Устройство для ультразвукового контроля

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов акустическими методами, основанными на регистрации ультразвуковых резонансных колебаний. Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет анализа параметров амплитудно-частотной характеристики и числа собственных колебаний изделия в нескольких поддиапазонах частот. Весь диапазон частот, в котором измеряются параметры амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), разбивается на несколько поддиапозонов, в каждом из которых производится подсчет числа резонансов, определение амплитуды и частоты максимально из них. Если они не попадают в заданный для данного типа контролируемых изделий интервал хотя бы по одному из параметров, изделие признается негодным, в противном случае процедуры контроля проводятся в следующем поддиапазоне. При завершении просмотра всех поддиапазонов подсчитывается общее число резонансов и при попадании в заданный интервал изделие считается годным. Это позволяет производить оценку контролируемого изделия как сложной колебательной системы по всей совокупности параметров АЧХ в нескольких частотных поддиапазонах с учетом составляющих, обусловленных наличием в изделии дефектов различного типа и ориентации. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Р"

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4448226/25-28 (22) 27.06.88 (46) 30.07.90. Бюл. № 28 (71) Институт сверхтвердых материалов

АН УССР (72) Г. Л. Галайчук, А. В. Щербаков, Н. И. Городыский, 3. P. Малиновская, В. П. Овсяник и С. Ф. Остриченко (53) 620.179.16 (088.8) (56) Веремеенко С. В. Мейерсон В. Г. Ультразвуковой резонансный метод определения поперечных размеров тонких волокон и проволоки. — Дефектоскопия, 1982, № 8, с. 5. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ, (57) Изобретение относится к неразрушак1щему контролю материалов акустическими методами, основанными на регистрации ультразвуковых резонансных колебаний. Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет анализа параметров амплитудно-частотной характеристики и числа собственных колебаний изделия в несИзобретение относится к неразрушающему контролю материалов акустическими методами, основанными на регистрации ультразвуковых (УЗ) резонансных колебаний, и может быть использовано для контроля качества изделий.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет анализа параметров амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и числа собственных колебанийй изделия в нескольких поддиа пазонах частот.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — амплитудночастотная характеристика контролируемого изделия.

„„SU„„1582114 д 1

2 кольких поддиапазонах частот. Весь диапазон частот, в котором измеряются параметры амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), разбивается на несколько поддиапазонов, в каждом из которых производится подсчет числа резонансов, определение амплитуды и частоты максимального из них.

Если они не попадают в заданный для данного типа контролируемых изделий интервал хотя бы по одному из параметров, изделие признается негодным, в противном случае процедуры контроля проводятся в следующем поддиапазоне. При завершении просмотра всех поддиапазонов подсчитывается общее число резонансов и при попадании в заданный интервал изделие считается годным. Это позволяет производить оценку контролируемого изделия как сложной колебательной системы по всей совокупности параметров АЧХ в нескольких частотных поддиапазонах с учетом составляющих, обусловленных наличием в изделии дефектов различного типа и ориентации.

2 ил.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 качающейся частоты и излучатель 2 УЗ колебаний, последовательно соединенные приемник 3 УЗ колебаний, усилитель 4 и амплитудный детектор 5, частотомер 6, вход которого подключен к выходу генератора 1 качающейся частоты, индикатор 7, последовательно соединенные триггер 8, генератор 9 тактовых импульсов и первый счетчик !О импульсов, первую схему 11 задержки, первый, второй и третий дешифраторы 12 — 14, последовательно соединенные блок 15 задания порога обнаружения, первый пороговый блок 16 и второй счетчик 17 импульсов, последовательно соединенные фильтр

1582114 з

18 нижних. частот, аналого-цифровой преобразователь 19, второй пороговый блок 20, вторую схему 21 задержки и регистр 22, схему ИЛИ 23 и блок 24 принятия реФения, включающий последовательно соедийенные третий пороговый блок 25 и шифратор 26, выход которого подключен к индикатору 7, и первый, второй и третий двухпороговые блоки 27 — 29, первый вход третьего порогового блока 25 подключен первому входу второго двухпорогового лока 28, к второму входу второго порогового блока 20 и к выходу регистра 22, Второй вход — к первому входу первого двухпорогового блока 27 и к выходу вто ого дешифратора 13, выход —,к первому ходу схемы ИЛИ 23, второй вход первого

