Устройство для измерения затухания ультразвуковых волн Советский патент 1981 года по МПК G01N29/00 

1

Изобретение относится к ультразву-. ковой измерительной технике и может быть использовано в радиотехнической, химической, металлургической, машинот строительной и других отраслях промьшшенности для непрерывного контроля физико-механических параметров вещества, в частности, твердых тел. Изобретение может также применяться для наблюдения за кинетикой каких-ли- б6 определенных процессов, например при быстром либо медленном изменении затухания ультразвука,обусловленном переменными механическими нагрузками.

Известен ультразвуковой спектрос- 15 коп, используемой для измерения затухания ультразвука. Ультразвуковой cnejtTpocKon содержит генератор качаю14ейся частоты, временной селектор, широкополосный усилитель и осцил-20

лограф 1.

Временной селектор периодически отпирается и запирается со скоростью, значительно предаышающей скорость частотной модуляции. При этом непрерыв- 25 ные -частотномодулированные колебания генератора качающейся частоты преобразуются в серию импульсов, разделенных паузами. Во время этих пауз широкополосный ультразвуковой преобразователь принимает отраженные сигнашы, прошедшне через испытуемый образец.

Спектр, соответствующий отдельному отраженному сигналу, получается на экране осциллографа путем использования импульса подсветки луча таким .образом, чтобы его яркость увеличилась только на время приема преобразователем определенного отраженного сигнала.

Скорость частотной модуляции, частоту включения временного селектора и время, на которое он отпирается, согласованы с временем задержки между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного импульса, определяющимися толщиной образца и скоростью распространения звука в нем.

Данное устройство реализует метод последовательного спектргшьного анализа. При этом процесс измерения зависимости затухания ультразвуковых колебаний от частоты сводится к последовательному (от одной частрты к другой) измерению затухания вовсём частотном диапазоне.

