Лазерный ультразвуковой дефектоскоп



Лазерный ультразвуковой дефектоскоп
Лазерный ультразвуковой дефектоскоп
Лазерный ультразвуковой дефектоскоп

 


Владельцы патента RU 2544257:

Карабутов Александр Алексеевич (RU)

Использование: для неразрушающих методов контроля внутренних структур объектов. Сущность изобретения заключается в том, что лазерный ультразвуковой дефектоскоп содержит импульсный лазер, соединенный через оптоволокно с оптико-акустическим преобразователем, выполненным в виде единого блока, расположенного на исследуемом объекте, и содержащим пластину оптико-акустического генератора, а также пьезоприемник, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к компьютеру, при этом оптико-акустический генератор и пьезоприемник пространственно разнесены и размещаются на наклонных звукопроводах, контактирующих с исследуемым материалом, а лазер, аналого-цифровой преобразователь и блок питания размещены в отдельном корпусе. Технический результат: расширение функциональных возможностей устройства за счет использования различных типов акустических волн. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к неразрушающим методам исследования и может быть использовано для контроля внутренних структур объектов их геометрических параметров и определения их физических характеристик.

Известно устройство лазерно-акустического контроля, содержащее импульсно-модулированный лазер, соединенный с оптическим волокном, торец которого через расширяющую линзу направлен на оптико-акустический преобразователь, а пьезоприемник выполнен в виде решетки из локальных пьезоэлементов, каждый из которых соединен через предусилитель и аналого-цифровой преобразователь с компьютером (1). В известном устройстве необходимо пропускать излучение лазера сквозь приемник ультразвука.

Известен лазерно-ультразвуковой дефектоскоп, содержащий импульсный лазер, соединенный через оптоволокно с оптико-акустическим преобразователем, выполненным в виде единого блока, расположенного на исследуемом объекте, и содержащим пластину оптико-акустического генератора, а также пьезоприемник, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к компьютеру (2). Данное устройство может работать, как правило, только на одном типе волн - продольных.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно, использование всех типов волн, продольных, поперечных, и поверхностных акустических волн. В сочетании с лазерно-акустическим преобразователем, устройство получает неоспоримые преимущества.

Поставленная цель достигается тем, что, в известном устройстве, содержащем импульсный лазер, соединенный через оптоволокно с оптико-акустическим преобразователем, выполненным в виде единого блока, расположенного на исследуемом объекте, и содержащим пластину оптико-акустического генератора, а также пьезоприемник, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к компьютеру, оптико-акустический генератор и пьезоприемник пространственно разнесены и размещаются на наклонных звукопроводах, контактирующих с исследуемым материалом, а лазер, аналого-цифровой преобразователь и блок питания размещены в отдельном корпусе.

Возможность реализации

На чертеже (Фиг.1) показан лазерный ультразвуковой дефектоскоп. Он содержит:

1 - лазер с модуляцией добротности и высокой частотой повторения импульсов, содержащий на выходе адаптер для ввода излучения в оптическое волокно;

2 - комбинированный многофункциональный блок питания, обеспечивающий электропитание лазера, оптико-акустического преобразователя и аналого-цифрового преобразователя;

3 - скоростной прецизионный аналого-цифровой преобразователь, обеспечивающий перевод электрического сигнала оптико-акустического преобразователя в цифровую форму, временное запоминание его и передачу по скоростной линии в компьютер;

4 - специализированный изолированный корпус, в котором помещаются лазер, аналого-цифровой преобразователь и блок питания;

5 - систему обработки данных, включающую компьютер, связанный скоростной линией передачи данных с аналого-цифровым преобразователем, и программным обеспечением, обеспечивающим прием цифровых данных, их спектральную обработку, и отображение результатов на экране монитора, а также интерактивное управление процессом передачи и обработки данных;

6 - силовое оптическое волокно для передачи лазерного излучения в оптико-акустический преобразователь;

7 - оптико-акустический преобразователь с наклонным вводом пучка для преобразования лазерных импульсов в акустические, передачи их в исследуемую среду и регистрации отраженных и рассеянных акустических сигналов, содержащий разнесенные оптико-акустический генератор и широкополосный пьезоприемник с наклонными звукопроводами.

