Устройство для акустико-эмиссионного контроля

 

Изобретение относится к технике неразрушаюцего контроля и может быть использовано для определения разви .ваюЕщхся дефектов и трещин в материалах и массивах горных пород. Цель изобретения - повьшение достоверно сти контроля за счет уменьшения погрешностей , связанных с переходными процессами. Это достигается за счет выбора коэффициента усиления усилителя 3 в соответствии с динамическим диапазоном сигнала путем задания определенной длительности выходного импульса одновибратора 11, введения периодического режима работы аналогоцифрового преобразователя 5 и выбора структуры усилителя 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления. В блоке IО обработки информации регистрируется макс1&{альное значение сигнала, формируются сигналы запуска аналого-цифрового преобразователя 5 и определяются временные границы импульсов акустической эмиссии. 3 ил. с $ (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

C0LlHAЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1469446 А1 (51)4 G 01 N 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н втоесночу СвиДвтаЛьСтем

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 01НРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4298898/25-28 (22) 20.08.87 (46) 30.03 .89. Бюл. Р 12 (71) Красноярский политехнический институт (7 2) А. С. Глинченко, О. А, Тронин и В. В. Моисеенко (53) 620. 179. 16(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 606129, кл. С 01 N 29/04, 1978.

Авторское свидетельство СССР

9 888032, кл. G ÎI N 29/04, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИКО-ЗМИССИ0ННОГО КОНТРОЛЯ (57) Изобретение относится к технике неразрушаюцего контроля и может быть использовано для определения развиваюцихся дефектов и трецин в материалах и массивах горных пород. Цель изобретения — повышение достоверности контроля за счет уменьпения погрешностей, связанных с переходными процессами. Зто достигается за счет выбора коэффициента усиления усилителя 3 s соответствии с динамическим диапазоном сигнала путем задания определенной длительности выходного импульса одновибратора 11, введения периодического режима рабаты аналогоцифрового преобразователя 5 и выбора структуры усилителя 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления.

В: блоке 10 обработки информации регистрируется максимальное значение сигнала, формируются сигналы запуска аналого-цифрового преобразователя 5 и определяются временные границы импульсов акустической эмиссии. 3 ил.

1469446

Изобретение относится к технике

I неразруиающего контроля и может быть использовано для определения развивающихся дефектов и трещин в материалах и массивах горных пород.

Цель изобретения — повьииение достоверности контроля за счет уменьпюния длительности переходных процессов.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для акустико-эмиссионного . контроля; на фиг. 2 — блок-схема усилителя с дискретно изменяемым коэффициентом усиления; на фиг. 3 — блок- 15 схема одного из вариантов блока обработки информации.

Устройство для акустико-эмиссионного контроля содержит последовательно соединенные преобразователь 1, 20 предусипитель 2 и усилитель 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления, пиковый детектор 4, аналогоцифровой преобразователь 5, элемент

ИЛИ 6, компаратор 7, источник 8 опор- 25 ного напряжения, счетчик 9 и блок 10 обработки информации, выход которого подключен к первому входу элемента

ИЛИ б и сбросовому входу счетчика 9, а информационные входы соответствен- 30 но — к выходу счетчика 9, который соединен также с управляющим входом усилителя 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления и выходу ана,лого-цифрового преобразователя 5, сигнальный вход которого подключен к выходу пикового детектора 4, а сбросовый вход - к выходу элемента

ИЛИ 6, пороговый вход компаратора 7 подключен к источнику 8 опорного напряжения, одновибратор 11, вход которого подключен к выходу компаратора 7, а выход соединен со счетным входом счетчика 9 и вторым входом элемента ИЛИ 6, соединенного выходом 45 со сбросовьи входом пикового детектора 4, выход которого соединен с сигнальным входом компаратора 7, выход усилителя 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления соединен с сигнальным входом пикового детек тора

4 и дополнительным входом блока 10 обработки информации, дополнительный выход которого соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразова55 .теля 5.

