Способ определения толщины и скорости распространения ультразвуковых объемных волн в изделиях

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля. Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет изменения толщины и скорости распространения объемных волн в движущихся изделиях. Способ позволяет измерять толщину движущихся изделий и скорости распространения в них объемных волн при контроле эхометодом. Для этого используют два измерительных канала, первый из которых состоит из двух раздельно включенных преобразователей , наклоненных под углом 1-3 к поверхности изделия, а второй - из одного совмещенного нормального преобразователя , прозвучивают изделие через слой жидкости, принимают эхосигналы, отраженные от передней грани и дна изделия, измеряют временные интервалы между зондирующим импульсом и отраженными эхосигналами, затем вычисляют толщину изделия и скорости распространения объемных волн по приведенным формулам. 2 ил. (Л со 4;: сл О5 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4056117/25-28 (22) 16. 04. 86 (4e) 15. 10. 87. Бюл. У 38 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (72) С. К., Паврос и Н. P. Галайко (53) 534.232(088.8)

f56) Шевалдыкин В. Г. Безэталонная толщинометрия на основе объемных акустооптических волн. — Дефектоскопия, 1985, NI 9, с, 10-12. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ И СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ОБЪЕМНЫХ ВОЛН В ИЗДЕЛИЯХ (57) Изббретение относится к области нераэрушающего контроля. Цель изобретения — расширение технологических возможностей за счет изменения толщины и скорости распространения объем15ц 4 G 01 Н 5/00, G 01 В 17!02 ... ных волн в движущихся изделиях, Способ позволяет измерять толщину движущихся изделий и скорости распространения в них объемных волн при контроле эхометодом, Для этого используют два измерительных канала, первый из которых состоит из двух раздельно включенных преобразовате"

0 лей, наклоненных под углом 1-3 к поверхности изделия, а второй — из одного совмещенного нормального преобразователя, прозвучивают изделие через слой жидкости, принимают эхосигналы, отраженные от передней грани и дна изделия, измеряют временные интервалы между зондирующим импульсом и отраженными эхосигналами, затем вычисляют толщину изделия и скорости распространения объемных волн по приведенным формулам, 2 ил.!

345063

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано для беээталонного изменения толщины металлопроката и скорости распространения продольных и попе-, речных волн в материале, Цель изобретения — расширение технологических возможностей эа счет из35

t1 = 2L/С0 после запуска; позицией 13 — эхоимпульс продольных волн, отраженный от дна изделия, проходящий через время — 2L/Ñ, + 2Н/С, (2) мерения толщины и скорости распрост- 10 ранения продольных и поперечных волн в движущихся изделиях. .На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения; на фиг ° 2 — временная за- 15 висимость принимаемых импульсов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ измерения, состоит из ультразвуковых пьезопреобразователей

1 и 2 (излучающего и приемного) и 20 совмещенного нормального преобразователя 3, размещенных в ванне с иммерсионной жидкостью 4 с одной стороны контролируемого изделия 5 ° Преобразователи 1 и 2, составляющие один ка-, 25 нал измерения, установлены на фиксированном расстоянии d один от другоо го под углом = 1 — 3 к поверхности изделия 5 (в зависимости от требуемого диапазона толщины контроли- 30 руемых изделий) и на расстоянии L от нее. Преобразователь 3, входящий во второй канал измерения, установлен нормально поверхности изделия 5 на расстоянии L = L, -Ь, от нее, Генератор 6 высокочастотных колебаний соединен с преобразователями ! и 3, а преобразователь 3 подключен к входу логарифмического усилителя 7, выход которого соединен с индикато- !0 ром 8.

Приемный преобразователь 2 подключен к последовательно соединенному стандартному усилителю 9 и индикатору IO, На фиг, 2 позицией 11 обозначен зондирующий импульс, регистрируемый за счет непосредственной связи генератора 6 и усилителя 7; позицией

12 — эхоимпульс продольных волн, отраженный от передней грани изделия

5 и проходящий через время позицией 14 — эхоимпульс эа счет распространения в изделии поперечных волн, возникающих при трансформации звукового пучка на верхней границе раздела, приходящей через временной интервал

t = 2L/C, + 2Н/С (3) Сущность изобретения состоит в проэвучивании изделия по двум акустическим каналам. Излучаемые одновременно импульсы продольных волн проходят по этим каналам в жидкости со скоростью С и в контролируемом иэделии со скоростями С и С, различные расстояния и принимаются в разное время, Первый акустический канал состоит из излучающего и приемного преобразователей, расположенных на фиксированном расстоянии d один от другого и под небольшим уго лом 1 = 1 — 3 к поверхности изделия толщиной Н, Второй канал состоит из совмещенного нормального преобразователя, работающего в режиме излучения-приема„ расположенного на расстоянии L< ближе к поверхности„ чем два предыдущих. Измеряя временные интервалы между зондирующими и принятыми эхосигналами, по аналитическим уравнениям на основе геометрической акустики для этих интервалов получают выражения измеряемых величин Н, С, С через измеренные временные интервалы и расстояния d и L, между преобразователями, Способ измерения осуществляется следующим образом, Генератор 6 возбуждает продольные колебания современным нормальным преобразователем 3.