)двухпорогового блока 27 подключен к вы ходу частотомера 6, выход — к вторым входам шифратора 26 и схемы ИЛИ 23, :второй вход второго двухпорогового бло,ка 28 подключен к первому входу третьего двухпорогового блока 29 и к выходу третьего дешифратора 14, выход — к третьему входу шифратора 26 и к третьему входу схемы ИЛИ 23, второй вход третьего двухпорогового блока 29 подключен к выходу второго счетчика 17, выход — к четвертому входу шифратора 26, $-вход триггера 8 является входом «Пуск» устройства, R-вход подключен к выходу схемы ИЛИ 23, выход — к вторым входам первого и второго счетчиков 10 и 17 импульсов, вход первой схемы 11 задержки подключен к выходу генератора 9 тактовых импульсов, выход — к второму входу аналогоцифрового преобразователя 19, выход первого счетчика 10 импульсов подключен к входу генератора 1 качающейся частоты и к входам первого, второго и третьего дешифраторов 12 — 14, выход аналого-цифрового преобразователя 19 — к вторым входам первого порогового блока 16 и регистра 22, выход второй схемы 21 задержки — к второму входу частотомера 6, выход первого дешифратора 12 — к третьему входу регистра 22, а выход амплитудного детектора 5 — к входу фильтра 18 нижних частот.

Устройство работает следующим образом.

После подачи на S-вход триггера 8 сигнала «Пуск» последний устанавливается в состояние «1». Сигнал логической единицы с выхода триггера 8 подается на разрешающий вход генератора 9 тактовых импульсов и на второй вход первого счетчика 10 импульсов. Генератор 9 начинает вырабатывать периодические тактовые импульсы, поступающие на первый (счетный) вход первого счетчика 10 импульсов. До поступления сигнала «Пуск» с нулевым уровнем с выхода триггера 8 первый счетчик 10 импульсов находится в состоянии «О». После запуска триггера 8 под воздействием тактовых импульсов с генератора 9 содержимое первого счетчика 10 импульсов увеличивается на единицу по каждому тактовому импульсу. Выходной код первого счетчика 10 импульсов поступает на управляющий вход генератора 1 качающейся частоты (ГКЧ 1), частота колебаний которого пропорциональна величине управляющего кода. Таким образом, после поступления каждого импульса с генерато10 ра 9 тактовых импульсов частота колебаний ГКЧ 1 «делает шаг» в сторону увеличения, Шаг изменения частоты S< выбирается из критерии S ((б(, гие Af=fA (А„/И 2)— (г (A 2, à (а (А,/ /2) и (и, (A

/- 2) — боковые частоты на уровне 0,707 от резонансного пика колебательной системы излучатель — контролируемое изделие. Скорость перестройки по частоте определяется величиной задержки считывания значения АЧХ, равной длительности переходных процессов в колебательной системе при прохождении резонансных пиков с минимальной шириной.

Электрические колебания с выхода ГКЧ 1 поступают на излучатель 2 ультразвуковых колебаний, преобразующий электрические колебания в механические. Излучатель 2 возбуждает вынужденные ультразвуковые колебания в контролируемом образце. Вынужденные колебания образца, воздействуя на приемник 3 ультразвуковых колебаний, преобразуются и электрические колебания, которые усиливаются усилителем 4 до уровня, необходимого для нормальной работы амплитудного детектора 5. Амплитудный детектор 5 совместно с фильтром 18 нижних частот обеспечивают выделение амплитудной огибающей колебаний. Сигнал с выхода фильтра 18 нижних частот поступает на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя 19 (АЦП 19), с выхода которого снимается двоичный код, соот40 ветствующий уровню входного аналогового сигнала. Запуск АЦП 19 осуществляется тактовыми импульсами, проходящими через первую схему 11 задержки и поступающими на второй вход АЦП 19. Величина задержки равна длительности времени установления колебаний в образце и тракте обработки после переключения «шага» по частоте. Код выхода АЦП 19 поступает на второй вход первого порогового блока 16, на первый вход которого пос50 тупает код порога «Пор-О» (фиг. 2) с блока

15 задания порога обнаружения. Порог

«Пор-О» является порогом обнаружения локальных экстремумов АЧХ на фоне помех и наводок. Значение его определяется амплитудой возбуждающего сигнала, чувствительностью приемно-усилительного тракта, а также уровнем внешних помех и собственных шумов усилителя. В момент превышения кодом с выхода АЦП 19 поро1582114

5 гового кода «Пор-О» с выхода первого порогового блока 16 подается перепад уровня на первый (счетный) вход второго счетчика 17 импульсов. Последний производит подсчет числа экстремумов, превышающих порог обнаружения «Пор-О». На второй вход второго счетчика 17 импульсов подается сигнал разрешения с триггера 8, после снятия которого второй счетчик 17 импульсов устанавливается в состояние «О».