Один из возможных вариантов реализации усилителя 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления (фиг. 2) содержит последовательно включенные каскады 12-1 — 12-п усиления и аналоговый мультиплексор 13, соединенный с входом усилителя и выходами каскадов 12-1 — 12 п усиления, выход аналогового мультиплексора 13 и его управляющий вход являются соответственно выходом и управляющим входом усилителя 3 с дискретно изменяемык ко-. эффициентом усиления.

Вариант реализации блока 10 обработки информации (фиг. 3) включает блок 14 цифрового выделения максимума сигнала, регистратор 15, блок 16 запуска аналого-цифрового преобразователя и блок 17 определения временных границ акустического импульса, который состоит из последовательно соединенных дополнительного компаратора 18 вход которого является до«. полнительным входом блока 10 обработки информации, детектора 19 прямоугольной огибающей и формирователя

20 импульсов, выход которого соединен с управляющим входом регистратора 15 и является выходом блока 10 обработки информации, блок 18 запуска аналого-цифрового преобразователя состоит из последовательно соединенных генератора 21 импульсов, элемента

И 22 и элемента 23 задержки, выход которого является дополнительным выходом блока 10 обработки информации, блок 14 цифрового выделения максимума сигнала состоит из соединенных друг с другом регистра 24 кода усиления, первого элемента И 15 и элемента 26 сравнения кодов и соединенных друг с другом регистра 27 кода аналого-цифрового преобразователя, второго элемента И 28 и второго элемента 29 сравнения кодов., вторые входы первого 25 и второго 28 элементов

И соединены с выходом элемента И 22 блока 16 запуска аналого-цифрового преобразователя, третий вход второго элемента И 28 соединен с выходом первого элемента 26 сравнения кодов, выходы регистра 24 кода усиления и регистра 27 кода аналого-цифрового преобразователя соединены с информационными входами регистра 15, а их входы являются соответственно первым и вторым информационными входами блока

10 обработки информации.

Устройство работает следующыч образом.

446 з 1469

Сигналом начальной установки с выхода блока 10 обработки информации сбрасываются в нулевое состояние счетчик 9 и через элемент 6 ИЛИ ана5 лого-цифровой преобразователь 5 и пиковый детектор 4. Нулевому коду счетчика 9 соответствует максимальный коэффициент усиления усилителя 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления. Сигнал с выхода преобразователя l проходит через предусилитель 2, усилитель 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления и поступает на пиковый детектор 4. Выходное напряжение пикового детект.«ра

4 преобразуется в код аналого-цифровым преобразователем 5 и вводится в блок 10 обработки информации совместно с выходным кодом счетчика 9. Одно- 20 временно выходное напряжение пикового детектора 4 сравнивается в компараторе 7 с напряжением Е „, источника 8 опорного напряжения, соответствующим верхней границе U«,, динами- 25 ческого диапазона аналого-цифрового преобразователя 5 и усилителя 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления. При превышении сигналом напряжения Е „, происходит срабатыва- 30 ние компаратора 7, в результате которого на выходе одновибратора ll формируется импульс определенной длительности, вызывающий увеличение на единицу кода счетчика 9 и уменьшение на один шаг коэффициента усиления усилителя 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления. Одновременно через элемент ИЛИ 6 этим же импульсом производится сброс (прекращение цик- 40 ла преобразования) аналого-цифрового преобразователя 5 и пикового детектора 4. Длительность импульса одновибратора 11 выбирается из условия уменьшения напряжения на выходе пико- „5 вого детектора 4 от значен U б,, до значения 11,Р, которое соответствует нижней грайице рабочего динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя 5 и находится из условия: 1. ««т« = мин Ь, К;+,/К„, где

К,, К;„- ближайшие дискретные коэффициенты усиления усилителя .3. Обычно отношение К. /K. постоянно и равно

"i+1 1 целой степени двойки, т.е. 2, где

1 1, 2, 3,..., что облегчает представление результата измерения в двоичной системе исчисления. В этом случае I« „„Р =. 2 b <,«-p. В результате время сброса пикового детектора 4 устанавливается минимально необходимой величины. Длительность переходного процесса в данном устройстве, связанная с перекл««чением коэффициента усиления, определяется большей. из двух наиболее существенных составляющих — времени сброса пикового детектора t „д и по времени установления усилителя 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления t „,т у т.е. уст inc",KC (t, пд t уст, )

