Ультразвуковой дефектоскоп

 

Изобретение относится к неразрушающим импытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля материалов и изделий в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение достоверности измерений за счет увеличения помехоустойчивости и обеспечения линейности амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта. В устройство, содержащее синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсоо, преобразователь 3, усилитель 4, блок 5 задержки , аналоговый перемножитель 6 и регистратор 7, введены трансоерсальиые фильтры 8 и 9 и амплитудный ограничитель 10. Формирование входных сигналов для аналогового перемножителя 6 с помощью трансверсальных фильтров 8, 9, согласопанных соответственно с ожидаемым полезным сигналом и клиппированным полезным сигналом , приводит к дополнительному подавлению сигналов помех, отличающийся от полезного сигнала по частоте, и устраняв, влияние на выходной сигнал аналогового перемножителя искажений отдельных полупериодов полезного сигнала импульсными помехами. Опорным сигналом при синхронном детектировании является ограниченный (клипированный) сигнал, и амплитуда импульсов на выходе аналогового перемножителя 6 линейно зависит от ампалитуды ультразвуковых импульсов, что позволяет использовать амплитуду импульсов на выходе аналогового перемножителя 6 в качестве информативной характеристики, соответствующей параметрам дефекта в контролируемом изделии, 2 ил ON А .- К ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (J9) (111 (я1з G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕН(ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1 (21) 4660580/28 (22) 10.03,88 (46) 15.03.91. Бюл. N. 1О (71) Научно-производственное объединение по автоматизации горнорудных, метталургических предприятий и энергетических, обьектов черной металлургии "Днепрчерметавтоматика (72) С.К. Заславский, О.В. Неволин, В.В. Белый и С.А. Комков (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hk 989470, кл. G 01 N 29/04, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1357839, кл, G 01 N 29/04, 1987. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОП (57) Изобретение относится к неразрушающим импытаниям ультразвуковым методам и может быть использовано для контроля материалов и изделий в различных отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение достоверности измерений за счет увеличения помехоустойчивости и обеспечения линейности амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта.

В устройство. содержащее синхронизатор

1, генератор 2 зондирующих импульсов, преобразователь 3, усилитель 4, блок 5 задержки, аналоговый перемножитель 6 и регистратор 7, введены трансверсальные фильтры 8 и 9 и амплитудный ограничитель

10. Формирование входных сигналов для аналогового перемножителя 6 с помощью трансверсальных фильтров 8, 9, согласованных соответственно с ожидаемым полезным сигналом и клиппированным полезным сигналом, приводит к дополнительному подавлению сигналов помех, отличающийся от полезного сигнала по частоте, и устраняет влияние на выходной сигнал аналогового перемножителя искажений отдельных полупериодов полезного сигнала импульсными помехами. Опорным сигналом при синхронном детектировании является ограниченный (клипированный) сигнал, и амплитуда импульсов на выходе аналогового перемнажителя 6 линейно зависит от ампалитуды ультразвуковых импульсов, что позволяет использовать амплитуду импульсов на выходе аналогового перемножителя 6 в качестве информативной характеристики, соответствующей параметрам дефекта в контролируемом иэделии. 2 ил.

1635125

20

3С

55

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля материалов и иэделий в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение достоверности измерений за счет увеличения помехоустойчивости и обеспечения линейности амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта, На фиг. 1 изображена функциональная схема ультразвукового дефектоскопа; на фиг, 2 — временные диаграммы сигналов, поясняющие его работу, Ультразвуковой дефектоскоп содержит синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, преобразователь 3, усилитель 4, блок 5 задержки, аналоговый перемножитель 6, регистратор 7, трансверсальные фильтры 8 и 9 и амплитудный ограничитель

10. Каждый иэ трансверсальных фильтров 8 и 9 содержит многоотводную линию 11 задержки, вход которой является входом фильтра, и аналоговый сумматор 12, выход которого является выходом фильтра. Выходы многоотводной линии 11 задержки подключены к соответствующим входам аналогового сумматора 12, Выход синхронизатора 1 подключен к одному входу регистратора 7 и к последовательно соединенным генеоатору 2 зондирующих импульсов, преобразователю 3 и усилителю 4, выходом подключенным к входам первого трансверсального фильтра 8 и амплитудного ограничителя 10, выход которого соединен с последовательно соединенными вторым трансверсальным фильтром 9 и блоком 5 задержки, к соединенным с вторым входом ана . roeoro перемножителя 6, Аналоговый перемножитель 6 подключен вторым входом к выходу первого трансверсального фильтра 8, а выходом — к второму входу регистр"-.ора 7, На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

13 — сигнал на выходе усилителя 4; 14 — сигнал ожидаемой формы (т,е. неискаженный воздействием помех) на выходе усилителя 4; 15-сигнал на выходе трансельного фильтра 8; 16 — сигнал на выходе амплитудного ограничителя 10; 17 — сигнал на выходе трансверсального фильтра 9; 18— сигнал на выходе аналогового перемножителя 6.