Одновременно двоичные коды с выхода

АЦП 19 поступают на второй вход регистра 22 и на первый вход второго порогового блока 20, на второй вход которого поступает код с выхода регистра 22.

Если код с АЦП 19 превышает выходной код регистра 22, то на выходе второго порогового блока 20 формируется сигнал, который через вторую схему 21 задержки подается на первый вход регистра 22, обеспечивая запись в него нового значения кода с выхода АЦП 9. Таким образом, в регистре 22 фиксируется максимальное значение кода с выхода АЦП 19.

Параллельно сигнал с выхода схемы 21 задержки запускает частотомер 6, в котором фиксируется частота, соответствующая максимуму амплитуды, хранимому в регистре 22. При достижении кодом в первом счетчике 10 импульсов значения, соответствующего частоте f4 (фиг. 2), с выхода второго дешифратора 13 поступает сигнал разрешения на второй вход третьего порогового блока 25. При этом значение кода, хранимого в регистре 22, сравнивается со значением порога «Пор-1» (фиг. 2).

Этот порог является порогом оценки уровня амплитуды наибольшего экстремум" АЧХ в первом частотном поддиапазоне (фиг. 2). Значение «Пор-1» определяется амплитудой возбуждающего сигнала, чувствительностью приемно-усилительного тракта, а также акустическими свойствами контролируемого класса изделий. Если код с регистра 22 оказывается ниже порога

«Пор-1», то на первый вход шифратора 26 и первый вход схемы ИЛИ 23 подается сигнал логической единицы. При этом сбрасывается триггер 8, устройство возвращается в исходное состояние, а шифратор 26 выдает на индикатор 7 сообщение, свидетельствующее о плохом размещении датчиков на образце или о браке образца. Изменяют положение датчиков и повторяют процедуру. Если указанное сообщение повторится 2 — 3 раза, то образец считают негодным. Если же код с регистра 22 оказывается выше порога «Пор-1», то на выходе третьего порогового блока 25 остается предыдущий нулевой уровень сигнала. Разрешающий сигнал с дешифратора

13 поступает также на первый вход первого двухпорогового блока 27, на второй вход которого поступает код с выхода частотомера 6. Если код частоты оказы10 !

55 вается меньше 4 или больше fq, то с выхода первого двухпорогового блока 2? на второй вход шифратора 26 и второй вход схемы

ИЛИ 23 подается сигнал логической «1», сбрасываюший триггер 8. При этом устройство возвращается в исходное состояние, а шифратор 26 выдает на индикатор 7 сообщение, свидетельствующее о браке образца.

Если же код частоты оказывается в пределах 4(4(!з, то перестройка ГКЧ 1 продолжается. При достижении в первом счетчике 10 импульсов значения кода, соответствующего частоте 4 (фиг. 2), с выхода первого дешифратора 12 поступает на третий вход регистра 22 обнуляющий импульс, и далее в этом регистре происходит поиск максимума амплитуды на частотах выше fg.

При достижении в первом счетчике 1Î импульсов значения кода. соответствующего концу частотного диапазона 16, с выхода третьего дешифратора 14 на второй вход второго двухпорогового блока 28 поступает разрешающий сигнал. На его первый вход подается код с выхода регистра 22. Если выходной код регистра 22 оказывается меньше порога «Пор-2» или больше «Пор-3», то с выхода второго двухпорогового блока 28 на третий вход шифратора 26 и первый axo cxev . ИЛИ 23 подается сигнал лсги еской "i>», сбрасываюший триггер 8.

При это;. . устройсгвс возвращается в исходное состояние, а шифратор 26 выдает на индикатор 7 ссобгцение, свидетельствуюшее о браке образца. Пороги «Пор-2» и «Пор-3» являются порогами оценки уровня амплитуды наибольшего экстремума АЧХ в третьем частотном поддиапазоне f ..., Если выходной код регистра 22 оказывается в предела х «Пор-2»(А(«Пор-3», то на выходе второго двухпорогового блока 28 сигнал остается прежним и равным нулю. Разрешающий сигнал с дешифратора 14 поступает также на второй вход третьего двухпорогового блока 29, на второй вход которого поступает код с выхода второго счетчика 17 импульсов.