Если t уст. «, ««д, то время установления устройства t у„= t „д и при указанном способе задания длительности выходного импульса одновибратора

11 является минимальным. Если t „„

v t ««д, то длительность импульса одновибратора 11 должна быть увеличена до значения t „,,y, Фиксация остаточного напряжения пикового детектора 4 на уровне Ь «, „ (или несколько меньшем при t «ст. y) t „д) способствует ускорению отслеживания им выходного напряжения усилителя на участке нарастания после снятия импуль" а броса.

Время установления усилителя 3 с дис;;ретно изменяемым коэффициентом усиления зависит от структуры усилителя. Наибольшее время установления имеет место в структуре с последовательно включенным управляемым аттенюатором и усилителем с максимально возможным коэффициентом усиления.

Меньшее гремя установления может быть получено в усилителе с дискретно изменяемой глубиной обратной связи, однако управление усилением связано здесь с внедрением во внутреннюю структуру усилителя. Наименьшее время установления может быть получено в структуре из и последовательно включенных каскадов 12-1, 12-2,...,12-и с усилением, равным 2, е подключенных выходами к аналоговому мультиплексору 13, который управляется выходным кодом счетчика 9 .(фиг. 2). Время установления в та— кой структуре определяется временем переключения мультиплексора 13, которое при выполнении его на быстродействующих элементах (например. ключах типа 590KH8) может составлять десятки наносекунд, Необход««мая развязка выходов каскадов 12-1,...,1.2-п уси-: « лителя может быть обеспечена путем

14694 соответствуюцего построения мультиплексоров 13, например с использованием последовательно-параллельных ключей. Для ускорения разряда эапомикаюц1его конденсатора пикового детек5 тора 4 целесообразно на время сброса отключать его от входного сигнала с помощью последовательного ключа, также управляемого сигналом сброса.

Следовательно, данная с трук тура устройства позволяет получить минимальное время переключения усиления при соответствующей реализации его элементов. 16

После завершения нарастания входного сигнала на выходе детектора 4 установится напряжение „пропорциональное максимальному значению сигнала Ь „,1, = К Ь „, „„,„д, а в счетчике

9 будет зафиксирован код усиления

К,. Напряжение Ь„д,„ст, преобразованное аналого-цифровым преобразователем 5 в цифровой код, вместе с кодом усиления заносится в блок 10 обработ- 2В ки информации. Преобразование напряжения пикового детектора 4 в код целесообразно производить периодически в течение всего измерительного щпсла с относительно низкой частотой с це- Зо лью исключения влияния погрешности хранения пикового детектора. Это позволяет уменьшить необходимую емкость запоминающего конденсатора пикового детектора 4 и тем самым ещ, более со кратить время его сброса. Максимальное значение сигнала выявляется в блоке 10 обработки информации.

В одном из возможных вариантов реализации блока 10 обработки информации (фиг. 3) зта задача решается блоком 14 цифрового выделения максимума сигнала.с помощью элементов 26, 29 сравнения кодов, элементов И 25, 28 и регистров 24, 27, в которые записываются текущие значения кодов сигнала, если они превышают ранее записанные максимальные значения этих кодов . Управление записью производится сигналом с блока 16 запуска анало- 50 го-цифрового преобразователя (генератор 21 импульсов, элемент и 22 и элемент 23 задержки), опережающим сигнал запуска на время цифрового выделения.максимума сигнала. 55

Конец измерительного цикла.выявляется с помощью блока 17 определения временных границ акустического импульса. В этом блоке с помощью детек46 6 тора 19 формируется прямоугольная огибающая сигнала по уровню, определяемому напряжением порога U t,, подаваемого на компаратор 18, на сигнальный вход которого поступает сигнал с выхода усилителя 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления, Величина порога выбирается меньшей напряжения нижней границы динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя, т.е. U„„(U„, . Детектор 19 прямоугольной огибающей может быть выполнен либо в виде простейшего диодного импульсного детектора, либо на основе цифровых элементов. Выходной сигнал детектора прямоугольной огибающей 19 разрешает запуск аналого-цифрового преобразователя 5 через элемент И 22 блока 16 запуска анало"о-цифрового преобразователя и ввод кодов максимального значения сигнала из регистров 24, 27 в регистратор 15.