Ультразвуковой дефектоскоп работает следующим образом, Синхроимпульсы, формируемые синхронизатором 1(сигнал 14 на фиг. 2), запускают генератор 2 зондирующих импульсов с моночастотным заполнением, Возбуждаемые генератором 2 импульсы преобразуются преобразователем 3 в ультразвуковые колебания, которые вводятся в контролируемое иэделие (не показано).

Отраженные от дефекта или граничной поверхности изделия ультразвуковые колебания преобразуются в электрический сигнал, представляющий собой импульс (сигнал 13 на фиг. 2) с моночастотным эаполHpHèåì (его форма может быть искажена воздействием помех). Эти импульсы усиливаются усилителем 4 и поступают на вход трансверсального фильтра 8 и на вход амплитудного ограничителя 10.

На выходе трансверсального фильтра 8 формируется электрический сигнал, текущее значение y(t) которого в момент времени t следующим образом связано с сигналом x(t) на его входе;

y(t) =, п x(t — v Ar1, (1) V=1 где N — количество отводов линии 11 задержки трансверсального фильтра 8, т — время задержки на участке между соседними отводами линии 11 задержки; п1- коэффициент, на который умножается задержанный на время v Лг сигнал на отводе с номером р при формировании на выходе алгебраической линейной комбинации задержанных значений входного сигнала.

Коэффициенты hp выбираются для грансверсального фильтра 8 пропорциональными тем значениям x„(t- v Лт) сигнала ожидаемой формы, т.е. неискаженного воздействием помех сигнала хо(т), принятого (сигнал 14 на фиг, 2)эа стандартную реализацию (" шаблон" ), которые появились бы на отводах линии 11 задержки с номерами v от

1 до N в тот момент времени to, при котором начало сигнала ожидаемой формы достигает последнего отвода линии 11 задержки, Такой выбор коэффициентов hv обеспечивает в предельном случае при N - со и

At - О построение линейного фильтра, производящего оптимальную фильтрацию (в смысле максимизации отношения сигнал/помеха), Действительно, импульсная характеристика трансверсального фильтра 8 имеет вид

N д (t) =,0. hv. 0(t — v Лт), (2) ч =1 где д (t )4 — функция Дирака.

При Ar 0 и N - <гэ импульсная характеристика трансверсального фильтра 8 примет вид

1635125

Т

=K fx,(z, --<) д(с — T )dr =o

=K х,(t, — с), Л) где К вЂ” коэффициент пропорциональности между значениями сигнала х (с) и коэффициЕнтами hT ;

Т вЂ” полное время задержки сигнала в линии 11 задержки трансверсального фильтра 8.

Импульсная характеристика, описываемая выражением (3), является импульсной характеристикой оптимального фильтра.

Существенным свойством трансверc3 IbHoI фи lbTpB 8 ABJI APTcsi To, 4To flo lo жительные максимальные значения напряжения в импульсе на выходе этого фильтра (сигнал 15 на фиг. 2) достигаются при синфазном наложении входного сигнала (сигнал 13 на фиг, 2) проходящего через линию задержки фильтра, на кривую(сигнал

14 на фиг. 2), экстраполирующую значения

hy, а максимальные отрицательные значения — при противофазном наложении вход- 25 ного сигнала на эту кривую, так как на фазу выходного сигнала трансверсального фильтра 8 оказывают влияние фазы колебаний сразу в нескольких периодах входного импульса, то фаза колебаний на выходе этого фильтра не нарушается искажениями отдельных полупериодов колебаний в его входном сигнале, Этим свойством отпределяется повышение эффективности операции синхронного детектирования, выполняемой аналоговым перемножителем б над выходным сигналом трансверсального фильтра 8 (сигнал 15 на фиг. 2).

Импульс, формируемый на выходе 40 трансверсального фильтра 8, поступает надругой вход аналогового перемножителя б, на один вход которого поступает опорный сигнал для синхронного детектирования, формируемый из выходного импульса уси- 45 лителя 4 (сигнал 13 на фиг. 2) цепью из последовательно соединенных амплитудного ограничителя 10, трансверсального фильтра 9 и линии задержки.

При этом на выходе амплитудного огра- 50 ничителя 10 входной импульс (сигнал 13 на фиг. 2) преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов (сигнал 16 на фиг. 2), которая поступает на вход трансверсального фильтра 9, выполненного констуктивно также как и первый трансверсальный фильтр 8, но согласованный с сигналом (" шаблоном" ) в виде последовательности прямоугольных импульсов, соответствующих ограниченному сигналу хо(с).