Схема оптико-акустического преобразователя 7 (Фиг.1) с наклонным вводом акустического пучка приведена на Фиг.2. Оптико-акустический преобразователь 7 разделен на излучающий и принимающий модули.

Управление и работа системы осуществляются от компьютера, а синхронизация работы лазера производится специальными сигналами, вырабатываемыми в блоке аналого-цифрового преобразователя. Старт-считывание сигнала осуществляется по импульсу фотодиода, согласованному с лазерным импульсом.

Излучающий модуль содержит оптическую схему 8, формирующую лазерный пучок, поступающий из волокна. Сформированный лазерный пучок облучает пластину оптико-акустического генератора 9, где происходит формирование широкополосного акустического импульса. Оптико-акустический генератор 9 представляет собой плоско параллельную пластину, выполненную из материала, поглощающего лазерное излучение, имеющего высокое значение коэффициента теплового расширения и согласованного по акустическому импедансу с материалом наклонного звукопровода 10. Наклонный звукопровод является цилиндром, один торец которого перпендикулярен к его оси, а второй торец срезан под острым углом и находится в акустическом контакте с поверхностью исследуемого объекта 11.

В состав принимающего модуля преобразователя входит аналогичный звукопроводу 10 наклонный звукопровод 12. На заднем торце звукопровода акустически согласованно закреплен пьезоприемник 13, который передает электрический сигнал в усилитель 14.

Дефектоскоп работает следующим образом. Звукопроводы 10 и 12 (Фиг.2) приводятся в акустический контакт с исследуемым объектом 11. Лазерный импульс поступает из лазера 1 (Фиг.1) через оптоволокно 6 оптическую систему 8 (Фиг.2) на пластину оптико-акустического генератора 9. Последний излучает акустический импульс в наклонный звукопровод 10 и исследуемый объект 11. Отраженный внутри объекта акустический импульс 15 через второй наклонный звукопровод 12 попадает на пьезоприемник 13 и его электрический сигнал, усиленный усилителем 14 поступает в аналого-цифровой преобразователь 3 (Фиг.1).

На чертеже (Фиг.3) показан пример сигнала оптико-акустического преобразователя с наклонным вводом, зарегистрированный в графитовых волокнах разного типа. По времени задержки импульсов можно, например, определить скорость в волокне, а по амплитуде сигнала судить о качестве исследуемого материала.

Источники информации, использованные при составлении заявки.

1. Патент России №2232983.

2. Патент России №2381496.

Лазерный ультразвуковой дефектоскоп, содержащий импульсный лазер, соединенный через оптоволокно с оптико-акустическим преобразователем, выполненным в виде единого блока, расположенного на исследуемом объекте, и содержащим пластину оптико-акустического генератора, а также пьезоприемник, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к компьютеру, отличающийся тем, что оптико-акустический генератор и пьезоприемник пространственно разнесены и размещаются на наклонных звукопроводах, контактирующих с исследуемым материалом, а лазер, аналого-цифровой преобразователь и блок питания размещены в отдельном корпусе.