По заднему фронту этого импульса на выходе формирователя 20 импульсов формируется импульс, соответствующий концу измерительного цикла. Этот импульс поступает на выход блока 10 обработки информации и сбрасывает счетчик 9, регистры 24, 27, а также пиковый детектор 4 и аналого-цифровой преобразователь 5 (через элемент

ИЛИ 6), подготавливая устройство к новому измерительному циклу.

Реально устройство является составной частью сложных многоканальных систем обработки сигналов акустической эмиссии, содержащая специализированные или универсальные микро-ЭВМ, с помощью которых ряд функций блока

10 обработки информации могут выполняться на программном уровне, например выделение максимальногО значения сигнала, адаптивное управление порогом компаратора 18, определяющим временные границы импульса; с помощью микро-3ВМ также возможна коррекция погрешностей измерения максимальных значений сигнала, в том числе за счет неточной установки и изменения коэффициентов усиления каскадов усилителя 3 с дискретно изменяемым коэффициентом усиления. Это позволяет снизить требования к параметрам элементов и упростить их реализацию.

Все узлы устройства реализуются на серийных аналоговых и цифровых интегральных микросхемах. Их быстродействие определяется параметрами обраба1469446 тываемых сигналов акустической эмиссии, которые в зависимости от обла сти применения устройства могут иметь частоты заполнения от сотен герц до

5 единиц мегагерц и длительности от допей до сотен миллисекунд. В качестве аналого-цифрового преобразователя можно использовать микросхемы К572ПВ!

К1113ПВ1 и К1118ПВ1, а для сигналов ,.большой длительности его можно реализовать на дискретных элементах по . простейшей последовательной схеме с

J единичным приближением. Регистратор

15 может представлять собой как простейший цифровой индикатор, так и более сложное устройство, сопрягаемое с микро-ЭВИ, например оперативное запоминающее устройство. Пиковый де тектор 4 выполняется по типовым С5се мам.

Таким образом, благодаря минимизации длительности переходных процессов, связанных с переключением коэффициента усиления усилителя, повышается достоверность результатов измерения максимальных значений сигналов акустической эмиссии и, следовательно, общая достоверность результатов ЗО контроля. формула изобретения устройство для акустикО эмнссион» ного контроля, содержащее последовательно соединенные преобразователь, предусилитель и усилитель с дискретно изменяемым коэффициентом усиления, пиковьп детектор, аналого-цифровой преобразователь, элемент ИЛИ, компаратор, источник опорного напряження, счетчик и блок обработки информации, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ и сбросовому входу счетчика, а информационные входы соответственно — к выходу счетчика, который соединен также с управляющим входом усилителя с дискретно изменяемым коэффициентом усиления, и выходу аналого-цифрового преобразователя, сигнальный вход которого подключен к выходу пикового детектора, а сбросовый вход — к выходу элемента ИЛИ, пороговый вход компаратора подключен к источнику опорного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, в него введен одновибратор, вход которого подключен к выходу компаратора, а выход соединен со счетньм входом счетчика и вторым входом элемента ИЛИ, соединенного выходом со сбросовьак входом пикового детектора, выход которого соединен с сигнальньи входом компаратора, выход усилителя с дискретно изменяемым коэффициентом усипения соединен с сигнальным входом пикового детектора и дополнительньи входом блока обработки информацж, дополнительный выход которого соединен с входом запуска аналого:.цифрового преобразователя, 146944Ь

Составитель Г. Максимочкин

Редактор М. Келемеш Техред Л.Сердюкова Корректор М. Демчик

Заказ 1354/51 . Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва,- й-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101