Способ поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов и устройство для его осуществления

 

Использование: в области медицинской диагностики и технического неразрушающего контроля. Сущность изобретения: принимают акустические (зондирующие) колебания поверяемого прибора через акустически проводящую среду, измеряют их параметры, генерируют два импульса, формируют два радиоимпульса с учетом параметров принятых колебаний, переизлучают акустические радиосигналы через среду, принимают их поверяемым прибором, преобразуют их в электрические импульсы, измеряют их параметры и сопоставляют их с эталонными. Формирование эталонных параметров осуществляют с помощью устройства, состоящего из акустически проводящей среды, последовательно соединенных электроакустического преобразователя, двухпозиционного коммутатора, усилителя, нормализатора импульсов, генератора радиоимпульсов, управляемого аттенюатора, второго коммутатора и аттенюатора с фиксированным (эталонным) ослаблением, причем между выходом усилителя и управляемым входом управляемого аттенюатора включен измеритель параметров радиоимпульсов, а между выходом нормализатора и управляемым входом двухпозиционного коммутатора включен ждущий мультивибратор. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и диагностики и может быть использовано для поверки характеристик ультразвуковых (у.з.) измерительных приборов как медицинского, так и общетехнического назначения (дефектоскопов, толщинометров и т.п.), служащих для определения размеров или расстояний в контролируемом объекте и оценки отражающих свойств несплошностей в объекте по амплитуде эхо-сигналов.

Значительное число разновидностей и все возрастающее количество ультразвуковой диагностической и дефектоскопической техники требует стандартизации общих технических требований, номенклатуры параметров и методов испытаний приборов для идентификации получаемой с их помощью информации. Это одинаково важно как в промышленности, где неверная информация о состоянии ответственного узла и детали, полученная с помощью дефектоскопов или толщинометров, может привести к катастрофическим последствиям (авариям), так и в медицине, где различие характеристик или неисправность диагностических приборов может привести к ошибкам в постановке диагноза.

Известны способ и устройство контроля работоспособности ультразвукового дефектоскопа по авт. св. N 1388789, предназначенные для настройки и поверки дефектоскопов с непрерывным излучением упругих колебаний. За счет имитации эхо-сигналов их излучения в настроечный образец и последующего приема проверяется весь электроакустический тракт дефектоскопа, включая излучающую и приемную части электронного блока дефектоскопа, соответствующих ПЭП и электрических кабелей, соединяющих ПЭП с электронным блоком. Однако недостатком известных способа и устройства является их применимость только для дефектоскопа с непрерывным излучением у.з. колебаний и обработки сигналов на базе эффекта Доплера. Известные решения не могут быть применены при поверке наиболее распространенных в мировой практике ультразвуковых приборов с импульсным излучением у.з. колебаний и имеют ограниченную область применения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятым за прототип является способ поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов по авт. св. N 1631409, заключающийся в том, что генерируют электрические импульсы с эталонным временным интервалом между ними, преобразуют их в акустические импульсы, передают их через акустически проводящую среду, преобразуют их поверяемым прибором в электрические импульсы, определяют временной интервал между ними и сопоставляют его с эталонным интервалом.

Известный способ реализуется с помощью устройства, состоящего из акустически проводящей среды и последовательно соединенных у.з. зонда (точнее электроакустического преобразователя), источника эталонного сигнала и измерителя временных интервалов. Источник эталонного сигнала с измерителем временных интервалов по существу представляет собой генератор двойных (парных) импульсов с регулируемой прецезионно задержкой между синхроимпульсом и парой импульсов и с регулируемым временным интервалом между генерируемыми импульсами (между парой импульсов). Причем запуск источника эталонных сигналов (генератора парных импульсов) производится в процессе настройки от измерителя временных интервалов; в процессе измерения (выполнения операции поверки) от синхроимпульсов поверяемого прибора, подаваемого с помощью специального кабеля от прибора к генератору.

При данном способе поверки путем формирования временного интервала электронным устройством в виде двух электрических импульсов и преобразования их в акустические импульсы, подаваемые на вход поверяемого прибора, эталонный временной интервал между импульсами определяется только параметрами источника эталонного сигнала и не зависит от физических параметров среды, по которой преобразование в акустические импульсы передаются к поверяемому прибору. Поскольку факторы среды, влияющие на время распространения у.з. колебаний, в равной степени будут влиять на оба следующих друг за другом акустических импульса, образующих начало и конец измеряемого временного интервала, и будут взаимно компенсироваться, отличия измеренного временного интервала от эталонного будут вызваны только разбросом показателей поверяемого прибора.

