Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано как безэталонный дефектоскоп. Цель изобретения - повышение чувствительности контроля за счет измерения времени прохождения ультразвука не по первой полуволне принятого сигнала. Синхронизатор и триггер обеспечивают попеременное измерение времени прохождения ультразвука базового расстояния низкочастотным и высокочастотным сигналами. По принятому уровню сигнала в низкочастотном сигнале настраивают коэффициент усиления в приемном высокочастотном канале. Это обеспечивает независимость от неодинаковых контактных условий пъезопреобразователей и измерение времени прохождения ультразвука высокочастотным сигналом по непервым полуволнам принятого сигнала. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.Я0„„1597720 (51) 5

», с, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4605372/25-28 (23) 15. 11.88 (46) 07.10.90. Вюл. Н 37 (71) Московский горный институт (72) А.A,Ермолин, В.Л.1 1куратник и В.С,Ямщиков (53) 620.179. 16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

b" 911316, кл. : 01 11 29/04, 1979, (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

КОНТРОЛЯ КАЧГСТВА МАТГРИАЛОВ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано как безэталонный деАектоскоп. 11ель изобретения — повышение чувстнитеги,ности контроля за

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов в машиностроении, строительстве, горной и других отраслях промышленности и может быть использовано как безэталонный деАектоскоп.

Целью изобретения является повышение чувствительности контроля за счет измерения времени прохождения ультразвука не по первой полунолне принятого сигнала.

Иа Аиг. 1 представлена структурная схема устр< йстна; на Аиг. 2 временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Устройство содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, триггер 2, первый элемент И 3, первый генератор 4 :ондирующих импульсон счет измерения времени прохождения ультразвука не по первой полунолне принятого сигнала. Синхронизатор и триггер обеспечивают попеременное измерение времени прохождения ультразвука базового расстояния низкочастотным и высокочастотным сигналами. По принятому уровню сигнала н низкочастотном сигнале настраивают коэААициент усиления в приемном высокочастотном канале. Это обеспечинает независимость от неодинаковых контактных условий пьезопреобразонателей и измерение времени прохождения ультразнука высокочастотным сигналом по непервым полуволнам принятого сигнала. 2 ил. и первый излучающий пьезопреобразователь 5, последовательно соединенные первый приемный пьезопреобразователь б,усилитель 7,первый пороговый элемент

8,элемент ИЛИ 9,нремяизмерительный блок 10, второй вход которого подключен к синхронизатору 1, последовательно соединенные с синхрониза.тором 1 второй элемент И 11, второй генератор 12 зондирующих импульсов и второй излучающий пьезопреобразователь 13, последовательно соединенные второй приемный преобразователь

14, управляемый усилитель 15 и второй пороговый элемент 16, подключенный к второму входу элемента ИЛИ 9, детектор 17 огибающей, включенный между усилителем 7 и управляющим входом управляемого усилителя 15, 1597720 двухпозиционный индикатор 18, подключенный к выходам триггера 2. Второй вход первого элемента И 3 связан с синхронизатором 1, а второй выход триггера 2 связан с вторым входом второго элемента И 11. Приемные пьеэообрязовятели 6 и 14 и излучающие пьезопреобрязонятели 5 и 13 установлены соответственно на общих концентрато45 рах.

Устройство работает следующим образом.

Синхроимпульс 19 синхронизатора 1 поступает во нремяизмерительный блок

10 и устанавливает его в исходное

"0" состояние, Одновременно импульс

19 синхронизатора 1 поступает на один из входов каждого из элементов

И 3 и t1, я также на вход триггера

2. Последний перебрасывается в новое состояние задним фронтом синхроимпульса 19. После включения устройства ня первом выходе триггера 2, соединенном с первым элементом И 3, высокий уровень выходного напряжения

20,т.е.состояние логической "1".Поэтому импульс 19 синхронизатора 1 с выхода первого логического элемента И 3 поступает на вход первого (низкочас30 тотного) генератора 4 зондирующих импульсов, напряжение 21 с выхода которого поступает на первый (низкочастотный) излучающий пьезопреобрязователь 5.

