Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов

 

Изобретение касается нераэрушакщих испытаний материалов и может быть использовано для ультразвукового контроля качества материалов. Цель изобретения - повышение производительности контроля путем обеспечения максимальной дальности и йинимальной мертвой зоны контроля за счет автоматического изменения формы и дли- . тельности зондирукщего сигнала в зависимости от глубины дефекта. Схема из последовательно соединенных первого счетчика 9, элемента 10 ИЖ, инвертора 15, элемента 16 И, триггера 17 и генератора 1 возбуждающих импульсов, подключенного к преобразователю 2, а также последовательно соединенных второго счетчика 14, элемента 11 И-НЕ, вторые входы которого подключены к выходам первого счетчика 9, элемента 12 И и триггера 13, выход которого связан с вторым входом генератора 1 возбуждающих импульсов, и цепи из последовательно соединенных акустического приемника 3, усилителя 4, времяизмерительного блока 5, второй вход которого подключен через блок 8 задержки к синхронизатору 7, счетчикам 9 и 14 и второму входу элемента 16 И, « тактового генератора , связанного с входами элементов 12 и 16 И, осуществляет формирование возбуждающего поочередного напряжения в виде нарастающей последовательности импульсов, начиная с одного, до обнаружения дефекта. 2 ил. (С (Л ю UD сл tsD СО а

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1295236 A1 (бу 4 G 01 Н 29/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ5ИЙ

/ фВр

Э.У (1

° д»

) И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вого счетчика 9, элемента 10 ИЛИ, инвертора 15, элемента 16 И, триггера 17 и генератора 1 возбуждающих импульсов, подключенного к преобразователю 2, а также последовательно соединенных второго счетчика 14, элемента 11 И-НЕ, вторые входы которого подключены к выходам первого счетчика 9, элемента 12 И и триггера 13, выход которого связан с вторым входом генератора 1 возбуждающих импульсов, и цепи иэ последовательно соединенных акустического приемника 3, усилителя 4, времяиэмерительного блока

5, второй вход которого, подключен через блок 8 задержки к синхронизатору

7, счетчикам 9 и 14 и второму входу элемента 16 И, н тактового генератора, связанного с входами элементов

12 и 16 И, осуществляет формирование возбуждающего поочередного напряжения в виде нарастающей последовательности импульсов, начиная с одного, до обнаружения дефекта. 2 ил. (21) 3950667/25-28 (22) 10.09.85 (46) 07,03.87. Бюл. У 9 (7 1) Московский горный институт (72) В.Л.Шкуратник, А.A.Eðìîëèí и В.Н.Данилов (53) 620.179. 16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1037171, кл. G 01 N 29/04, 1982. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение касается нераэрушающих испытаний материалов и может быть использовано для ультразвукового контроля качества материалов. Цель изоб плетения — повьниение производительности контроля путем обеспечения максимальной дальности и минимальной мертвой зоны контроля за счет автоматического изменения формы и дли- . тельности зондирующего сигнала в зависимости от глубины дефекта. Схема иэ последовательно соединенных перОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1295236

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям материалов ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля качества и дефектоскопии материалов, 5

Целью изобретения является повышение производительности контроля.

На фиг.1 представлена блок-схема ультразвукового устройства для контроля качества материалов; на фиг.2 временные эпюры, поясняющие работу устройства.

Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов содержит генератор 1 возбуждающих импульсов с подключенным к нему излучающим преоб" разователем 2, последовательно соединенные приемный преобразователь 3, усилитель 4, времяизмерительный блок

5 и индикатор б, синхронизатор 7 через блок 8 задержки подключенный к второму входу времяизмерительного блока 5. Второй выход времяизмерительного блока 5 подключен к первому счетчику 9, выходы которого связаны с соответствующими входами элемента

ИЛИ 10 и элемента ИЛИ-НЕ 11. Элемент

ИЛИ 10 связан с последовательно соединенным элементом И 12, триггером

13 и вторым счетчиком 14, выходы которого подключены к соответствующим входам элемента И-BE 1 1. Элемент ИЛИ

10 связан также с последовательно соедлненными инвертором 15, вторым 35 элементом И 16, триггером 17, подключенным к входу генератора 1 возбуждающих импульсов.

Вторые входы элементов И 12 и 16 щ подключены к тактовому генератору 18, синхронизатор 7 связан с вторыми входами первого 9 и второго 14 счетчиков и третьим входом элемента И 16„. Элемент И-НЕ 11 через третий вход первого элемента И связан " "вторым входом триггера 17. ,Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (момент времени t, включения питания устройства) первый 9 и второй 14 счетчики, а также оба триггера 13 и 17 имеют на своих выходах напряжения логического

"О". Сигналы со счетчиков 9 и 14 поступают на элемент И-НЕ 11. Соответственно в момент времени с на вьтходах элемента И-НЕ 11 и элемента

ИЛИ 10 устанавливаются напряжения логического 0, а на выходе инвертора l5 — напряжение 23 логической "1".