Недостатками известных способа и устройства поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов, принятых за прототип, являются: 1. Ограниченная область применения и низкая достоверность контроля, вызванная тем, что выполняется только поверка временных параметров поверяемого прибора. В то же время приборы, реализующие у.з. эхо-импульсные методы контроля и диагностики, как правило, основаны на измерении временных и амплитудных параметров эхо-сигналов. Причем весьма часто амплитудные параметры применяемых сигналов являются не менее важными, чем временные. В частности, этим объясняется то обстоятельство, что в основном все поверочные (стандартные) образцы, например, по ГОСТ 14782-86, ГОСТ 18576-85, предназначены как для измерения временных, так и амплитудных (условная чувствительность) параметров. Кроме того, известным способом осуществляется поверка только приемной части прибора, а генераторная часть прибора и излучающий узел (и режим излучения) акустического блока прибора фактически не поверяются.

2. Низкая надежность и производительность поверки, обусловленная тем, что известный способ реализуется в несколько приемов (этапов): в начале обеспечивается электрическая связь между поверяемым прибором и устройством эталонного сигнала, в частности синхроимпульс с прибора подается с помощью электрического кабеля на устройство поверки, после этого обеспечивается акустическая связь через соответствующую среду и т.п. Необходимость проводной связи между поверяемым прибором и устройством поверки резко снижает надежность выполнения операций поверки (в частности, из-за возможной неисправности кабеля) и снижает производительность выполнения поверки (необходимо затрачивать время на поиски кабеля, подсоединения его к двум устройствам и т.п.), в целом снижается производительность диагностики или контроля поверяемым прибором.

Таким образом, известные способ и устройство поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов, принятые за прототип, имеют низкую надежность и достоверность поверки, низкую производительность диагностики и контроля и находят ограниченное применение.

Изобретение направлено на повышение надежности, достоверности и производительности поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов, расширение области применения.

Поставленная задача достигается тем, что при способе поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов, заключающемся в том, что генерируют два электрических импульса с заданной (эталонной) задержкой между ними, преобразуют их в акустические импульсы, передают их через акустически проводящую среду, преобразуют их поверяемым прибором в электрические импульсы, определяют временной интервал между ними и сопоставляют его с эталонным временным интервалом, дополнительно излучают поверяемым прибором акустические (зондирующие) колебания, передают их через эту же акустически проводящую среду, принимают эти колебания, преобразуют их в электрические, измеряют параметры (амплитуду, частоту и длительность) принятых колебаний, генерацию электрических импульсов производят после приема акустических (зондирующих) колебаний поверяемого прибора, параметры генерируемых импульсов устанавливают с учетом параметров, принятых от поверяемого прибора колебаний (длительность и частоту генерируемых колебаний равной длительности и частоте принятых зондирующих колебаний, а амплитуду пропорционально амплитуде принятых) и в процессе выполнения поверки поверяемым прибором определяют амплитуду генерируемых импульсов. Кроме того, амплитуду одного из генерируемых импульсов изменяют (ослабляют) по отношению к амплитуде другого импульса на заданную (эталонную) величину, поверяемым прибором определяют отношение амплитуд генерируемых импульсов и сопоставляют его с заданной (эталонной) величиной, причем прием акустических импульсов от поверяемого прибора и передачу генерируемых импульсов в акустическую среду осуществляют с помощью электроакустического преобразователя, работающего как в режиме приема, так и в режиме излучения, а перевод его в режим излучения производят после после приема акустических колебаний поверяемого прибора. Для оценки работоспособности излучающей части поверяемого прибора осуществляют индикацию факта приема (зондирующих) акустических колебаний от поверяемого прибора.