Излученный пьезопреобразователем

5 акустический импульс, пройдя контролируемую базу материала, воспринимается первым (низкочастотным) приемным преобразователем 6. Электрический сигнал с выхода преобразова- 40 теля 6 поступает на избирательный усилитель 7, полоса пропускания которого согласована со спектром низкочастотного сигнала с преобразователя 6. Сигнал 22 с выхода усилителя

7 поступает на первый пороговый элемент 8 и детектор 17 огибающей. При превышении сигналом 22 уровня U rtop1 срабатывания первого порогового эле- мента 8, последний формирует импульс

23, поступающий через элемент ИЛИ 9 на времяизмерительный блок 10, » который измеряет и индуктирует время распространения низкочастотного зондирующего сигнала (эталонное время) )5 поскольку дефекты не сильно влияют на низкочастотный сигнал.

Индикацию о том, что времяизменительный блок 1О измеряет время t> (по низкочастотному каналу) дает днухпозиционныч индикатор 18, срабатывающий по заднему фронту сигнала 20 с первого выхода триггера 2. Индикатор 18 может быть выполнен, например, .ня двух светодиодах, каждый из которых включен н нагрузочную цепь соответствующего ключа,управляемого сиг-; налами соответственно с первогои второго выходов триггера 2.

Следующий импульс 24 синхронизатора 1 устанавливает нремяизмерительныч блок 10 н исходное "0" состояние и одновременно поступает на вход второго элемента И 11. Поскольку на втором входе его в это время напряжение 25 логической "1" с второго выхода триггера 2, то импульс 24 синхронизатора 1 поступает на вход второго генератора 12 зондирующих импульсов. Сигнал 26 с выхода генератора

12 (высокочястотного) возбуждает второй излучающий пьезопреобразовятель 13, с помощью которого в контролируемый материал излучается ультразвуковой высокочастотный сигнал.

Пройдя контролируемую базу материала, этот сигнал принимается вторым (высокочастотным) приемным пьезопреобразовятелем 14, откуда в виде электрического сигнала поступает на вход управляемого усилителя 15, полоса пропускания которого соответствует частотному. спектру сигнала с выхода пьезопреобразователя 14.

Коэффициент усиления управляемого усилителя 15 определяется уровнем сигнала, поступившего в предыдущий период с детектора 17 огибающей. Причем коэффыциент усиления управляемого усилителя 15 находится в обратной зависимости от уровня напряжения, поступающего íà его управляющий вход т.е.фактически от уровня напряжения 22 на выходе усилителя 7. Благодаря этому обеспечивается минимальный коэффициент усиле п..я управляемого усилителя 15, который гарантирует однако при прозвучивании бездефектного участка материала срабатывание второго поро1 гового устройства 16 по первому вступлению принятого сигнала.

Таким образом, если деАектов на контролируемой базе материала нет, срабатывание порогового устройства

16, имеющего порог срабатывания Unopa>

159 происходит по первому вступлению сигнала 97 с выходя управляемого усилителя 15. Сигнал 28 с выхода по-, рогового устройства 16 через элемент

ИЛИ 9 поступает ня нремяизмерительный блок 10, которьп измеряет и и фицирует искомое время распространения

t < н бездефектном материале. Посколь. ку обя излучающих пьезопреобразователя 5 и 13 и приемных пьезопреобразовятеля 6 и 14 устанавливаются соответственно в одних и тех же точках контроля (это достигается, например, установкой преобразователей ня конических нолноводях с точечными контактами), то база контроля и контактные условия по высокочастотному и низкочастотному трактам одинаковы и, следовательно, t p = tа. 0 том, что времяизмерительный блок измеряет н данн»ьй момент время t р (по высокочастотному тракту), сигнализирует двухпозиционный индикатор 18, срабатывающий по заднему фронту сигнала 25 с выхода триггера 2.