 

Похожие патенты:

Использование: для измерения внутренних локальных механических напряжений в стальных конструкциях. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения внутренних локальных механических напряжений стальных конструкций, содержащее корпус, заполненный иммерсионной жидкостью, акустическое фокусирующее устройство в виде линз, взаимодействующее с ультразвуковым преобразователем, и блок приема информации с регистрирующими датчиками, при этом корпус выполнен в виде металлической емкости с расположенными в нем одинаковыми акустическими линзами, ко дну корпуса, с наружной стороны, закреплены приемные пьезопреобразователи, расположенные на фокальной плоскости линз, а в верхней части корпус снабжен стальной пробкой со сферической поверхностью, направленной к акустическим линзам, при этом с наружной стороны пробка имеет глухое отверстие, в котором расположен литиевый цилиндр, верхний конец которого взаимодействует с исследуемой конструкцией, а снаружи он окружен индукционной катушкой, закрепленной в кольце-каркасе, взаимодействующем с дополнительно установленной опорной перекладиной, которая соединена с нижней перекладиной, а блок приема информации снабжен импульсным генератором, двумя широкополосными усилителями, резистором, аналогово-цифровым преобразователем и персональным компьютером.

Изобретение относится к неразрушающему контролю магистральных трубопроводов. В диагностируемый магистральный нефтепровод помещают внутритрубный снаряд-одометр, снабженный источником изотропного акустического излучения, линейкой приемников гидрофонов и бортовым микрокомпьютером.

Использование: для неразрушающего исследования гибких композитных изделий. Сущность изобретения заключается в том, что исследование внутренней структурной изменчивости в объеме гибкого композитного эластомерного изделия или различий между гибкими композитными эластомерными изделиями включает установку гибкого композитного эластомерного изделия в фиксированное положение, простукивание изделия, определение продолжительности ударного воздействия при простукивании и сравнение продолжительности ударного воздействия с эталонным значением.

Использование: для определения направленности дефекта. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой головкой (2) из разных измерительных точек (МР) воздействуют ультразвуковыми сигналами на конструктивный элемент (В), причем ультразвуковые эхо-сигналы, которые отражаются от находящейся внутри конструктивного элемента (В) подлежащей исследованию точки (Р) обратно к измерительным точкам (МР), принимаются этой или другой ультразвуковой головкой (2); и с модулем (4) обработки данных, который с учетом направления звукового воздействия между соответствующей измерительной точкой (МР) и подлежащей исследованию точкой (Р) оценивает принятые эхо-сигналы для определения ориентации дефекта, причем в зависимости от зарегистрированного времени прохождения сигнала между моментом подачи ультразвукового сигнала и моментом приема отраженного обратно дефектом ультразвукового эхо-сигнала для каждой измерительной точки (МР) рассчитывается расстояние (d) между измерительной точкой (МР) и подлежащей исследованию точкой (Р) и принятые с временным сдвигом в разных измерительных точках (МР) ультразвуковые эхо-сигналы подлежащей исследованию точки (Р) синфазно суммируются для их оценки.

Изобретение относится к генераторным трактам акустических эхоимпульсных локаторов. Преимущественная область использования - гидроакустика, ультразвуковая дефектоскопия.

Использование: для стабилизации скорости перемещения внутритрубного инспектирующего снаряда. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для стабилизации скорости перемещения внутритрубного инспектирующего снаряда состоит из цилиндрического полого корпуса, байпасных цилиндрических проходных каналов, модуля управления перепуском газа с аксиально перемещаемыми затворами запорных клапанов, первой и второй полиуретановых манжет, гидропривода, бортовой электронной аппаратуры, одометрического измерителя скорости движения устройства и системы электронного управления, при этом в него введены группа заслонок шарнирных секторных и электроуправляемый сбросной клапан, причем байпасный перепускной канал выполнен в виде полости в цилиндрическом корпусе самого инспектирующего снаряда, а модуль управления перепуском газа выполнен в виде цилиндрического корпуса с группой вертикальных щелей в передней части и группой горизонтальных щелей на цилиндрической его поверхности с цилиндрической шиберной задвижкой в передней его части, жестко соединенной с наружной поверхностью скользящей трубы, продольно перемещаемой по наружной поверхности гидравлического цилиндра, а также другие элементы устройства.