Предложенный способ реализуют с помощью устройства поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов, состоящего из акустически проводящей среды, последовательно соединенных электроакустического преобразователя и генератора парных импульсов с регулируемыми (прецизионно) задержкой и временным интервалом между парой импульсов с дополнительно включенными между выходом электроакустического преобразователя и входом генератора парных импульсов последовательно соединенными первым двухпозиционным коммутатором, усилителем принятых сигналов и нормализатором импульсов, включенными между выходом генератора парных импульсов и вторым входом первого коммутатора, последовательно соединенными генератором радиоимпульсов и управляемым аттенюатором, включенным между выходом усилителя и управляемым входом генератора радиоимпульсов измерителя параметров импульсных колебаний, дополнительный вход (вход опроса сигналов) которого соединен с выходом генератора парных импульсов, а второй выход соединен с управляющим входом аттенюатора, а также включенным между выходом нормализатора и управляющим входом коммутатора ждущим мультивибратором. Для поверки точностных характеристик измерителей амплитуд (аттенюатора, БЦО) поверяемого прибора в устройство между выходом управляемого аттенюатора и вторым входом первого коммутатора дополнительно включены последовательно соединенные второй двухпозиционный коммутатор и аттенюатор с фиксированным (эталонным) ослаблением, причем второй выход этого коммутатора соединен с выходом данного аттенюатора, а между управляющим входом второго коммутатора и выходом генератора парных импульсов включен второй ждущий мультивибратор. Для оперативной проверки наличия акустической связи между преобразователем поверяемого прибора и электроакустическим преобразователем устройства, а также для проверки работоспособности излучающей части прибора к выходу нормализатора импульсов дополнительно включен индикатор принятых сигналов.2 На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предполагаемый способ поверки; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие последовательность операций способа и принцип действия устройства.

Устройство, реализующее заявляемый способ, содержит акустически проводящую среду 1, последовательно соединенные электроакустический преобразователь 2, первый двухпозиционный коммутатор 3, усилитель принятых сигналов 4, нормализатор импульсов 5, генератор парных импульсов с регулируемой прецезионной задержкой 6 с органом регулировки задержки 7 между зондирующим и первым генерируемым импульсами и органом регулировки 8 временного интервала между парой импульсов, генератор радиоимпульсов 9, управляемый аттенюатор 10 с органом регулировки 11 коэффициента ослабления, второй двухпозиционный коммутатор 12, аттенюатор с фиксированным эталонным ослаблением 13 с органом управления ослабления 14, причем один из выходов коммутатора 12 и выход аттенюатора 13 подключены ко второму входу коммутатора 3, между выходом усилителя 4 и управляющим входом генератора радиоимпульсов 9 включен измеритель параметров импульсных колебаний 15, дополнительный вход которого соединен с генератором 6, а второй выход соединен с управляющим входом аттенюатора 10, причем между выходом нормализатора импульсов 5 и управляющим входом коммутатора 3 включен первый ждущий мультивибратор 16, между выходом генератора парных импульсов 6 и управляющим входом коммутатора 12 включен второй ждущий мультивибратор 17, а к выходу нормализатора импульсов 5 подключен индикатор принятых сигналов 18. На рабочую поверхность (на одну из сторон) акустически проводящей среды 1 устанавливают (вводят) преобразователь (акустический блок) 19 поверяемого прибора 20.

В основу действия заявляемого способа положен принцип электрического формирования и излучения эхо-сигналов, идентичных по своим параметрам реальным эхо-сигналам, получаемым от типовых отражателей в известных стандартных образцах. Эта идентичность достигается тем, что формирование генерируемых электрическим способом эхо-сигналов осуществляют с учетом параметров (амплитуды, длительности и частоты) излучаемых (зондирующих) у.з. колебаний поверяемого прибора, а также с учетом коэффициента преобразования акустического блока прибора электрической энергии в акустическую. Кроме того, также электрическим способом формируются временной интервал и амплитудное приращение между эхо-сигналами со строго фиксированными (эталонными) значениями, что позволяет осуществить поверку основных измерительных узлов поверяемого прибора: измерителя амплитуд сигналов аттенюатора и блока цифрового отсчета (БЦО); измерителя временных интервалов глубиномера или измерителя координат отражателя (БЦО). Параллельно поверяются и косвенные параметры прибора, такие как "мертвая зона", срабатывание пороговых устройств, работоспособность узла временной регулировки чувствительности (ВРЧ), условной разрешающей способности по глубине и т.д. Причем предусмотренная способом индикация приема зондирующего импульса поверяемого у.з. прибора уже свидетельствует о исправности (работоспособности) таких основных узлов эхо-импульсного прибора, как генератор синхро-импульсов и генератор зондирующих импульсов, акустический блок (как правило, один или несколько пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП)) и, естественно, высокочастотный кабель, соединяющий электронный блок прибора с акустическим. Индикация принятых от электронного образца колебаний на индикаторах поверяемого прибора свидетельствует о работоспособности остальных узлов прибора.