Пучок продольных волн, создаваемых преобразователем 3, распространяется в жидкости 4 со скоростью Са и падает нормально на поверхность изделия 5. На поверхности происходит трансформация его в звуковые пучки продольных и поперечных волн в контролируемом изделии 5, распространяющиеся соответственно со скоростями

С H C . Импульсы продольных H IIo перечных волн отражаются от донной поверхности изделия 5, вновь трансформируются на его верхней поверхности в продольные волны, принима" ются преобразователем 3 в виде последовательности импульсов (фиг. 2), з ) 34506 а затем усиливаются усилителем 7 и регистрируются индикатором 8.

Амплитуда импульса 13 существенно меньше амплитуды импульса 12 поэтоУ

5 му для его регистрации необходимо использовать логарифмический усилитель 7, Чтобы сохранилась последова- тельность прихода первых трех импульсов, необходимо обеспечить выполнение следующих условий: л 2L N

)t

Со (4) 2Ь 2Н N

+ — — - и в (5)

C„С где N — - номер многократно отраженных импульсов в слое жидкости и материале изделия.

Из (4) следует, что минимальное расстояние должно быть больше максимальной толщины Н изделия в С, /С раз ° Условие (5) приводит к неравенству 2С > C, которое выполняется для всех металлов. Одновременно с преобразователем 3 генератор 6 возбуждает излучающий преобразователь 1.

Пучок продольных волн, излучаемых преобразователем 1, падает на поверхность изделия под углом, отражается от нее, а также трансформируется в продольные и поперечные волны, которые распространяются в изделии со скоростями С и С, отражаются от донной его поверхности, вновь тран- 35 сформируются на верхней грани и распространяются в жидкости со скоростью С, . Принятые преобразователем 2 сигналы усиливаются стандартным усилителем 9 и регистрируются индика- 40 тором 10. Для реализации способа достаточно зарегистрировать эхоимпульсы продольных волн, отраженных от

=L+ L, (6).

Для обеспечения высокой точности измерения на частотах больших 2 МГц достаточно, чтобы Ь, P d/2. Время запаздывания импульсов 15 и 16 относительно зондирующего определяется из соотношений: J; РТЙ

Ф С (7) о

2L 2

С, cosl (8) Угол наклона преобразователей, расстояние между ними, а также волно" вые размеры преобразователей 1 и 2 выбираются из условия получения требуемой амплитуды принятых сигналов и зависят от толщины Н контролируемых изделий и расстояния L

Из соотношений (1) — (3) следует:

2Н

С 1 (2

2Н

С

; 1

Ь (10) где (1 1) (12) tl2=t2 t19

3

Решая совместно систему уравнений (1)-(3), (6)-(8) относительно значе- . ния.толщины Н изделия, получают его выражение через Ly, d и временные интервалы между зондирующим импульсом и принятыми эхосигналами.

4 передней грани дна изделия 5 (фиг. 2).

Эти импульсы приходят значительно позднее соответствующих им импульсов

11 и 12 второго измерительного канала за счет увеличения расстояния от поверхности иэделия 5 величины

f1 (21" /d2Xt

d gt<

Определяя по формуле (13) значение толщины Н изделия и подставляя его в формулы (9) и (10), определяют величины скорости С, С продольных .и поперечных волн в материале изделия, Формула изобретения

Способ определения толщины и скорости распространения ультраэвукоtgd) (13)

2.

12.

4/ „) (о/ ) 3

50 вых объемных волн в изделиях, заключающийся в том, что в изделие излучают импульсы продольных колебаний с помощью излучающего преобразователя бб и принимают отраженные от донной поверхности изделия эхосигналы с помощью приемного преобразователя, расположенного на таком же расстоянии от поверхности изделия, что и излу5 1345063

6 чающий преобразователь, и по пара- ют этим же преобразователем эхоимметрам принятых эхосигналов определя- пульсы, соответствующие однократному ют толщину и скорость распространения отражению продольных волн от передобъемных волн о т л и ч а ю щ и и — ней грани и донной поверхности изде1

5 с я тем, что, с целью расширения лия к однократному отражению поперечтехнологических возможностей за счет ных волн от донной поверхности иэизмерения толщины и скорости распро- . делия, принимают с помощью приемного странения объемных волн в движущих- преобразователя эхоимпульсы продолься изделиях, излучение, импульсов 1д- ной волны, отраженные от передней осуществляют через слой жидкости под грани изделия, измеряют временные углом = 1-3 к поверхности изделия, интервалы между принятыми эхоимпульО одновременно излучают импульс продоль- сами и зондирующими импульсами, а толных колебаний с помощью совмещенного щину изделия и скорости распространенормального преобразователя, принима- )6 ния обьемныхволн определяютпо формулам (d

Н

2 (2L. а с,/t p + gt gt Q 51+ 4L./à Q-! (te/:,) -1 ед(У 1),./t ) + Е, /t ) (1+ 4L /d 2-1

2L, /d + (t /t, ) (1+ 4L, /d )-1) 2Н/t, 2Н/t с

Се

t

Составитель С. Арбузов

Редактор М, Петрова Техред Л.Олийнык Корректор M. Максимишинец

Заказ 4911/41 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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