При этом, импульсная характеристика трансверсального фильтра 9 должна иметь вид

gI(t) = sign(hv) д(L — v Лг), (4)

v=1 где Ь вЂ” коэффициенты, определенные в выражении (1); з!дп (hv ) — обозначает знак последую щего выражения.

На выходе трансверсального фильтра 9 формируется последовательность треугол ьных колебаний (сигнал 17 на фиг. 2), причем короткие прямоугольные импульсы в сигнале 16 на выходе амлитудного ограничителя

10, вызванные дополнительными пересечениями нулевого уровня в сигнале 13 на выходе амплитудного ограничителя 10, не искажают формы треугольных колебаний сигнала 17 на выходе трансверсального фильтра 9 вследствие равномерного распределения их энергии по всему интервалу

Т времени задержки трансверсального фильтра 9.

Импульсные характеристики трансверсального фильтра 8 и трансверсального фильтра 9, описываемые выражениями (2) и (4), совпадают по знаку, поэтому треугольные колебания сигнала 17 совпадают по фазе с синусоидальными колебаниями сигнала

15 на выходе трансверсального фильтра 8.

Последовательность треугольных колебаний сигнала 17, формируемая трансверсальным фильтром 9, задерживается блоком 5 задержки на время, кратное половине периода То ультразвуковых колебаний, и поступает на один вход аналогового перемножителя 6. Таким образом, сигналы на входах аналогового перемножителя 6 будут либо строго в фазе (при четной кратности), либо в противофазе (при нечетной кратности), в результате чего на выходе аналогового перемножителя 6 вырабатывается однополярное напряжение (сигнал 18 на фиг. 2), представляющее собой колебания удвоенной относительно входного сигнала частоты. Задержка сигнала на одном входе аналогового перемножителя 6 с помощью блока 5 задержки приводит к тому, что на выходе аналогового перемножителя 6 подавляются импульсы помех, отличающиеся от полезных сигналов по частоте.

Ампилитуда сигнала (сигнал 18 на фиг.

2), формируемого на выходе аналогового перемножителя б, линейно зависит от амплитуды 13 на выходе усилителя 4 вследствие ограничения радиоимпульса 13. преобразования его в последовательность импульсов

16 прямоугольной формы и формирования из этой последовательности опорного сиг1635125 нала 17 для синхронного детектирования.

При этом амплитуда опорного сигнала 17 на одном входе аналогового перемножителя 6 не зависит от амплитуды импульса 13 на выходе амплитудного ограничителя 10, в результате чего амплитудная характеристика аналогового перемножителя 6 по второму входу становится линейной.

С выхода аналогового перемножителя 6 сигнал 18 поступает на вход регистратора 7, который служит для селекции сигналов по времени и по амплитуде и осуществляет фиксацию сигналов, соответствующих дефектам. При этом синхроимпульсы с выхода синхронизатора 1 поступают на один из входов регистратора 7 и используются как начало отсчета времени. Воэможность селекции по амплитуде сигналов на выходе аналогового перемножителя 6 обеспечивается линейностью амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта.

Формирование входных сигналов для аналогового перемножителя 6 с помощью трансверсальных фильтров 8 и 9, согласованных соответственно с ожидаемым полезным сигналом и клипированным полезным сигналом, приводит к дополнительному подавлению сигналов помех, отличающихся от полезного сигнала по частоте, кроме того, в силу отмеченных выше свойств трансверсальных фильтров, утсраняется влияние на выходной сигнал аналогового перемиожителя искажений отдельный полупериодов полезного сигнала импульсными помехами.

Опорным сигналом для синхронного детектирования является ограниченный (клипированный) сигнал, в результате чего амплитуда импульсов на выходе аналогово5

35 го перемножителя 6 линейно зависит от амплитудны ультразвуковых импульсов, что позволяет использовать амплитуду импульсов на выходе аналогового перемножителя

6 в качестве информативной характеристики, соответствующей характеристикам дефекта в контролируемом изделии.

Использование предлагаемого дефек" тоскопа (по сравнению с известными) повышает достоверность измерений за счет увеличения помехоустойчивости и обеспечения линейности амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта.

Формула изобретения

Ультразвуковой дефектоскон, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератдр зондирующих импульсов, преобразователь и усилитель, аналоговый перемножитель, регистратор и блок задержки, выход которого соединен с входом аналогового перемножителя, выходом подключенного к входу регистратора, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерений, он снабжен двумя трансверсальными фильтрами и амплитудным ограничителем, входом соединенным с выходом усилителя, подключенного к входу первого трансверсального фильтра, выход которого соединен с вторым входом аналогового перемножителя, выход амплитудного ограничителя соединен с входом второго траисверсальиого фильтра, подключенного к входу блока задержки, а второй вход регистратора соединен с выходом синхронизатора, 1635125

Составитель В.Костюхин

Техред М.Моргентал Корректор С.Черни

Редактор А,Ревин

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

Заказ 754 Тираж 396 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5