Если выходной код второго счетчика 17 импульсов оказывается в пределах и..» (и( (n, то с выхода третьего двухпорогового блока 29 подается сигнал логического «О» на четвертый вход шифратора 26. Последний выдает на индикатор 7 сообщение, свидетельствующее о пригодности изделия. Если

n(n. или n)n". то на третий вход шифратора 25 подается сигнал логической «1», при этом на индикатор 7 выводится сообщение, свидетельствуюшее о браке изделия.

Таким образом, контроль изделия проводится следующим образом.

Весь диапазон частот, в котором измеряются па ра метры АХЧ, разбивается на несколько поддиапазонов, в каждом из кото15821 рых осуществляются следующие операции: подсчитывается число резонансов; определяются амплитуда и частота максимального из них. И если они не попадают в заданный для данного типа контролируемых образцов интервал хотя бы по одному из параметров (частоте или амплитуде), изделие признается негодным, в противном случае, те же процедуры проводятся в следующем поддиапазоне: при завершении «просмотра» всех поддиапазонов подсчитывается общее 10 число резонансов, и если оно попадает в заданный интервал, то изделие считается годным.

Благодаря применению дополнительных блоков и новых связей устройство позволяет производить оценку контролируемого изделия как сложной колебательной системы по всей совокупности определяемых параметров АЧХ в нескольких поддиапазонах, на которые разбит весь контролируемый частотный диапазон, с учетом составляющих, 20 обусловленных наличием в изделии дефектов различного типа и ориентации. Учет этих составляющих в общей совокупности анализируемых параметров изделия ведет к повышению достоверности контроля.

Формула изобретения

Устройство для ультразвукового контроля, содержащее последовательно соединенные генератор качающейся частоты и излучатель ультразвуковых колебаний, последовательно соединенные приемник ультразвуковыхх колеба ний, усилитель и амплитудный детектор, частотомер, вход которого подключен к выходу генератора качающейся частоты, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено последовательно соединенными триггером, генератором тактовых импульсов и первым счетчиком импульсов, первой схемой задержки, первым, вторым и третьим дешифраторами, последо- 40 вательно соединенными блоком задания по14

8 рога обнаружения, первым пороговым блоком и вторым счетчиком импульсов, после-. довательно соединенными фильтром нижних частот, аналого-цифровым преобразователем вторым пороговым блоком, второй схемой задержки и регистром, схемой ИЛИ и блоком принятия решения из последовательно соединенных третьего порогового блока и шифратора, выход которого подключен к индикатору, и первого, второго и третьего двухпороговых блоков, первый вход третьего порогового блока подключен к первому входу второго двухпорогового блока, к второму входу второго порогового блока и к выходу регистра, второй вход — к первому входу первого двухпорогового блока и к выходу второго дешифратора, выход — к первому входу схемы ИЛИ, второй вход первого двухпорогового блока подключен к выходу частотомера, выход — к вторым входам шифратора и схемы ИЛИ, второй вход второго двухпорогового блока подключен к первому входу третьего двухпорогового блока и к выходу третьего дешифратора, выход— к третьим входам шифратора и схемы ИЛИ, второй вход третьего двухпорогового блока подключен к выходу второго счетчика, выход — к четвертому входу шифратора, S-вход триггера является входом «Пуск» устройства, К-вход подключен к выходу схемы ИЛИ, выход — к вторым входам первого и второго счетчиков импульсов, вход первой схемы задержки подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход — к второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход первого счетчика импульсов подключен к входу генератора качающейся частоты и к входам первого, второго и третьего дешифраторов, выход аналого-цифрового преобразователя — к вторым входам первого порогового блока и регистра, выход второй схемы задержки — к второму входу частотомера, выход первого дешифратора — к третьему входу регистра, а выход амплитудного детектора — к входу фильтра нижних частот.

1582114

Составитель В. Белозеров

Редактор А. Маковская Техред А. Кравчук Корректор М. Самборская

Заказ 2085 .Тираж 509 Г1одписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Рву шская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101