащее генерат-эр ультразвуковой частоты, излучатель, приемник последовательно соединенные фазовращатель, фазовый детектор и регистратср, о т. л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности ксжтропя, оно снабжено включенньми между приемником и фазовым детектором последовательно соедйненньши усилителем с автоматичеокой регулировкой усиления, детектором и полосовьол фильтром, последовательно соединенными генератором измерительной частоты, смесителем, вход которого подключен к выходу генератора ультразвуковой частоты и усилителем мощности, эыход которого Подключен к излучателю, и блоком умножения, включенным между генератором измерительной, дстоты и фазовра1 1ателем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Носов В. А. П|)оектирование ультразвуковой измерительной аппаратурьи М., Машиностроение, 1972, с.89.. 2.Авторское свидетельство СССР № 150692, кл. GO1 N 29/О4, 1965 (прототип).