Устройство для дистанционной дефектоскопии

 

Изобретение относится к дистанционному контролю и может найти применение в машиностроении в промышленном производстве и в строительной индустрии, а также для контроля рельсов и рельсовых путей на железнодорожном транспорте Цель изобретения - повышение чувствительности устройства С помощью модулятора и импульсного лазера импульсное излучение модулируют по амплитуде в пределах длительности импульса и фокусируют его на поверхности контролируемого объекта . Отраженные от обьекта непрерывные сигналы фокусируют с помощью второго и третьего фокусирующих элементов и двух диафрагм на приемных площадках двух когерентных квадратичных детекторов. Выделяют две квадратурные составляющие сигнала, отраженного от контролируемого объекта Фиксируют колебания на средней частоте модуляции импульсного лазера. Сигналы детектируют по амплитуде и регистрируют по времени в соответствии с изменением положения контролируемого объекта По наличию сигналов на выходе амплитудного детектора судят о наличии дефектов , а по величине их задержки относительно области облучения непрерывным излучением - о координатах дефектов 1 з п ф-лы, 1 ил ел

СОюЭ сОВЕтСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (I!) (5!)5 G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4833119/28 (22) 04.06,90 (46) 23.12.92. Бюл, и 47 (71) Харьковский государственный университет им. А. М. Горького (72) Г, С. Сафронов (56) Шрайбер Д. С. Ультразвуковая дефектоскопия, М.: Металлургия, 1965. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ

ДЕФЕКТОСКОПИИ (57) Изобретение относится к дистанционному контролю и может найти применение в машиностроении в промышленном производстве и в строительной индустрии, а также для контроля рельсов и рельсовых путей на железнодорожном транспорте, Цель изобретения — повышение чувствительности устройства, С помощью модулятора и импульсного лазера импульсное излучение модулируют по амплитуде в преИзобретение относится к дистанционному контролю изделий и может найти применение в машиностроении, в промышленном производстве, в строительной индустрии, а также для контроля рельсов и рельсовых путей на железнодорожном транспорте, Известно устройство для ультразвуковой дефектоскопии, содержащее излучающий ультразвуковой преобразователь, и рием н ы и ультр аз вуко вой преобразователь, блок обработки сигнала и регистратор.

Контактно к поверхности исследуемого объекта подключают излучающий ультразвуковой преобразователь, которым облучают контролируемое иэделие. Отраженные от него сигналы принимаются приемным ультделах длительности импульса и фокусируют. его на поверхности контролируемого объекта. Отраженные от обьекта непрерывные сигналы фокусируют с помощью второго и третьего фокусирующих элементов и двух диафрагм на приемных площадках двух когерентных квадратичных детекторов, Выделяют две квадратурные составляющие сигнала, отраженного от контролируемого обьекта. Фиксируют колебания на средней частоте модуляции импульсного лазера.

Сигналы детектируют по амплитуде и регистрируют по времени в соответствии с изменением положения контролируемого объекта. По наличию сигналов на выходе амплитудного детектора судят о наличии дефектов, а по величине их задержки относительно области облучения непрерывным излучением — о координатах дефектов. 1 з. п. ф-л ы, 1 ил. развуковым преобразователем, по структуре которых судят о наличии и характере дефектов.

Известно устройство для дистанционного обнаружения дефектов, содержащее импульсный лазер, лазер непрерывного излучения, интерферометрический блок и регистратор. Ультразвуковые колебания в контролируемом изделии возбуждают с помощью импульсного лазера, Возбужденные ультразвуковые колебания, отраженные от дефектов, создают на поверхности изделия микроколебания. При облучении поверхности контролируемого изделия лазером непрерывного излучения отраженные от него световые колебания, промодулированные

1783411

30 дефектос копии

55

C ультразвуковыми колебаниями, принимают с помощью интерферометрического блока.

О наличии дефекта судят по интерферометрической картине, образующейся на выходе интерферометрического блока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является устройство для дистанционной дефектоскопии, содержащее импульсный лазер, блок световодов, лазер непрерывного излучения, первый квадратурный детектор и индикатор (3). Исследуемый объект облучают интенсивным импульсным излучением, разделенным с помощью блока световодов на 5 — 10 пучков, возбуждая в нем ультразвуковые волны, длина которых соответствует расстоянию между отдельными пучками. В ту же зону объекта направляют непрерывное лазерное излучение меньшей интенсивности, которое модулируется частотой ультразвука Fa.

Отраженный луч, содержащий частоту (F+Fà), сравнивают с опорной частотой F u выделяют сигнал с частотой F>, который детектируют, По изменению интенсивности этого излучения судят о наличии дефектов или неоднородностей.