В отличие от известных способов и устройств впервые предлагается формировать имитируемый эхо-сигнал с учетом параметров излучаемых поверяемым прибором акустических колебаний, т.е. с учетом амплитуды, частоты и длительности зондирующего импульса, электроакустических свойств рабочего акустического блока (ПЭП) прибора, что позволяет максимально приблизить процедуру электрической имитации эхо-сигналов к процессу получения реальных эхо-сигналов от типовых отражателей в стандартных образцах.

Способ поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов реализуют следующим образом (см. фиг. 1 и 2). Акустический блок 19 поверяемого прибора 20 устанавливают на рабочую поверхность акустически проводящей среды 1 (если среда жидкая, то вводят в среду), обеспечивают акустический контакт между блоком 19 и средой 1 (путем нанесения контактирующей жидкости между ними). В процессе работы прибора излучают импульсные акустические колебания в среду (см. фиг. 2). Эти колебания принимают преобразователем 2, расположенным на противоположной (тыльной) стороне среды 1, усиливают с помощью усилителя 4, нормализуют с помощью нормализатора 5 и индицируют факт приема с помощью индикатора 18, измеряют параметры (амплитуду, частоту и длительность) принятых колебаний и запоминают их с помощью блока 15. В генераторе парных импульсов 6 задерживают принятые колебания на определенное время и генерируют пару импульсов с четко фиксированной, прецизионной задержкой между ними. Эти импульсы используют для запуска генератора радиоимпульсов 9, который формирует колебания, длительность и частота которых соответствует запомненным длительности и частоте принятых от поверяемого прибора колебаниям. Амплитуду этих колебаний (с помощью управляемого аттенюатора 10) устанавливают пропорциональной измеренной и запомненной в блоке 15 амплитуде принятых колебаний. Амплитуду одного (второго по времени) из формируемых колебаний с помощью аттенюатора 13 изменяют (ослабляют) на фиксированную величину ΔU Пару сформированных колебаний с фиксированным временным интервалом Δt_п и конкретным амплитудным отличием ΔU между ними подают на преобразователь 2 и излучают в акустически проводящую среду 1. Эти колебания принимают преобразователем 19 поверяемого прибора и после соответствующего усиления и селекции, подают на индикаторы прибора 20. По наличию этих сигналов на индикаторах судят о работоспособности поверяемого прибора, а по измеренным параметрам пары импульсных колебаний, их отличиям от эталонных (заданных устройством) судят о соответствии метрологических характеристик прибора требуемым.

При таком способе поверки путем формирования временного интервала и амплитудного приращения электронным устройством в виде двух электрических импульсов различной амплитуды и преобразования их в акустические импульсы, подаваемые на вход поверяемого прибора, эталонные временной и амплитудные интервалы между импульсами определяются только параметрами источника эталонного сигнала (электронного устройства) и не зависят от физических параметров среды, по которой преобразованные в акустические импульсы передаются к поверяемому прибору. Поскольку факторы среды, влияющие на параметры у.з. колебаний, в равной степени будут влиять на оба следующих друг за другом акустических импульса и будут взаимно компенсироваться, то отличия измеренного временного интервала и амплитудного приращения (ослабления, а точнее отношения амплитуд) от эталонных будут вызваны только разбросом показателей поверяемого прибора.

Кроме того, использование зондирующего импульса поверяемого прибора в качестве синхроимпульса в электронном устройстве, а также формирования отклика (пары эхо-сигналов) с учетом параметров излучаемого прибором акустического импульса позволяет генерировать полностью идентичные реальным эхо-сигналам колебания. Изменяя коэффициент подавления управляемого аттенюатора, имеется возможность моделировать эхо-сигналы от отражателей типа "цилиндрическое сверление", "плоскодонный отражатель" или "зарубка", обычно применяемые в стандартных образцах по ГОСТ или в стандартных образцах предприятия (СОП) по действующим НТД при поверке у.з. приборов.