Недостатком этого устройства является невозможность исследования частотных звисимостей затухания ультразвуковых колебаний при быстропротекгиощих процессах. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения затухания ульт звуковых волн, содержащее обратиг ый электроакустический преобразователь, соединенный с ним приемник эхо-сигна лов, состоящий из широкополосного усилителя и амплитудного детектора, синхронизатор, выходы которого подкл чены к первым входам генератора качающейся частоты и блока индикации, логарифмирующее устройство и сумматор, входы которого подключены к выходам линии задержки и аттенюатора, а выход - ко второму входу блока инт дикации 2. В этом устройстве электрические частотномодулированные импульсы, выpa6aTHBaeivbie генератором качающейся частоты подаются на широкополосный ультразвуковой пьезопреобразователь пр мо-излучающего акус±ического блока и преобразуются в ультразвуковые импульсы, распространяющиеся в исследу мом материале. При этом глубина частотной модуляции электрического импульса обеспечивает перекрытие необходимого частотного диапазона. Ультр звуковые эхо-импульсы, принимаемые :приемо-излучающим акустическим блоком, преобразуются в электрические сигналы, усиливаются и детектируются приемником эхо-сигналов. Серия видеоимпульсов с приемника эхо-импульсов подается на логарифмирующее устройство и схемы выделения принятых импульсов. Номера выбранных из серии эхо-импульсов определяются схемами переменной задержки путем подачи разрвлающего напряжения с ука занных схем переменной задержки на соответствующие схемы выделения принятых импульсов. Таким образом, на выходах селекторов появляются огибаю щие частотно-модулированного импульса, прошедшего различные расстояния исследуемом материале,, Эти огибающие совмещаются .во времени с помощью регулируемой линии задержки и подаются на входы сумматора. На выходе сумг-шт ра образуется величина d,(f) Cg Ai (f) - eg Ai (f) какфункция от частоты f, измеряемая на зкране блока визуальной индикации Импульсы синхронизатора управляют работой генератора качающейся частоты, обеспечивают выбор необходимых для анализа импульсов и синхронизиру работу блока визуальной индикации. В этом устройстве реализован пара лельный или одновременный анализ все го спектрального состава частотно-мо дулировсшног.о импульса, распространя Щегося в исследуемом материале. Врем анализа всего спектра частот в основ ном определяется временем установивш гося процесса в широкополосном льезс преобразователё. Недостатком такого устройства является ограниченная чувствительность и tO4HOCTb измерений а а счет ограничения динамического диапазона линейности амплитудной характеристики широкополосного усилителя и погреалностей измерения, обусловленных какдентичностью двух измерительных каналов. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений . Цель достигается тем, что устройство снабжено временным селектором, формирователем управляюйщх импульсов, смесителем и селективным усилителем, причем временной селектор включен между выходом генератора качающейся частоты и электроакустическим преобразователем, вход формирователя управляющих импульсов подключен к выходу синхронизатора, а его выходы - к вторым входом генератора качающейся частоты и временного селектора, входы смесителя подключены к .выходам генератора качающейся частоты и широкополосного усилителя, его выход через селективный усилитель и амплитудный детектор подключен к входу логарифмирующего устройства, выход которого параллельно подключен к входам линии задержки и аттенюатора. На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения затухания ультразвуковых волн. Устройство включает, генератор качающейся частоты 1, синхронизатор 2, временной селектор 3, приемио-излучающий электроакустический преобразователь 4, формирователь управляющих импульсов 5, испытуемый образец 6, широкополосный усилитель 7, смеситель 8, селективный усилитель 9, амплитудный детектор 10, логарифг/гирующее устройство 11, сумматор 12, линию задержки 13, аттенюатор 14 и блок 15 визуальной индикации. Работает устройство следующим образом. Генератор качающейся частоты 1 под воздействием импульсов синхронизатора 2 формирует зонди 5уюш 1е частотномодулированные импульсы, которые через временной селектор 3 подаются на приемоизлучаюш.ий электроакустический преобразователь 4. Временной селектор пропускает на приемоизлучающий электроакустический преобразователь только зондирующие импульсы при подаче разрешающего напряжения на временной селектор с формирователя управляющих импульсов. При этом длительность зондирующих импульсов определяется длитс:7ь-ностью импульсов синхронизатора подаваемых на генератор качающейся .- стоты. Широкополосный ультразвуковой преоб.51азователь, преобразует злектричесг кй зондирующий частотномодулированный импульс в ультразвуковой г распространяюЬ{ийся в испытуемом образце б, Уль развуковые эхо-импульсы, принимаемые приеме-излучающим электроакустически преобразователем преобразуются в эле рические сигналы, усиливаются широко полосным усилителем 7 и поступают на смеситель 8. Генератор качающейся частоты форми рует также электрические частотномодулированные :импульсы,, аналогичные зондирующим, под воздействием импуль сов формирователя. Формирователь управляоощих импульсов- обеспечивает задержку частот номодулированных импуль сов относительно зондирующего импуль са с целью совмещения их во времени с выбранными для анализа эхо-сигнала ми. Частотномодулированные импульсы, формируемые генератором качающейся частоты, подаются на смеситель 8, гд смешиваются с соответствующими налами.Так как генератор качающейся частоты формирует импульсы с линейной частотной модуляцией, то для получения эхо-сигналов с необходимой промежуточной частотой смещают частотномодулированные импульсзл относительно эхо-сигналов влево с помощью формирователя управляющих импульсов. При этом длительность частотномодулированных импульсов увеличивают таким образом, чтобы задние фронты частотномодулированных импульсов и эхо-сигналов совпадали. Эхо-сигналы промежуточной частоты с выхода смесителя поступают на вход узкополосного селективного усилителя 9. Селективный усилитель из всего чис ла комбинационных частот выделяет только одну промежуточную частоту, равную разности частот частотномодулированных импульсов и эхо-сигналов. Селективный усилитель не пропускает также зондирующий сигнал и эхо-сигналы, не подлежащие анализу. Усиленные селективным усилителем, выбранные для анализа эхо-сигналы,детектируются амп литудным детектором 10 и логарифмируются -логарифмирующим устройством 11. Логарифмы амплитуд двух эхо-сигналов, прошедших различный путь в исследуемом образце, складывают в дифференциальном сумматоре 12,предварительно совместив их во времени с помощью регулируемой линии задержки 13. Аттенюатор 14 компенсирует потери в линии задержки. Результирующий сигнал в виде частотной зависимости затухания ультразвуковых колебаний фиксируется на экране блока 15 визуальной индикации. Высокий коэффициент усиления и узкая полоса пропускания селективного усилителя позволяют значительно упучшить соотношение сигнал/шум. Максимальная чувствительность устройства для измерения затухания ультразвука при этом достигает 0,03 дб, что позволяет исследовать малые изменения частотмлх зависимостей затухания в образце, обладающем значительным абсолютным затуханием. Точность измерений находится в прямой зависимости от линейности характеристики системы и фазовых искажений сигналов в линии задержки и аттенюаторе. Формула изобретения Устройство для измерения ультразвуковых волн, содержащее обратимый электроакустический преобразователь , соединенный с ним приемник эхо-сигналов, состоящий из широкополосного усилителя и амплитудного детектора, хронизатор,выходы которого подключены к первым входам генератора качающейся частоты и блок индикации, логарифмирукщее устройство и сумматор, входы которого подключены к выходс1М линии задержки и аттенюатора, а выход к второму входу блока индикации,отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, оно снабжено временным селектором, формирователем управляющих импульсов, смесителем и селективным усилителем, причем временной селектор включен между выходом генератора качающейся частоты и электроакустическим преобразователем, вход формирователя управляющих импульсов подключен к выгсРДУ синхронизатора, а его выходы - к вторым входам качающейся частоты и временного селектора, входы смесителя подключены к выходам генератора качающейся частоты и широкополосного усилителя, его выход через селективный усилитель и амплитудный детектор подключен к входу логарифмирующего устройства, выход которого параллельно подключен к входам линии задержки и аттенюатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шарп Р. Методы неразрушающих испытаний, М., Мир, 1972, с. 75. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2762178/25-10, кл. 01 N 29/00,03.05..76.