Недостатком данного устройства является невысокая чувствительность, обусловленная тем, что на формирование зондирующего акустического сигнала влияют неровности и шероховатости поверхности контролируемого изделия, а также неравно мерности коррозионных пленок, пасел, грязи и других покрытий. Неровности поверхности приводят к частотной модуляции зондирующего акустического сигнала, а наличие- небднородностей различных покрытий на поверхности контролируемого изделия приводит к амплитудной модуляции зондирующих акустических сигналов.

Цель изобретения — повышение чувствительности устройства, Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее импульсный лазер, блок световодов, лазер непрерывного излучения, первый когерентный квадратурный детектор и индикатор, снабжено модулятором, размещенным на пути потока импульсного лазера перед блоком светово дов, установленным за последним первым фокусирующим элементом, установленным на пути потока лазера непрерывного излучения полупрозрачным зеркалом, предназначенным для деления излучения на два направления, размещенным на первом направлении вторым фокусирующим элементом, на втором — последовательно установленными зеркалом, фазосдвигающим элементом, третьим фокусирующим элементом и двумя диафрагмами, вторым когерентным квадратурным детектором, подключенными к выходам первого и второго когерентных квадратурных детекторов последовательно соединенными частотным детектором, узкополосным усилителем и амплитудным детектором, подключенным к индикатору, датчиком местоположения, подключенным ко второму входу индикатора, и синхронизатором, выход которого соединен с управляющими входами импульсного лазера, модулятора, датчика местоположения и индикатора, а входы первого и второго когерентный квадратурных детекторов оптически соединены с диафрагмами, а частотный детектор содержит две дифференцирующие цепи, два перемножительных элемента и элемент вычитания, выход которого является выходом частотного детектора, входы первой дифференцирующей цепи и второго перемножительного элемента, второй дифференцирующей цепи и первого перемножительного элемента объединены и являются соответственно первым и вторым входами частотного детектора, а выходы первой и второй дифференцирующих цепей подключены к вторым входам соответствующих перемножительных элементов, выходами соеДиненных с элементом вычитания.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для дистанционной

Устройство содержит импульсный лазер 1, модулятор 2 светового луча, блок 3 световодов, первый фокусирующий элемент

4, направляющий световой поток на контролируемое изделие 5, лазер б непрерывного излучения, полупрозрачное зеркало 7, второй фокусирующий 5лемент 8, зеркало 9, фазосдвигающий элемент 10, третий фокусирующий элемент 11, диафрагмы 12 и 13, когерентные квадратурные детекторы 14 и

15, частотный детектор 16, узкополосный усилитель 17, амплитудный детектор 18, индикатор 19, датчик 20 местоположения и синхронизатор 21, Модулятор 2 размещен между импульсным лазером 1 и блоком 3 световодов. Первый фокусирующий элемент 4 оптически соединен с выходом блока 3, а второй фокусирующий элемент 8 оптически сорединен через полупрозрачное зеркало 7 и одновременно через полупрозрачное зеркало 7, зеркало 9 и фазосдвигающий элемент 10 с третьим фокусирующим элементом 11. Когерентные квадратурные детекторы 14 и 15 оптически соединены через первую 12 и вторую 13 диафрагмы, соответственно, с третьим фокусирующим элементом 11 и подключены выходами, соответственно, к

1783411

40

55 первому и второму входам частотного детектора 16, выход которого соединен со входом узкополосного усилителя 17.

Синхронизатор 21 подключен выходом куправляющим входам импульсного лазера 1, модулятора 2, индикатора 19 и датчика 20 местоположения, Импульсный лазер 1, модулятор 2, блок световодов 3 и первый фокусирующий элемент 4 составляют бок возбуждения ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии 5, а элементы 6 — 15 составляют блок съема информации.

Частотный детектор 16 содержит дифференцирующие цепи 22 и 23, перемножающие элементы 24 и 25 и элемент вычитания 26, выход которого является выходом частотного детектора 16, Входы первой дифференцирующей цепи 22 и второго перемножительного элемента 25, второй дифференцирующей цепи 23 и первого перемножительноro элемента 24 объединены и являются соответственно первым и вторым входами частотного детектора 16, а выходы первой и второй дифференцирующих цепей подключены ко вторым входам соответствующих перемножительных элементов, выходами соединенных с элементом 26 вычитания.