Действительно, при определении по индикаторам прибора амплитуд эхо-сигналов от типовых отражателей в стандартных образцах в процессе настройки и поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов в основном учитываются: амплитуда U_з.и. зондирующего импульса поверяемого прибора; коэффициент K_vp преобразования преобразователем прибора электрической энергии в акустическую; коэффициент K_pv обратного преобразования ПЭП прибора акустической энергии в электрическую; отражательные свойства P_отр выбранного отражателя ("цилиндр", "плоскодонка", "зарубка" или "бесконечная плоскость") в образце; затухания у.з. колебаний в материале образца δ_м и в слое контактирующей жидкости δ_ж усилительные свойства (коэффициент усиления) K_пр приемного тракта поверяемого прибора.

Т. е. амплитуда эхо-сигнала U_эхо.п, наблюдаемая на индикаторе (ЭЛТ) поверяемого прибора, является функцией характеристик самого прибора (U_з.и. и K_пр), акустического блока (K_vp и K_pv), условий ввода у.з. колебаний в образец (δ_ж) и отражательной способности отражателя (P_отр) с учетом коэффициента затухания (δ_м) в материале образца

Измеряя параметры излучаемых акустических колебаний поверяемого прибора с помощью дополнительного электроакустического преобразователя 2, можно интегрально оценить такие важные параметры прибора, как амплитуда зондирующего импульса U_з.и., и коэффициент преобразования электрических колебаний в акустические K_pv акустического блока (ПЭП) прибора и затухание δ_ж у.з. колебаний в переходном слое. Если учесть, что обычно K_vp≈K_pv и коэффициент усиления приемного тракта K_пр поверяемого прибора является известной величиной, неизвестными параметрами в выражении (1) являются лишь характеристики отражателя ( δ_м и P_отр). Эти характеристики могут быть установлены экспериментально и в последующем воспроизведены электронным устройством.

Именно на выполнение этих действий и направлены основные операции предлагаемого способа:
прием акустических (зондирующих) колебаний поверяемого прибора через акустически проводящую среду;
преобразование их в электрические;
измерение параметров принятых колебаний;
установление параметров вторично излучаемых колебаний с учетом параметров принятых колебаний.

В устройстве, реализующем способ, указанные операции выполняются с помощью преобразователя 2, измерителя параметров импульсных колебаний 15, генератора радиоимпульсов 9 и управляемого аттенюатора 10 (фиг. 1 и 2).

Реализация предлагаемого устройства не вызывает особых затруднений, т.е. все узлы электронного тракта являются известными радиотехническими устройствами.

Акустически проводящую среду целесообразно выполнять из материала на основе акрильных пластмасс (полистирол, полиамид и т.п.) или полимеров (капролон, поликарбонат и др.), пропускающих ультразвуковые колебания. Возможно в качестве среды использование любой имерсионной жидкости или геля.

Выполнение среды 1 из пластмассы существенно уменьшает массу устройства, повышает технологичность изготовления и снижает себестоимость устройства. Кроме того, указанные материалы хотя и пропускают у.з. колебания, в то же время обуславливают их быстрое затухание, благодаря чему полностью исключаются мешающие отражения от торцов среды, связанные с зондирующими колебаниями, излучаемые преобразователем 19 прибора и пьезопластиной 2.

На практике образец может представлять лист из пластмассы толщиной 3-10 мм.

Необходимо отметить, что использование в качестве материала для изготовления акустически проводящей среды пластмасс существенно расширяет область применения, т.к. в этом случае можно не ограничиваться только плоским образцом, а изготовить образцы, например, в виде железнодорожных рельсов, валов, осей и других изделий (деталей) машиностроения и транспорта. При этом они будут представлять полые пластмассовые модели конкретных деталей (рельсов, валов) с прикрепленной (наклеенной) внутри под плоскостью сканирования пьезопластиной.

Усилитель 4 может быть выполнен по типовой схеме серийного дефектоскопа (например, усилителя высокой частоты дефектоскопа УД2-12) или любого серийного диагностического устройства. Необходимо лишь обеспечить стабильный коэффициент усиления K_пр, который должен быть установлен в процессе настройки устройства.

Назначение нормализатора импульсов 5 ясно из фиг. 2. Он может быть выполнен в виде любого ждущего генератора прямоугольных импульсов заданной длительности (примерно 3:5 мкс), запускающегося при превышении уровня аналогового сигнала на его входе выше пороговой величины.