В момент времени t,„ на выходе тактового генератора 18 появляется импульс 19 (фиг.2), На выходы элементов

И 12 и 16 он пройти не может, так как на двух входах (первом и третьем) первого элемента И 12 и на третьем входе второго элемента И 16 напряжения логического "О".

В момент времени t импульс 20 2 синхронизации (с выхода синхронизатора 7) поступает на третий вход второй схемы И. При этом на всех трех входах этой схемы напряжение логической

"1". В результате импульс 21 тактового генератора 18 проходит на выход второго элемента И, т,е ° на входе триггера 17 появляется импульс 22, который переключает триггер 17 и на его выходе будет напряжение логичес:

Одновременно по заднему фронту импульса 20 синхронизации сменяется состояние первого счетчика 9 на единицу. В результате на излучающий преобразователь 2 подается напряжение 23.

На его выходах будет, например, кодовая комбинация 1000, а на выходе элемента ИЛИ 10 появляется напряжение логической " 1", которое поступает на первый вход первого элемента И

12, а также на вход инвертора 15. С выхода инвертора 15 на первый вход второго элемента И поступает, соответственно, напряжение логического

"О" (которое сохраняется в течение всех последующих кодовых комбинаций на выходе первого счетчика 9).

Таким образом, на выход второго элемента И lá проходит всего только один импульс 22 генератора l8, когда оба счетчика находятся в нулевом (код ОООО) состоянии.

После смены состояния первого счетчика 9 на первых четырех входах элемента И-НЕ 11 будет кодовая комбинация 1000, а на четырех вторых входах этой схемы — кодовая комбинация

0000. Таким образом, на выходе элемента И-НЕ 11 будет напряжение 24 логической "1", которое поступит на третий вход первого элемента И 1?. В результате следующий импульс 75 тактового генератора 18 пройдет через

3 12952 первый элемент И 12 и поступит одновременно на вход триггера 13 и второй вход триггера 17, При этом триггеры

13 и 17 переключатся так, что на выходе первого из них будет напряжение

26 логической "1", а на выходе второго — логического "0, В результате напряжение 27 источника питания поступит на преобразователь 2.

Следующий импульс 28 тактового ге- 10 нератора 18 пройдет через первый элемент И 12 и переключит триггер 13 в исходное состояние, т.е. íà его выходе будет напряжение логического "0".

В результате закончится формирование двухступенчатого импульса. При подаче первой ступени 23 этого импульса (напряжением Б,) на пьезоэлектрический преобразователь 2 последний излучает в контролируемый материал экспоненци- 20 ально затухающие синусоидальные колебания 29. Через время, равное Т/2 (где Т вЂ” период колебаний преобразователя), на преобразователь 2 подает25 ся вторая ступень 27 (напряжением

) двухступенчатого импульса с вы2 хода генератора 1 возбуждающих импульсов. При этом пьезоэлектрический преобразователь 2 излучает в контролируемый материал синусоидальные колебания 30, аналогичные колебаниям

29, но сдвинутые относительно их на половину периода (Т/2). За счет сдвига фаз при сложении сигналов на приемном преобразователе 3 выделится 35 только первая полуволна 21 излученных колебаний.

Таким образом, благодаря возбуждению преобразователя 2 двухступенча- gp тым электрическим импульсом в контролируемый материал излучается короткий акустический импульс 31, что и обеспечивает минимальную мертвую зону контроля. 45

В то же время база контроля коротким излучаемым импульсом (иэ-за малой

его мощности) незначительна, Если на этой базе имеется дефект, то сигнал, отразившись от него, поступит на при-50 емный преобразователь 3, усилится усилителем 4, после чего поступит на вход времяизмерительного блока 5. В результате времяизмерительный блок 5 прекратит отсчет времени, начатый по у команде импульса 20 синхронизации, прошедшего предварительно через блок

8 задержки (блок 8 задержки компенсирует задержку сигнала, вносимую электронно-акустическим трактом непосредственно прибора).

Таким образом, индикатор 6 зафиксирует время t прохождения сигнала от излучающего преобразователя 2 до дефекта и от дефекта к приемному преобразователю 3. Время t и является информативным параметром контроля.

Через некоторое время, необходимое для считывания показаний индикатора 6 с времяизмерительного блока 5, подается импульс на первый счетчик 9, который устанавливается в исходное нулевое, состояние, и весь процесс поиска дефекта повторяется.

Известно, что для достижения максимальной мощности излучения на пьезопреобразователь необходимо подать радиоимпульс длительностью Q периодов

Т его рабочей частоты f,„ где добротность преобразователя, Максимальная добротность реально используемых в практике контроля преобразователей обычно не превышает пятнадцати. Возбуждение преобразователей не синусоидальными, а прямоугольными импульсами длительностью Т/2 технически реализуется проще, а проигрыш по излучаемой мощности (по сравнению с синусоидальным сигналом) не превышает нескольких процентов.

Если на базе, которая может быть проконтролирована коротким импульсом, дефекты отсутствуют, то в материал будет излучен сигнал большей мощности, состоящий из двух, следующих с периодом Т, импульсов. Если и при излучении двух импульсов дефект не будет обнаружен, произойдет излучение трех импульсов и т.д. до пятнадцати.