При наличии дефекта (няпример, в виде сомкнутой трещины) на базе контроля между пьезопреобразонателями

13 и 14, уровень акустического сигнаE ла, воздействующего на приемный преобразователь 14, уменьшается. Соот - . ветственно уменьшается уровень электрического сигнала 29 на выходе управляемого усилителя 15. Коэффициент усиления этuiî усилителя пряктичес— ки такой, кяк и н предыдущем сгтчае бездефектного участка, поскольку рассматриваемый тип дефекта не оказывает сколь-нибудь заметное влияние на низкочастотный сигнал, от уровня которого зависит величина управляющего напряжения с детектора

17 °

Сигнал 29 с выходя управляемого усилителя 15 поступает ня второй пороговый элемент 16, .который вырабатывает сигнал 30, по которому производится измерение нремяизмеритель- ным блоком 10, который измеряет и индицирует время t распространения ультразвуковых колебаний на дефектном участке. Поскольку срабатывание нторого порогового элемента 16 происходит при этом не по первому, а по одному из последующих вступлений сигналя 29, то измеряемое времяизмерительным блоком 10 время оказывается существенно большим, чем

7720 6 эталонное время С . Что обеспечивает повышение чувствительности контроля по сравнению с прототипом.

По заднему фронту импульса 24 синхронизатора 1 триггер 2 перебрасывается в новое состояние устойчивого равновесия, на его первом выходе появляется сигнал логической

"1". С приходом следующего импульса синхронизатора 1 нсе процессы в устройстве повторяются снова.

Низкочастотный тракт устройства (преобразователи 5 и 6) может быть настроен на частоту 60 кГц, а высокочастотный (преобразователи 13 и

14) — ня частоту 500 кГц. База контроля при поверхностном профилировании составляет 20 см. При этом измеренные

2О устройством на этой базе, содержащеч укязанньг ньппе тип дефекта, времена распространения ультразвуковых коле,баний составляют t g = 50 мкс и t g =

= 62 мкс.В то же время измерения,про—

25 неденные в тех же условия:- также на частате 600 кГц с помощью прибора УК-10

ПИС, дают значение t = 53 мкс, что

,.практически не отличается от значения для бездефектного участка.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить чувстнитечьность контроля по отношению к дефектам рассматриваемого нида.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов, содержа—

40 щее последовательно соединенные синхронизатор, триггер и первый элемент

И, второй вход которого подключен к синхронизатору, последовательно соединенные приемный пьезопреобразова- .

5 тель,управляемьпЪ усилитель и первый по роговый элемент, последовательно соединенные первьпЪ генератор зондирующих импульсов и излучаюг ий пьезопреобразователь, второй пороговый эле50 мент, второй элемент И и времяизмерительньп блок, первый вход которого. подключен к синхронизатору, о т л ич а ro tq e e с я тем, что, с целью поньппения чувствительности, оно снабжено последовательно соединенными

55 вторым генератором зондирующих импульсов, вход которого подключен к выходу первого элемента И, и вторь.м излучающим пьезопреобразонятелем, 1597720 и

u.ap и

Unop фиг. 2

Составитель Л.Кондрыкинская

Редактор A.IIàíäoð Техред N.Äèäûê Корректор Л.Патай

Заказ 3049 Тираж 505 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при I KIIT CCCP

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 последовательно соединенными вторым приемным пьезопреобразователем и усилителем, подключенным к входу второго порогового элемента двухпози)

5 ционным индикатором, включенным между выходами триггера, элементом ИЛИ, входы которого подключены к выходам соответствующих пороговых элементов, а выход — к второму входу времяизме10 рительного блока, детектором < гибаю— щей, включенным между управляю|цим в,::с дом управляемого усилителя и выходо.". усилителя, входы второго элемента И подключены соответственно к второму выходу триггера и выходу синхронна »тора, а Bblxojlbl элементов И соединены с входами соответствуюг их генераторов зондирунт1их импульсов.