В качестве индикатора принятых сигналов 18 устройства целесообразно использовать световой (или звуковой) индикатор, например типовой светодиод с зеленым свечением.

Генератор парных импульсов 6 может быть выполнен в виде известных двух ждущих мультивибраторов с регулируемыми длительностями импульсов и дифференциальными цепочками с ограничителями, выделяющими задний фронт импульса мультивибратора. Генератор импульсов 9 может быть выполнен по классической схеме ждущего генератора пачек синусоидальных импульсов. Коммутаторы 3 и 12 могут быть выполнены, например, в виде аналогового мультиплексора, осуществляющего подключение одного входа к любому из имеющихся выходов (двух) при поступлении управляющего сигнала. Как следует из фиг. 1 и 2, в качестве управляющего сигнала коммутатора 3 используется выходной сигнал ждущего мультивибратора 16: при единичном положении (импульс на выходе мультивибратора есть) коммутатор подключает пьезопластину 2 через аттенюатор 10 и второй коммутатор 12 к генератору 9 (режим излучения), при нулевом положении (импульс на выходе мультивибратора отсутствует) к входу усилителя 4 (режим приема). Длительность t_МВ импульса этого мультивибратора выбирается из условия

где
t_эхо.max максимальное время задержки эхо-сигнала от моделируемых отражателей относительно зондирующего импульса поверяемого прибора;
T_з.min минимальная длительность периода, соответствующая максимальной частоте F_з.max посылок зондирующих импульсов прибора 20. На практике t_МВ≈200 мкс, т.к. обычно F_з.max≅4 кГц.

Аналогично импульсом второго ждущего мультивибратора 17 управляется второй коммутатор 12, осуществляющий пропуск второго генерируемого импульса через аттенюатор 13 с фиксированным (прецезионным) ослаблением (см. фиг. 1 и 2).

Время задержки t_э первого генерируемого эхо-сигнала относительно зондирующего импульса поверяемого прибора в общем случае суммируется из двойного времени прохождения у.з. колебаний t_пр через призму (протектор) акустического блока 19 прибора через акустически проводящую среду 1 и времени задержки t_з генератора парных импульсов, устанавливаемой органом управления 7 генератора.

При выборе толщины (высоты) акустически проводящей среды 1 в пределах единиц мм время прохождения t_пр составляет 1-5 мкс и может быть учтено достаточно точно при установке t_з генератора 6 с целью получения желаемого значения t_эхо. При метрологической поверке точностных характеристик измерителей временного интервала поверяемого прибора рекомендуется пользоваться временным интервалом между двумя генерируемыми импульсами Δt_п, прецезионно устанавливаемыми в требуемом временном диапазоне (например, от 0 до 100 мкс) с помощью органа регулировки 8. При этом на этот интервал не влияют времена прохождения у. з. колебаний в акустически проводящей среде, в толще (0,01-0,05) контактирующей жидкости и в протекторе акустического блока (ПЭП) прибора. Органы регулировки (установки) временных интервалов 7 и 8 должны быть снабжены соответствующими шкалами или же генератор парных импульсов должен быть выполнен с цифровыми индикаторами временных интервалов t_эхо и Δt_п
Управляемый аттенюатор 10 и аттенюатор с фиксированным ослаблением 13 являются калиброванными ослабителями и могут быть собраны по известным схемам. Они также могут быть снабжены цифровыми индикаторами ослабления (в дБ).

Наиболее специфичным узлом устройства, реализующего заявляемый способ поверки у. з. эхо-импульсных приборов, является измеритель 15 параметров импульсных колебаний. С его помощью необходимо не только осуществить измерение принятых от поверяемого прибора основных параметров акустических (зондирующих) колебаний, но и сохранить (запомнить) измеренные значения до момента вторичной генерации электрических импульсов с учетом параметров принятых колебаний. Выполнение указанных функций возможно с помощью блока измерителя, электрическая схема которого может быть реализована различными способами. Один из возможных вариантов схемы измерителя 15 состоит из устройства фиксации 15₁ и запоминания 15₁' амплитуды принятого зондирующего импульса и устройства измерения частоты заполнения и длительности зондирующих колебаний (15₂ и 15₃)
Устройство фиксации и запоминания амплитуды 15₁ принятого зондирующего импульса может быть выполнено по известной схеме, в виде аналогового запоминающего устройства на шести полевых и биполярных транзисторах и одном операционном усилителе (типа К140УД8Б). За время действия зондирующего импульса конденсатор устройства заряжается до максимальной амплитуды. При поступлении сигнала опроса с генератора парных импульсов 6 на выходе устройства появляется хранимый аналоговый сигнал, который управляет коэффициентом ослабления аттенюатора 10. В качестве сигнала обнуления устройства можно использовать задний фронт импульса ждущего мультивибратора 16 или мультивибратора 17 (на фиг. 1 эта связь не показана).

