Ультразвуковое устройство для измерения локальной пористости материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N29/00 

(54)

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ПОРИСТОСТИ МАТЕРИАЛОВ .

Изобретение относится к средствам ;неразрушающего контроля качества материала и может быть использовано дл прогнозирования .надежности работы из делий из композиционных и других сил но поглощающих ультразвуковые волны материалов,а также для измерения физ ко-механических и прочностных характеристик материалов. : Известны устройства для ультразву кового спектрального контроля/ позволяющие по виду спектра прошедших через материал ультразвуковых колеба ний производить .оценку размера пор. С1. . Однако эти устройства позволяют .получать лишь приб.лиженные качествен ные результаты. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для измерения локальной пористости материалов, содержащее измерительный и эталонный каналы, каждый из которых включает в себя последовательно со.единенные излучающий и приемный преобразователи и усилитель-детектор; блок управления, первый и второй выходы которого соедине ны с первыми входами соответственно .измерительного и эталонного каналов; задающий генератор, выход которого соединен с вторыми входами обоих каналов, блок индикации, первый и вто-. .рой входы которого соединены с выходами и.змерительного и эталонного каналов, позволяющее получить оценку коэффициента затухания ультразвуковых колебаний по разности амплитуд сигналов каналов С2. Однако известное устройство позволяет производить измерения только на одной частоте озвучивания, что снижает достоверность и точность измерений. Целью изобретения является повышение точности и достоверности ..измерения локальной прочности материалов. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено последовательно соединенными блоком аналоговых умножителей и частотным детектором, включенными между выходом задающего генератора., который выполнен в виде генератора качгиощейся частоты, и третьим вх,одом блока индикации, каждый из каналов снабжен модулятором, входы которого являются входс1ми канала, а выход подключен к излучаклдему преобразователю, измерительный канал снабжен управляемым временным селектором, первый вход ко торого подключен к выходу усилителядетектора, второй -К второму выходу блока управления, а выход является выходом измерительного канала. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит измерительный .канал 1, включающий в себя последова тельно соединенные модулятор 2, излучающий и приемный преобразователи 3 и 4, между которыми помещается образец 5 из испытуемого материала, усилитель-детектор 6 и регулируемый временной селектор 7, эталонный канал 8, включающий в себя идентичные соответствующим элементам измеритель ного канала 1 последовательно соединенные модулятор 9, излучающий и приемный преобразователи 10 и 11, усилитель-ДеГектор 12, причем все элементы измерительного и эталонного каналов 1 -и 8 выполнены широкополосными, блок 13 управления, первый выход которого соединен с первым входом модулятора 2 измерительного канала 1, а второй - с первым входом модулятора 9 эталонного канала-8 и вторым входом управляемого временног селектора 7, задающий генератор 14, выход которого соединен с вторыми входами модуляторов 2 и 9 обоих кана лоз 1 и 8, блок 15 индикации, первый ,и второй выходы которого соединены с выходами временного селектора 7 измерительного канала 1 и усилителядетектора 12 эталонного канала 8, соответственно последовательно соединенные блок 16 аналоговых умножите лей и частотный детектор 17, включен ные между выходом задающего генератора 14 и третьим входом блока 15 ий дикации. . Чтобы осуществлять измерения в широком диапазоне частот, все элемен ты каналов 1 и 8 выполнены широкополосными, а задающий генератор 14 выполнен в виде генератора качающейся частоты. Поскольку затухание ультразвука вследствие рассеяний на порах пропорг онально в области Л р, где л - длина волны ультразвука;D - сред НИИ диаметр пор,, четвертой степени частоты, то для линеаризации спектра по частоте Wr 2 jTA прошедшего через образец 5 сигнала В(ю) усилители-детекторы б и 12 выполнены логарифмкг ческими. В качестве блока и(дикации может быть использован осциллограф или самописец с сумматором на входе Устройство работает следующим образом. Непрерывные частотно-модулированные колебания, вырабатываемые задающим генератором 14, преобразуются модуляторами 2 и 9 в радиоимпульсы а .изменяющейся частотой заполнения, ко торые возбуждают излучающие преобразователи 3 и 10. Прошедшие через образец 5 ультразвуковые колебания принимаются приемным преобразователем 4, усиливаются и детектируются усилителем-детектором ,б. Управляемым временным селектором 7 выделяется и подается на первый вход блока 15 индикации начальная часть принятого импульса, равная длительности зондирующего импульса, что устраняет влияние интерференционных искажений на точность измерений. Спектр по частоте ультразвуке- Эых колебаний, преобразуемых приемным преобразователем 4 в электрический сигнал, равен В(1«)Л(ю,., где А (и) - сомножитель, учитывающий частотнозависимые передаточные и выходные характеристики всех элементов канала ; ДА-ПдВ тчастотно-зависилйлй коэффици,ент ультразвука; .Пд - концентрация пор; X - длина образца. Спектр подобного сигнала в эталонном канале 8 будет равен А (ю), поскольку соответствующие элементы каналов 1 и 8 подобны идентичным. После усиления и .детектирования этот сигнал подается на второй вход блока 15 индикации. Одновременно на третий вход блока 15 индикаций с выхода задающего генератора 14 через блок 16 аналоговых умножителей и частотный детектор 17 подается сигнал, пропорциональный четвертой степени частоты. Сигналы, подаваемые на первый и второй входы блока 15 индикации, вычитаются, и разностный сигнал С (ш) - (2J как линейная зависимость от частоты тангенса угЛа наклона, :который опре.деляет локальную пористость исследуемого материала , фиксируется на регистрирующем устройстве блока 15 индикации . Получение количественных значений пористости производится с помощью тарировочных зависимостей, получен|ных с помощью измерений на эталонных образцах с известн.ой концентрацией и средним диаметром пор или непосредственным расчетом. Изобретение позволяет расширить класс контролируемых материалов, а также повысить достоверность и точность результатов контроля за счет проведения измерений в широком диапазоне частот и исключения влияния на результаты измерений интерференцион|ных искажений.

Формула изобретения

, Ультразвуковое устройство для измерения локальной пористости материалов, содержащее измерительный и эталонный каналы, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные излучающий и приемный преобразователи и усилитель-детектор блок управления, первый и второй выходы которого соединены-с первыми входами, соответственно измерительного и эталонного каналов; задающий генератор, выход которого соединен с вторыми входами обоих каналов; блок индикации, первый и второй входа которого соединены с выходами измерительного и эталонного каналов, отличающееся- тем, что, с целью повышенияточности и достовености измерений, оно снабжено последовательно соединенными блоком анало,говых умножителей и частотным детекЧгором, включенными между выходомэаЕ дающего генератора, который выполнен в виде генератора качающейся частоты, и третьим входом блока индикации, .каяедый из каналов снабжен модулятором, входы которого являются входами канала, а выход подключен к излучающему преобразователю,измерительный канал снабжен управляемым временным селектором, первый вход которого подключен к выходу усш1ителя-детектора,второй - к второму выходу блока управления, а выход является выходом измерительного канала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

, 1972, с. 494.

2.Авторское свидетельство СССР 735989, кл Ci 01 N 29/00, 1980 (прототип) .