Процесс формирования возбуждающего сигнала, состоящего из двух, трех и т.д., до пятнадцати импульсов, происходит следующим образом. Одновременно с окончанием формирования генератором 1 возбуждающего двухступенчатого импульса, по спаду напряжения 26 на выходе триггера 13 второй счетчик 14 сменит свое состояние на единицу. В результате на выходах первогG и второго счетчиков 9 и 14 будет одинаковая кодовая комбинация 1000, при этом напряжение логического "0" с элемента 10 поступит на третий вход первого элемента И 12 и дальнейшее прохождение импульсов тактового генератора 18 на выход первого элемента

12952 3б

И 12 прекратится до прихода следующего импульса 3? синхронизации.

Импульс 32 синхронизации изменит состояние первого счетчика 9 ня единицу1 В результате íà его выходе будет кодовая комбинация 0000. Этот же импульс осуществит сброс второго счетчика 14 в исходное состояние, которому соответствует кодовая комбинация 0000. Так как кодовые комбина- 1О ции на- первых четырех и вторых четырех входах элемента И-НЕ 11 разные, тб на его выходе имеем напряжение 33 логической 1 . Это напряжение поступает на третий вход первого элемента схемы И 12, импульс 34 генератора 18 проходит через первый элемент И 12 и.переключает триггер 13. В результате на его выходе будет напряжение

35 логической "1", которое поступает 20 на вход генератора 1 возбуждающих импульсов. При этом напряжение 36 (U ) источника питания поступает на нагрузку.

С приходом следующего импульса 37 генератора 18 синхронный триггер 13 возвращается в исходное состояние.

Одновременно спадом импульса 35 с выхода триггера 13 второй счетчик 14 ,изменяет свое состояние на единицу и на его выходе будет кодовая комбинация 1000. Импульсы 38 и 39 генератора 18, пройдя через первый элемент

И 12, снова сформируют на выходе триггера 13 импульс 40 и соответственно импульс 4 1 на сопротивлении генератора 1 возбуждающих импульсов.

Таким образом, генератором 1 возбуждающих импульсов будут сформирова- 40 ны два импульса Зб и 41, поступающие с периодом Т на излучающий преобразователь 2.

Спадом импульса 40 с выхоца триггера 13 второй счетчик 14 изменит 45 свое состояние на единицу и на его выходе будет кодовая комбинация 0100, такая же, как и у первого счетчика 9.

Поэтому с выхода элемента И-НЕ 11 на третий вход элемента И 12 поступает 50 напряжение логического "0". и дальнейшее прохождение импульсов генератора

18 на выход элемента И 12 прекратится до следующего импульса 42 синхронизации. 55

С приходом импульса 42 синхронизации весь процесс повторяется и на выходе генератора 1 возбуждающих импульсов будет сформировано три импульса 43-45 (поступающих с периодом

Т на излучающий пьеэопреобразователь

2), затем четыре и т.д. до пятнадцати.

При этом глубина (база) контроля все время последовательно увеличивается, благодаря увеличению мощности излучения. Если в материале в преде— лах контролируемой глубины находится дефект, то отраженный от него сигнал остановит счет времяизмерительного блока 5 и вернет устройство в исходное состояние„

Таким образом, предлагаемое устройство автоматически обеспечивает максимальную дальность и минимальную мертвую зону контроля, что, в свою очередь, обеспечивает повышение производительности и уменьшает по сравнению с известным устройством вероятность пропуска дефектов, лежащих в непосредственной близости от преобразователя или на большом расстоянии от него.

При контроле .крупноструктурных материалов с большими базами и высоким затуханием ультразвуковых колебаний (например, блоков облицовочного камня) применение предлагаемого устройства позволяет перейти от теневого (используемого в настоящее

/ время) метода контроля к эхо-методу.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов, содержащее генератор возбуждающих импульсов, подключенный к излучающему преобразователю, последовательно соединенные приемный преобразователь, усилитель, времяизмерительный блок и индикатор, синхронизатор, соединенный через блок задержки с вторым входом времяизмерительного блока и тактовый генератор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено последовательно соединенными первым счетчиком, элементом ИЛИ, инвертором, первым элементом И и первым триггером, выход которого подключен к первому входу генератора возбуждающих импульсов, последовательно соединенными вторым счетчиком, элементом И-НЕ, вторые входы которого связаны с выходами первого счетчика, вторым элементом И, второй вход которого подключен к выСоставитель Л.Кондрыкинская

Техред И.Кадар Корректор А.Зимокосов

Редактор А.Шандор

Заказ 609/47

Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий l13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 l ходу элемента ИЛИ, и вторым триггером, выход которого связан с вторым входом генератора возбуждающих импульсов и со счетным входом второго счетчика, выход второго элемента И соединен с вторым входом первого

295?36 8 триггера, выход синхронизатора подключен к второму входу первого элемента И, к счетному входу первого счетчика и входу "Сброс" второго счетчика, а тактовый генератор связан с третьими входами элементов И,