Использование: для визуализации ультразвуковой дефектоскопии трехмерного изделия. Сущность изобретения заключается в том, что устройство ультразвуковой томографии содержит антенную решетку с n приемно-передающими элементами, каждый из которых соединен с выходом соответствующего генератора импульсов и входом соответствующего усилителя, n аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока памяти реализации, количество выходов которого - N определено формулой N=n·(n+1)/2.

Использование: для визуализации ультразвуковой дефектоскопии трехмерного изделия. Сущность изобретения заключается в том, что размещают пьезопреобразователи антенной решетки на объекте контроля, причем расстояние между соседними положениями антенной решетки, при которой получают одно В-изображение, превышает половину длины ультразвуковой волны, производят циклическое ультразвуковое облучение объекта контроля поочередно каждым пьезопреобразователем антенной решетки и одновременный прием ультразвуковых волн и их преобразование в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки, усиливают и преобразуют в цифровые коды полученные электрические сигналы, проводят когерентную обработку сохраненных цифровых кодов, при которой разбивают объект контроля на локальные области, которые рассматривают в качестве локального сосредоточенного отражающего элемента.

Использование: для неразрушающего контроля длительно работающего металла эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют определение времени задержки поверхностных акустических волн и электронно-микроскопические исследования длительно работающего наплавленного и основного металла, при этом акустический критерий оценки ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла содержит коэффициент, учитывающий анизотропию акустических характеристик, а также коэффициент, учитывающий изменение величины локальных полей внутренних напряжений в исследуемом металле.

Использование: для ультразвукового контроля сварного шва стыкового соединения двух поперечных концов двух металлических полос. Сущность изобретения заключается в том, что концы двух металлических полос сдвигают и удерживают между первой и второй зажимными губками (2а, 2b), расположенными вдоль каждого из поперечных концов, при этом первая и вторая зажимные губки имеют между собой, по меньшей мере, такой промежуток, при котором образуется зазор (54, 55) для пропускания первого канала (52) передачи падающих волн, способных генерировать ультразвуковые волны на поверхности первой полосы, и для пропускания второго канала (61) передачи волн, исходящих от поверхности второй полосы; падающие волны первого канала генерируют при помощи лазерных импульсов в режиме, по меньшей мере, предусмотренном для применения третьего канала ультразвуковых волн, генерируемых на поверхности первой полосы, проходящих через сварной шов и выходящих во второй канал; на основании этапа анализа (7) режима, связанного с импульсами, и, по меньшей мере, одного измерения свойства, такого как сигнатура состояния вибрации поверхности второй полосы на выходе ультразвуковых волн во второй канал, определяют характеристики контроля сварного шва.

Использование: для лазерно-ультразвукового контроля качества паяных соединений. Сущность изобретения заключается в том, что генерируют с помощью импульсного лазера оптические импульсы, преобразуют их в акустический сигнал - последовательность ультразвуковых импульсов, образующих зондирующий ультразвуковой луч, облучают этим лучом исследуемый объект, принимают пьезоприемником отраженные от исследуемого объекта сигналы, анализируют их и по результатам анализа судят о внутренних дефектах объекта, при этом указанный акустический сигнал формируют в виде апериодической последовательности ультразвуковых импульсов длительностью от 5 до 20 нс с образованием зондирующего ультразвукового луча с диаметром в пределах от 0,6 до 1,0 мм. Технический результат: обеспечение возможности контроля качества паяных соединений тонких ячеистых двустенных металлических конструкций. 4 ил.