Устройство измерения частоты и длительности принятого зондирующего импульса также может быть выполнено по различной схеме. Один из возможных вариантов построения устройства содержит пороговый ограничитель зондирующего импульса и счетчик числа и длительности полупериодов зондирующего 15₂ с сответствующим запоминанием 15₃. При поступлении сигнала опроса с генератора 6 запомненные импульсы прямоугольной формы (длительность каждого из них равна половине периода частоты колебаний зондирующего импульса поверяемого прибора и, например, для частоты у.з. колебаний 2,5 МГц составляет 0,2 мкс) поступают на вход генератора 9 радиоимпульсов. Генератор 9 формирует одно колебание синусоидальной формы необходимой амплитуды (15-90 В при применении в качестве ПЭП пьезопластины типа ЦТС-19) при каждом поступлении на вход каждого прямоугольного импульса (см. фиг. 2). В результате на входе генератора формируется пачка колебаний, частота и длительность которой равна частоте и длительности принятого зондирующего импульса поверяемого прибора.

Наиболее прогрессивный способ реализации измерителя параметров импульсных колебаний и в целом устройства возможен на базе микропроцессора.

Устройство поверки эхо-импульсных ультразвуковых приборов, реализующее предлагаемый способ, можно выполнить в следующих модификациях: в виде единого электронно-акустического блока с площадкой для установки ПЭП прибора; в виде электронного блока с пультом управления и отдельной акустической панели; в виде встроенного в электронный блок проверяемого прибора устройства с площадкой для установки ПЭП прибора, работающего в электрически независимом режиме от прибора.

В любом случае органы управления устройством с соответствующими шкалами, а именно:
регулятор 7 времени задержки t_з со шкалой (таблом) в мкс;
регулятор 8 временного интервала Δt_п со шкалой в мкс;
дискретный переключатель 11 установки первоначального коэффициента ослабления управляемого аттенюатора 10 (в зависимости от выбранного типа моделируемого отражателя "плоскодонка", "отверстие" и т.п.) с калибровкой в децибеллах (дБ);
переключатель 14 аттенюатора 13 дискретного (прецезионного) ослабления ΔU второго генерируемого импульса относительно первого, также проградуированный в дБ, а также индикатор принятых сигналов должны быть выведены на панель управления устройства.

Необходимо отметить, что предлагаемое устройство, реализующее заявляемый способ поверки у.з. эхо-импульсных приборов, при его соответствующей настройке по существу является электронным стандартным образом. Как показывает анализ существующих методик поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов, составленных, в частности, в соответствии с ГОСТ 23049-84 и согласованных Госстандартом (МЦУ-6-91), предлагаемый способ и устройство позволяют с минимальной затратой времени и с достаточной точностью выполнять практически все операции поверки и необходимые измерения:
опробование поверяемого прибора путем приема генерируемых эхо-сигналов;
определение погрешности измерения амплитуд эхо-сигналов путем сравнения заданного устройством ΔU с измеренным с помощью прибора;
определение погрешности измерения глубиномера путем сопоставления заданного временного интервала (между двумя генерируемыми импульсами) с измеренным;
проверку срабатывания пороговых устройств;
проверку работоспособности временной регулировки чувствительности (ВРЧ) путем задания различных амплитуд генерируемых импульсов во всем временном диапазоне действия ВРЧ;
проверку работоспособности прибора с преобразователем (ПЭП);
проверку частоты излучения поверяемым прибором у.з. колебаний (при соответствующей индикации измеренной блоком 15 частоты);
проверку абсолютной чувствительности и резерва чувствительности;
проверку "мертвой зоны";
проверку условной разрешающей способности прибора по глубине залегания отражателя.

