Способ ультразвукового контроля толщины изделий

 

Изобретение относится к области ультразвуковой толщинометрии и позволяет с повышенной точностью определять как толщину протяженных листовых материалов, так и диаметры прутков. Способ заключается в том, что в изделии возбуждают ультразвуковые колебания, определяют производную от оптимально отфильтрованного принятого сигнала, отраженного от нижней поверхности изделия, вычисляют ее абсолютную величину и определяют точку максимума. Время задержки зх-сигнала определяют в точке минимальной погрешности измерения временной задержки соответствующей максимуму абсолютной величины производной. Устройство, реализующее предлагаемый способ, состоит из электроакустически последовательно соединенных синхронизатора, генератора зондирующих импульсов, излучающего электроакустического преобразователя, приемного электроакустического преобразователя, входного усилителя, оптимального фильтра и измерителя временных интервалов. Задержка сигнала на выходе фильтра, пропорциональна измеряемой толщине. За счет оптимальной фильтрации повышается отношение сигнал/шум. 4 ил.

Изобретение относится к области ультразвукового контроля изделий, конкретнее к ультразвуковой толщинометрии, и может быть использовано как при измерении толщин протяженных листовых материалов, так и диаметров прутков.

Известен способ ультразвуковой толщинометрии, заключающийся в том, что на поверхности изделия устанавливают излучающий и приемный преобразователи, излучающим преобразователем импульсно возбуждают ультразвуковую волну, приемным преобразователем принимают ультразвуковую эхо-волну и по времени задержки последней относительно зондирующего импульса судят о толщине изделия (Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х книгах, Кн. 2 Под ред. Клюева В.В. - М.: Машиностроение, 1986, стр. 275).

Недостатком известного способа толщинометрии является низкая точность измерения толщины, особенно при высоком затухании ультразвука в материале изделия, когда уровень эхо-сигнала становится соизмеримым с уровнем шума входного тракта.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности является способ ультразвукового контроля толщины изделий, заключающийся в том, что в изделии возбуждают ультразвуковые колебания регулярной пачкой импульсов и производят оптимальную фильтрацию - накопление принятых отраженных сигналов, а по времени задержки между последним импульсом в возбуждающей пачке и максимальным значением накопленного сигнала определяют толщину изделия (Авт. св. СССР N 1817020, опубл. 25.05.93 в Б.И. N 19).

Недостатком такого способа является высокая погрешность определения времени задержки точки максимального значения оптимально отфильтрованного сигнала.

Техническая задача предлагаемого способа заключается в повышении точности определения толщины.

Эта задача достигается тем, что в известном способе ультразвукового контроля толщины изделий, заключающемся в том, что в контролируемом изделии возбуждают ультразвуковые колебания, принимают отраженные от дна изделия импульсы, оптимально их фильтруют, а по времени задержки оптимально отфильтрованного принятого сигнала относительно зондирующего определяют толщину изделия, вычислят производную по времени от оптимально отфильтрованных импульсов, определяют абсолютную величину производной и находят ее максимум, а время задержки определяют между зондирующим сигналом и точкой импульсов, соответствующей максимуму производной.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 изображена последовательность для определенности из 3 зондирующим импульсов; на фиг. 3 изображена последовательность эхо-сигналов на входе входного усилителя; на фиг. 4 изображена последовательность импульсов на выходе оптимального фильтра-накопителя.

Способ ультразвукового контроля толщины изделий заключается в том, что определяют производную от оптимального отфильтрованного принятого сигнала, вычисляют ее абсолютную величину, определяют точку максимума абсолютной величины, а время задержки эхо-сигнала определяется в точке минимальной погрешности измерения временной задержки, соответствующей максимуму абсолютной величины производной, в отличие от точки максимума оптимально отфильтрованного сигнала, в которой эта погрешность максимальна.

Устройство, реализующее заявляемый способ, состоит из электроакустически последовательно соединенных синхронизатора 1, генератора 2 зондирующих импульсов, излучающего электроакустического преобразователя 3, приемного электроакустического преобразователя 4, входного усилителя 5, оптимального фильтра 6 и измерителя 7 временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом синхронизатора 1. В качестве измерителя 7 временных интервалов может быть использован электроннолучевой осциллограф, измерительный триггер, преобразователь "напряжение - временной интервал". Цифрой 8 обозначено контролируемое изделие.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

Синхронизатор 1 вырабатывает периодическую последовательность синхроимпульсов, обеспечивающую временную синхронизацию всех элементов устройства. Генератор 2 зондирующих импульсов формирует пачку радиоимпульсов с заданными параметрами (см. фиг. 2), которые поступают на излучающий электроакустический преобразователь 3 и излучаются в изделие 8. Отраженные от нижней границы изделия 8 импульсы, задержанные на t₃ относительно момента излучения (см. фиг. 3) и усиленные входным усилителем 5, поступают на вход оптимального фильтра 6. Оптимальный фильтр 6, увеличивая отношение сигнал/шум в раз, где N - количество импульсов в излучаемой пачке, повышает точность определения временной задержки эхо-сигналов. Сигнал на выходе оптимального фильтра 6 описывается автокорреляционной функцией сигнала на его входе, огибающая сигнала на выходе оптимального фильтра 6 (в случае выполнения последнего по двухканальной квадратурной схеме) показана на фиг. 4. С выхода оптимального фильтра 6 сигнал поступает на вход измерителя 7 временных интервалов. Задержка сигнала t₃ на выходе блока 6 пропорциональна измеряемой толщине и фиксируется по временному положению во времени точки сигнала, соответствующей максимуму произвольной оптимально отфильтрованного сигнала.

Формула изобретения

Способ ультразвукового контроля толщины изделий, заключающийся в том, что в изделии возбуждают ультразвуковые колебания, принимают отраженные импульсы, оптимально их фильтруют и по времени их задержки относительно зондирующего сигнала определяют толщину изделия, отличающийся тем, что вычисляют производную по времени от оптимально отфильтрованных импульсов, определяют абсолютную величину производной и находят ее максимум, а время задержки определяют между зондирующим сигналом и точкой импульсов, соответствующей максимуму производной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4