Устройство для дистанционной дефектоскопии работает следующим образом, Импульсный лазер 1 генерирует импульсы света, которые с помощью модулятора 2 светового потока преобразуются в меандры, которыми через блок 3 световодов и первый фокусирующий элемент 4 облучают контролируемый объект 5, возбуждая в нем ультразвуковые колебания. Лазером 6 непрерывного излучения через полупрозрачное зеркало 7 и второй фокусирующий элемент 8 облучают поверхность контролируемого объекта 5, Отраженные от контролируемого объекта 5 световые колебания принимаются с помощью второго фокусирующего элемента 8 и направляются на полу- 4 прозрачное зеркало 7 и от него через третий фокусирующий элемент 11 на диафрагмы 12 и 13, Отраженные от полупрозрачного зеркала 7 световые колебания, излучаемые лазером 6, направляются на зеркало 9, половина световых колебаний отражается зеркалом 9, минуя фазосдвигающий элемент 10, а вторая половина пропускается через фазосдвига ющий элемент 10.

Таким образом, формируются два луча, отличающиеся по фазе на угол л/2, которые направляются через третий фокусирующий элемент 11, соответственно, на диафрагмы 12 и 13. Прошедшие через диафрагмы 12 и 13 световые колебания, отраженные от контролируемого объекта 5 и от зеркала 9, когерентно детектируются когерентными квадратурными детекторами 14 и 15, при этом выделяются две квадратурные составляющие сигнала, Производится частотное детектирование сигналов, отраженных от контролируемого объекта 5, в частотном детекторе 16. Для этого каждую из квадратурных составляющих дифференцируют с помощью дифференцирующих цепочек 22 и

23, затем производят перемножение каждой из квадратурных составляющих. сигналов с производной другой квадратурной составляющей сигналов в перемножающих элементах 24 и 25. Сигналы с выхода перемножителей 24 и 25 подают на вычитающий элемент 26. В результате напряжение с выхода частотного детектора 16 представляет собой колебания со средней частотой, равной частоте модуляцйи лазера 1, осуществляемой с помощью модулятора 2 светового потока. Сигналы с выхода частотного детектора 16 фильтруются, усиливаются в узкополосном усилителе 17 и детектируются по амплитуде в амплитудном детекторе 18. Импульсный сигнал с выхода амплитудного детектора 18 подается на информационный вход индикатора 19, в котором осуществляется обнаружение дефекта по наличию импульсного сигнала и осуществляется привязка местоположения дефекта к координатам контролируемого изделия 5 путем подачи на адресный вход индикатора 19 сигналов от датчика 20 местоположения, Осуществляют синхронизацию импульса запуска лазера 1, импульсов модулятора 2, датчика 20 местоположения с работой индикатара 24, подавая генерируемые синхронизатором 21 импульсы на управляющие входы импульсного лазера 1, модулятора 2 светового потока, индикатора 19 и на вход датчика 20 местоположения.

Использование изобретения позволяет повысить чувствительность измерений примерно на порядок за счет снижения влияния шероховатости и вибраций поверхности. контролируемого изделия.

Формула изобретения

1. Устройство для дистанционной дефектоскопии, содержащее импульсный лазер, блок светаводов, лазер непрерывного излучения, первый когерентный квадратурный детектор и индикатор. о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения чувствительности, оно снабжено модулятором, размещенным на пути потока импульсного лазера перед болком световодов, установленным за последним .первым фокусирующим элементом, установленным на пути потока лазера непрерывного излучения по1783411

Составитель Г. Сафронов

Техред M.Moðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Редактор

Заказ 4511 Тираж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 лупрозрачным зеркалом, предназначенным для деления излучения на два направления, размещенным на первом направлении вторым фокусирующим элементом, на втором— последовательно установленным зеркалом, фазасдвигающим элементом, третьим фокусирующим элементом и двумя диафрагмами, вторым когерентным квадратурным детектором, подключенными к выходам первого и второго когерентных квадратурных детекторов последовательно соединенными частотным детектором, узкополосным усилителем и амплитудным детектором, подключенным к индикатору, датчиком местоположения, подключенным к второму входу индикатора, и синхронризатором, выход которого соединен с управляющими входами импульсного лазера, модулятора, датчика местоположения и индикатора, а входы первого и второго когерентных квадратурных детекторов оптически соединены с диафрагмами.

2, Устройство по и. 1, о тл и ч а ю ще ес я тем, что в нем частотный детектор содер5 жит две дифференцирующие цепи, два перемножительных элемента и элемент вычитания, выход которого является выходом частотного детектора, входы первой дифференцирующей цепи и второго пере10 множительного элемента, второй дифференцирующей цепи и первого перемножительного элемента объединены и являются соответственно первым и вторым входами частотного детектора, а выхо15 ды первой и второй дифференцирующих цепей подключены к вторым входам соответствующих перемножительных элементов, выходами соединенных с элементом вычитания.