Использование: для ультразвукового обнаружения микротрещин на рабочей выкружке головки рельса. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности катания рельса устанавливают два электроакустических преобразователя, направленные на противоположные внутренние поверхности головки рельса, зондируют головку рельса, для чего, перемещая электроакустические преобразователи вдоль рельса, излучают зондирующие и принимают отраженные ультразвуковые сигналы, которые анализируют в выбранном временном окне, и делают заключение о наличии и степени развития дефекта, при этом положение и направление излучения электроакустических преобразователей выбирают так, чтобы их ультразвуковые зондирующие сигналы после отражения от внутренних поверхностей головки рельса были направлены соответственно на рабочую и нерабочую выкружки головки рельса, временное окно приема сигналов от микротрещин на рабочей выкружке головки рельса выбирают в окрестности ожидаемого времени приема сигналов, отраженных от выкружек головки рельса, в котором увеличивают чувствительность приема электроакустических преобразователей до уровня начала приема структурных шумов металла рельса, анализ отраженных ультразвуковых сигналов и заключение о наличии и степени развития микротрещин производят на основе сравнения отраженных сигналов, принятых электроакустическими преобразователями от рабочей и нерабочей выкружек. Технический результат: обеспечение возможности обнаружения и оценки степени развития микротрещин на выкружке головки рельса на разных стадиях. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ возбуждения акустических колебаний электромагнитно-акустическим (ЭМА) методом с использованием явления ЭМА-резонанса и может применяться при неразрушающем контроле, в частности, слабопроводящих материалов. Способ заключается в том, что в верхнем слое контролируемого изделия создают вихревые токи и инициируют возникновение и распространение акустических колебаний, при этом частоту возбуждающего поля выбирают из условий равенства длин волн электромагнитного и акустического полей, а фазу подстраивают до совпадения пространственного распределения вынуждающей силы с деформациями кристаллической решетки. Техническим результатом является повышение эффективности возбуждения акустических колебаний электромагнитно-акустическим методом. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для динамической калибровки ультразвукового дефектоскопа. Сущность изобретения заключается в том, что проводят динамическую калибровку УЗ дефектоскопа, содержащего рядный блок электроакустических преобразователей, первый из которых является генератором УЗ излучения, а последующий преобразователь или преобразователи являются приемниками УЗ излучения, при этом пороговый уровень срабатывания дефектоскопа задают исходя из текущего значения амплитуды опорного сигнала, излучаемого зеркально по отношению к основному зондирующему сигналу и представляющего собой остаточное УЗ излучение генератора в текущем такте или принудительное УЗ излучение генератора в дополнительном такте. Технический результат: повышение точности задания порогового уровня срабатывания УЗ дефектоскопа в процессе контроля. 2 з.п. ф-лы. 17 ил.

Использование: для автоматизированного ультразвукового контроля крупногабаритных изделий, имеющих форму тел вращения. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют настройку чувствительности дефектоскопической аппаратуры в ручном режиме, ее проверку в автоматическом режиме, размещение на предметном столе установки контролируемого изделия, центрирование его, установку ультразвукового преобразователя на поверхности изделия в зоне начала контроля, включение автоматического режима контроля, сканирование преобразователем поверхности изделия по спирали, ввод - прием акустических колебаний контактно-щелевым методом с применением преобразователей с локальной ванной в изделие и в эталоны при настройке на них и проверке чувствительности аппаратуры, а также фиксирование наличия или отсутствия дефектов, при этом для контроля куполообразных изделий со сферическими поверхностями, преобразователь перемещают по дугообразной траектории, сканируют преобразователем поверхность изделия по выпуклой спирали Архимеда, и при обнаружении дефектов считывают их угловые координаты в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Технический результат: обеспечение возможности автоматизированного ультразвукового контроля качества куполообразных изделий со сферическими поверхностями. 2 ил.