Во многих случаях использования предлагаемого устройства электронного стандартного образца, может не потребоваться применение прецезионных измерений временных интервалов и отношений амплитуд. В этом случае устройство можно перевести в режим излучения (генерации) одиночных импульсов путем установки временного интервала Δt_п между двумя генерируемыми импульсами равным нулю (Δt_п= 0). При этом электронный стандартный образец будет полностью заменять (моделировать) обычный стандартный образец (например, металлический образец с цилиндрическим сверлением CO2 по ГОСТ 23049-84), обладая при этом более широкими возможностями, меньшей массой, габаритами и удобством эксплуатации.

Все основные операции заявляемого способа и основные узлы устройства проверены макетированием.

Таким образом, поставленная при создании изобретения задача повышения надежности, достоверности и производительности поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов, а также расширение области применения способа полностью решена. Электронный стандартный образец заявляемое устройство, реализуя заявляемый способ, позволяет в отличие от прототипа поверять не только временные, но и амплитудные характеристики эхо-импульсных приборов. При этом операции поверки осуществляются без каких-либо электрических соединений поверяемого прибора с устройством. Достаточно лишь установить на акустически проводящую среду устройства ПЭП прибора и обеспечить акустический контакт между ними. При этом генерация импульсов с учетом параметров акустических импульсов прибора позволяет измерять дополнительные характеристики поверяемого прибора с большей точностью и производительностью.

Внедрение предлагаемых способа и устройства в медицинской диагностике, в промышленности, при проведении неразрушающего контроля и диагностики с помощью эхо-импульсных ультразвуковых приборов позволит повысить надежность и достоверность контроля и диагностики при одновременном повышении производительности работ.

Формула изобретения

1. Способ поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов, заключающийся в том, что генерируют два электрических импульса с заданной (эталонной) задержкой между ними, преобразуют их в акустические импульсы, передают их через акустически проводящую среду, преобразуют их поверяемым прибором в электрические импульсы, определяют временной интервал между ними и сопоставляют его с эталонным временным интервалом, отличающийся тем, что через эту же среду принимают акустические (зондирующие) колебания поверяемого прибора, преобразуют их в электрические, измеряют параметры принятых колебаний, причем генерацию электрических импульсов производят после приема акустических (зондирующих) колебаний поверяемого прибора, параметры генерируемых импульсов устанавливают с учетом параметров принятых от поверяемого прибора колебаний и поверяемым прибором определяют амплитуду генерируемых импульсов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что амплитуду одного из генерируемых импульсов изменяют по отношению к другой на заданную величину, поверяемым прибором определяют соотношение амплитуд генерируемых импульсов и сопоставляют его с заданной величиной.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что прием акустических импульсов от поверяемого прибора и передачу генерируемых импульсов в акустическую среду осуществляют с помощью электроакустического преобразователя, работающего как в режиме приема, так и в режиме излучения, причем перевод его в режим излучения производят после приема акустических колебаний поверяемого прибора.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что после преобразования принятых от поверяемого прибора акустических колебаний в электрические осуществляют индикацию факта приема и по этой индикации судят о работоспособности излучающей части поверяемого прибора.

5. Устройство поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов, состоящее из акустически проводящей среды, последовательно соединенных электроакустического преобразователя и генератора парных импульсов с регулируемым прецизионно задержкой и временным интервалом, отличающееся тем, что между выходом электроакустического преобразователя и входом генератора парных импульсов включены последовательно соединенные первый двухпозиционный коммутатор, усилитель принятых сигналов и нормализатор импульсов, между выходом генератора парных импульсов и вторым входом коммутатора включены последовательно соединенные генератор радиоимпульсов и управляемый аттенюатор, между выходом усилителя и управляемым входом генератора радиоимпульсов включен измеритель параметров импульсных колебаний, дополнительный вход (вход опроса) которого соединен с выходом генератора парных импульсов, а второй выход соединен с управляющим входом аттенюатора, между выходом нормализатора и управляющим входом коммутатора включен ждущий мультивибратор.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что между выходом управляемого аттенюатора и вторым входом коммутатора включены последовательно соединенные второй двухпозиционный коммутатор и аттенюатор с фиксированным (эталонным) ослаблением, причем второй выход этого коммутатора соединен с выходом указанного аттенюатора, а между управляющим входом второго коммутатора и выходом генератора парных импульсов включен второй ждущий мультивибратор.

7. Устройство по пп.5 и 6, отличающееся тем, что к выходу нормализатора импульсов подключен индикатор принятых сигналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2