Использование: для ультразвуковой толщинометрии с высоким разрешением. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе обследования трубопровода устройство ультразвуковой толщинометрии с высоким разрешением с использованием пьезоэлектрических преобразователей регистрирует отраженные сигналы от внутренней или внешней поверхностей стенки трубопровода, превышающие программно задаваемый порог, при этом выбираются отраженные сигналы по максимальному значению амплитуды, привязанной ко времени прихода от излученного импульса, далее из полученных сигналов выбирают не менее четырех сигналов по максимальным значениям амплитуд и регистрируют как значения времени от излученного импульса, так и амплитуды, при этом определяют границы начала изменения толщины стенки так называемой «зоны неопределенности границы дефекта» и в зависимости от структуры сигнала в «зоне неопределенности» вычисляют величину коррекции и далее корректируют сигналы отступа и толщины стенки трубопровода. Технический результат: обеспечение возможности определения границ зон изменения толщины стенки трубопровода с произвольным расположением плоскостей к нормали акустической оси пьезоэлектрического преобразователя. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: для определения длины патрубка, выступающего внутрь трубы тройникового соединения, посредством эхо-сигнала. Сущность изобретения заключается в том, что создают в стенке патрубка возмущающее воздействие с помощью излучателя ультразвуковых колебаний, установленного на наружной поверхности патрубка, и измеряют величину параметра входного сигнала путем снятия величины амплитуды и определяют на линии А-развертки местоположение отраженного ультразвукового импульса с жидкокристаллического экрана ультразвукового дефектоскопа, при этом дополнительно получают длину пути отраженного эхо-сигнала от торца патрубка до места установки излучателя путем перемещения излучателя ультразвуковых колебаний вдоль патрубка по наружной стенке для получения максимального эхо-сигнала с последующим расчетом длины выступающей части патрубка по соответствующей формуле. Технический результат: повышение точности и упрощение способа при определении длины патрубка стальных труб тройниковых соединений. 1 ил.

Использование: для измерения толщины контактного слоя при ультразвуковой дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что излучают пучок ультразвуковых колебаний в призму пьезопреобразователя, принимают отраженные от контактной поверхности объекта контроля продольные колебания дополнительной пьезопластиной, характеризующийся тем, что измеряют временное смещение отраженных колебаний и по его величине судят о толщине слоя. Технический результат: обеспечение возможности измерения толщины контактного слоя при ультразвуковой дефектоскопии с целью повышения достоверности ультразвукового контроля различных изделий. 2 ил.

Использование: для автоматизированного ультразвукового контроля плоских изделий. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют сканирование плоских изделий ультразвуковым преобразователем в двух взаимно перпендикулярных направлениях: возвратно-поступательное поперек и дискретное прямолинейное вдоль контролируемого изделия. Сканирование толстостенного контролируемого изделия проводят несколькими ультразвуковыми преобразователями, установленными в едином акустическом блоке в один ряд на равном расстоянии друг от друга и снабженными индивидуальными прижимами к поверхности контролируемого изделия, обеспечивающими им три степени свободы при сканировании, при этом сканирование акустического блока вдоль контролируемого изделия осуществляют попеременно-чередующимися нечетными короткими и четными длинными шагами, после чего фактические продольные координаты выявленных дефектов определяют как сумму текущих координат первого преобразователя и расстояния между центрами первого преобразователя и преобразователя, которым обнаружен дефект. Технический результат: повышение достоверности контроля, исключение «мертвой зоны» контроля, перебраковки плоских изделий и пропуска дефектов. 2 ил.

Группа изобретений относится к текущему контролю вращающихся компонентов в центробежных насосах или в системах, их содержащих. Устройство контроля состоит из первого блока (1) и второго блока (9). Первый блок (1) постоянно соединен с контролируемым компонентом и содержит по меньшей мере один датчик (2) для регистрации свойств компонента, блок (4) оценки для анализа сигналов от датчиков, передающий блок (5) для передачи результата анализа в приемник, который расположен пространственно отдельно от контролируемого компонента, и источник для подачи энергии (6). Второй блок (9) содержит блок (10) приемника, средство (11) оценки переданного сигнала и средство (8) отображения и/или передачи (13) сведений о зарегистрированном свойстве компонента. Передачу результата анализа осуществляют акустическим способом с использованием звуковых волн. Группа изобретений направлена на осуществление текущего контроля. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх