Способ измерения изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны и устройство для его реализации



Способ измерения изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны и устройство для его реализации
Способ измерения изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны и устройство для его реализации
Способ измерения изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны и устройство для его реализации
G01N29/34 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2643232:

Учреждение науки "Инженерно-конструкторский центр сопровождения эксплуатации космической техники" (Учреждение науки ИКЦ СЭКТ) (RU)

Изобретение относится к акустике. Способ измерения скорости распространения головной ультразвуковой волны предполагает возбуждение и прием прошедших по изделию ультразвуковых импульсов, оцифровку импульсов, запись в компьютер и определение временных интервалов между этими импульсами. Головную акустическую волну возбуждают лазерным излучением, формируют лазерное пятно и соответствующий ему возбуждаемый акустический пучок, сформированный акустический пучок из генератора направляют под углом β, близким к первому критическому, через звукопровод к поверхности изделия, а затем принимают под углом - β двумя звукопроводами, разнесенными между собой и генератором на расстояние L. Звукопроводы выполняют в виде призм, изготовленных из синтетического полимера метилметакрилата. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит генератор лазерных импульсов, оптико-акустический преобразователь, изделие, точки съема ультразвуковых импульсов первого и второго пьезоприемника, первый блок АЦП, компьютер, второй блок АЦП, тонкий иммерсионный слой контактной жидкости, звукопроводы. Технический результат - повышение разрешающей способности и точности измерения изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемые способ и устройство относятся к области измерения изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны (УЗВ) и могут найти применение в машиностроительной, металлургической и других областях, где необходимо осуществлять измерение скорости распространения акустических волн в изделиях, при определении остаточных напряжений.

Известны способы и устройства измерения скорости поверхностной ультразвуковой волны (авт. свид. СССР №№392.357, 1.010.541, 1.206.618, 1.247.659, 1.453.178, 1.490.501; патенты РФ №№2.014.567, 2.027.149, 2.101.681, 2.129.703, 2.169.350, 2.310.165, 2.358.243, 2.389.981, 2.490.606, 2.544.310; патенты США №№4.467.653, 4.603.589, 4.930.358, 6.516.665; патент Великобритании №2.282.447; патент Германии №4.114.233; патент Франции №2.551.204; патенты Японии №№62-280.827, 9.178.488, 10.332.380; патенты ЕР №№0.806.635, 0.913.670; патенты WO №№97/09591, 98/48.247; Владимиров А.П., Горкунов Э.С., Еремин П.С. и др. Спекл-интерферометрическая установка для бесконтактного измерения скорости распространения ультразвуковой волны Релея. Приборы и техника эксперимента. 2010, №1, с. 128-131 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ измерения скорости поверхностной ультразвуковой волны» и устройство для его реализации (патент РФ №2.490.606, G01H 5/00, 2012), которые и выбраны в качестве базовых объектов.

Сущность известных способа и устройства заключается в том, что возбуждают пьезопреобразователем поверхностную ультразвуковую волну, осуществляют прием прошедших по изделию ультразвуковых импульсов и определяют временные интервалы между этими импульсами, причем при прохождении волны по изделию регистрацию ультразвуковых импульсов осуществляют, по крайней мере, в трех точках, затем импульсы проходят на цифровой осциллограф и в оцифрованном виде ультразвуковые импульсы вводят в компьютер для определения зависимости амплитуд ультразвуковых импульсов от пройденного волной расстояния, далее нормируют амплитуды ультразвуковых импульсов, начиная со второго, до амплитуды первого, а после выравнивания определяют временные интервалы между этими импульсами.

Поверхностная ультразвуковая волна чувствительна к поверхностным дефектам изделия, что снижает разрешающую способность и точность измерения скорости распространения ультразвуковой волны, и не чувствительна к напряженно-деформированному состоянию материала, что делает ее неприменимой для контроля механических напряжений.

Технической задачей изобретения является повышение разрешающей способности и точности измерения изменения скорости распространения головной волны в среде образца путем применения двух пьезоприемников, разнесенных между собой и источником ультразвуковых волн на расстояние L, и использования лазерного излучения для возбуждения ультразвуковых волн.

Поставленная задача решается тем, что способ измерения изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны, включающий, в соответствии с ближайшим аналогом, определение временного интервала между ультразвуковыми импульсами, при котором возбуждают оптоакустическим способом головную ультразвуковую волну, осуществляют прием прошедших по изделию ультразвуковых импульсов и определяют временные интервалы между этими импульсами, при этом при прохождении волны по изделию регистрацию ультразвуковых импульсов осуществляют, по крайней мере, в двух точках, затем импульсы проходят на блок аналого-цифрового преобразования (АЦП) и в оцифрованном виде ультразвуковые импульсы вводят в компьютер и определяют временные интервалы между этими импульсами, отличается от ближайшего аналога тем, что головную акустическую волну возбуждают лазерным излучением, которое направляют в излучающий тракт с помощью оптического волокна и через оптически прозрачный волновод на поверхность специального оптико-акустического генератора, представляющего собой плоскопараллельную пластину из поглощающего свет пластика, формируют лазерное пятно и соответствующий ему возбуждаемый акустический пучок радиусом α, сформированный акустический пучок из генератора направляют под углом β через звукопровод к поверхности изделия, а затем принимают под углом - β двумя звукопроводами, разнесенными на расстояния L, где L - измерительная база, при прохождении волны по изделию регистрацию ультразвуковых импульсов во втором приемнике осуществляют также, как и в первом приемнике, причем звукопроводы выполняют в виде призм, изготовленных из синтетического полимера метилметакрилата, прикрепляют и удерживают их на поверхности контролируемого изделия тонким иммерсионным слоем контактной жидкости, что обеспечивает независимость измеренных отношений скорости распространения ультразвуковых волн двумя приемниками от параметров шероховатости изделия, температуры, химического и фазового состава и др.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг. 1. Вид ультразвуковых импульсов с поверхности изделия показана на фиг. 2.

Устройство измерения скорости распространения головной ультразвуковой волны содержит генератор лазерных импульсов 1, оптико-акустический преобразователь 2, изделие 3, точки съема 4 и 5 ультразвуковых импульсов первого 6 и второго 7 пьезоприемника, первый блок АЦП 8, компьютер 9, второй блок АЦП 10, тонкий иммерсионный слой контактной жидкости 11, звукопроводы 12, 13 и 14.

Устройство измерения скорости распространения головной ультразвуковой волны, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Генератор 1 излучает оптический импульс, который через излучающий тракт с помощью оптического волокна попадает на лицевую поверхность оптико-акустического преобразователя 2, представляющего собой плоскопараллельную пластину из поглощающего свет пластика. Из преобразователя 2 акустический пучок через звукопровод 12 попадает на поверхность изделия 3 и передается по нему в виде головной ультразвуковой волны. Звукопровод 12 представляет собой призму, выполненную из синтетического полимера метилметакрилата, размещается на поверхности изделия 3 таким образом, что акустическое излучение заводится в него под углом β, близким к первому критическому, обеспечивающему распространение в изделии 3 головной ультразвуковой волны.

Звукопроводы 13 и 14 установок 6 и 7 размещаются на поверхности изделия 3 таким образом, что акустическое излучение выводится из него под углом - β. Звукопроводы 12, 13 и 14 размещаются на поверхности изделия 3 на расстоянии L друг от друга, где L - измерительная база. Звукопроводы 12, 13 и 14 прикрепляются к поверхности изделия 3 через тонкий иммерсионный слой контактной жидкости 11, обеспечивающей постоянный акустический контакт. Оцифрованные импульсы с блоков аналого-цифрового преобразования 8 и 10 поступают в компьютер 9 для последующей обработки. Скорость распространения головной волны определяется из соотношения

,

где L - расстояние между точками генерации и съема ультразвуковых импульсов;

Δt - временной интервал между полуволнами с максимальной амплитудой (Δt4 и Δt5 на фиг 2).

Таким образом, временные интервалы

Δt4=t2-t1 и Δt5=t3-t2, где t1 - время генерации УЗВ импульса на преобразователе 2, t2 - время прихода УЗВ импульса на первый пьезоприемник, t3 - время прихода УЗВ импульса на второй пьезоприемник.

Расчет скорости и ее изменения по зарегистрированному времени прихода волны осуществляется в компьютере 9 автоматически.

Так как на измерение скорости могут влиять множество факторов (параметры шероховатости поверхности изделия, температура изделия и преобразователей, химический и фазовый состав материала изделия), предложенная схема обеспечивает одинаковые условия для двух приемников расположенных на различных участках изделия, и отношение измеренных скоростей позволяет оценить изменение скорости распространения УЗВ на соседних участках изделия, например на различном удалении от сварного шва или узлов усиления.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение разрешающей способности и точности измерения изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны. Это достигается за счет применения двух пьезоприемников, разнесенных между собой и источником ультразвуковых волн на расстояние L, и использования лазерного излучения для возбуждения ультразвуковых волн.

Ультразвуковые колебания, возбуждаемые лазером, имеют гораздо более короткий по длительности импульс, что повышает разрешающую способность измерений и их точность. А использование двух приемных пьезоэлементов, позволяет уйти от влияния толщины контактной жидкости и шероховатости поверхности изделия, температуры изделия преобразователей, химического и фазового состава материала изделия.

1. Способ измерения изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны, включающий определение временного интервала между ультразвуковыми импульсами, при котором возбуждают головную ультразвуковую волну, осуществляют прием прошедших по изделию ультразвуковых импульсов, затем импульсы передают на блок АЦП и в оцифрованном виде ультразвуковые импульсы вводят в компьютер и определяют временные интервалы между этими импульсами, отличающийся тем, что головную акустическую волну возбуждают лазерным излучением, которое направляют в излучающий тракт с помощью оптического волокна и через прозрачную для него тыльную нагрузку на лицевую поверхность специального оптико-акустического генератора, представляющего собой плоскопараллельную пластину из поглощающего свет пластика, формируют лазерное пятно и соответствующий ему возбуждаемый акустический пучок, сформированный акустический пучок из генератора направляют под углом β, близким к первому критическому, через звукопровод к поверхности изделия, а затем принимают под углом - β двумя звукопроводами, разнесенными между собой и генератором на расстояние L, где L - измерительная база, при прохождении волны по изделию регистрацию ультразвуковых импульсов во втором приемнике осуществляют также, как и в первом приемнике, причем звукопроводы выполняют в виде призм, изготовленных из синтетического полимера метилметакрилата, прикрепляют и удерживают их на поверхности контролируемого изделия тонким иммерсионным слоем контактной жидкости, а изменение скорости определяют по отношению измеренных с помощью каждого приемника скоростей головной ультразвуковой волны.

2. Устройство измерения изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны, содержащее изделие, оптико-акустический преобразователь, точки съема ультразвуковых импульсов первого и второго пьезоприемника, звукопроводы от точек съема до пьезопреобразователей, два блока АЦП и компьютер, обрабатывающий данные и определяющий изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны, отличающееся генератором лазерных импульсов, излучающим оптический импульс, который через излучающий тракт с помощью оптического волокна попадает на лицевую поверхность оптикоакустического преобразователя и формирует акустический пучок, который передают по изделию в виде головной ультразвуковой волны, при этом звукопроводы представляют собой призмы, выполненные таким образом, что акустическое излучение заводится в изделие под углом β, близким к первому критическому, обеспечивающему распространение в изделии головной ультразвуковой волны, а точки съема ультразвуковых импульсов и оптикоакустический преобразователь разнесены между собой и на расстояние L.



 

Похожие патенты:

Использование: для определения параметров деталей, изготовленных из композитного материала. Сущность изобретения заключается в том, что определяют характеристики продольной ультразвуковой волны, проходящей по пути внутри детали, при этом измеряют время прохождения продольной ультразвуковой волны, пропускаемой деталью, и измеряют время прохождения прошедшей волны путем наблюдения начала волны.

Изобретение относится к управлению технологическим процессом. В способе использования данных о вибрациях для определения состояния устройства управления собирают первые данные о вибрациях от первого датчика, связанного с устройством управления технологическим процессом, во время калибровки; рассчитывают эксплуатационный порог устройства управления на основании первых данных о вибрациях; собирают данные об эксплуатации относительно устройства управления.

Предложены способ и устройство испытания испытуемого объекта (204). Способ испытания прочности соединений композитного объекта (204) включает: генерирование волны (228) напряжения в текучей среде (306) в полости (302) в конструкции (300) генератора волн; направление волны (228) напряжения через текучую среду (306) в полости (302) в композитный объект (204) и задание определенного количества свойств (310) волны (228) напряжения в текучей среде (306) на основании конфигурации (308) полости (302) в конструкции (300) генератора волн.

Использование: для неразрушающего контроля объектов с помощью ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что сканируют ультразвуковым пучком контрольную деталь, имеющую геометрическую форму, идентичную с контролируемым объектом, и измеряют амплитуду, прошедшую через деталь, чтобы на ее основании вывести картографию, при этом ультразвуковой пучок усиливают с контрольным коэффициентом усиления, определяют поправки к коэффициенту усиления для коррекции контрольного коэффициента усиления в точках сканирования контрольной детали таким образом, чтобы получить постоянную для всех точек картографии амплитуду ультразвукового пучка, прошедшего через деталь, осуществляют сканирование и измерение амплитуды на контролируемом объекте, при этом коэффициент усиления, применяемый в различных точках сканирования, соответствует контрольному коэффициенту усиления, скорректированному с помощью указанных поправок.

Использование: для неразрушающего контроля несущих металлических конструкций зданий и сооружений. Сущность изобретения заключается в том, что устройство комплексной безопасности эксплуатации конструкций, выполненное с возможностью крепления к металлической конструкции, включает пьезоэлектрические датчики, усилители аналогового сигнала, устройство приема-передачи, подключенное к компьютеру, видеокамеры, подключенные к компьютеру, панель оператора со звуковым и световым сопровождением, при этом устройство дополнительно содержит датчик температуры, акселерометры, находящиеся внутри корпуса и подключенные через усилители аналоговых сигналов и аналого-цифровой преобразователь к компьютеру, причем пьезоэлектрические датчики и акселерометры, находящиеся внутри корпуса, соединены с усилителями аналоговых сигналов и аналого-цифровым преобразователем, а видеокамера, установленная в корпусе устройства, - через аналого-цифровой преобразователь с компьютером.
Изобретение относится к области биохимии. Предложено биосенсорное устройство для обнаружения биологических микро- и нанообъектов, таких как бактерии и вирусы.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для калибровки сейсмографов, и в частности для определения их амплитудно-частотных характеристик и увеличения.

Использование: для дефектоскопии магистральных газопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что автоматизированная установка ультразвукового контроля содержит блок перемещения, акустический блок, электронный блок, блок питания и баки контактной жидкости.

Использование: для определения толщины слоя бетона, пропитанного жидкостью в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений при одностороннем доступе к контролируемой конструкции.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматического обнаружения концентрации технологического материала. Предложено устройство и способ для того, чтобы автоматически переключать матрицы в измерителе для определения концентрации продукта неизвестного материала, который может представлять собой очищающий материал или применяемый материал.

Изобретение относится к метрологии, в частности к способам измерения скорости звука. Способ измерения распределения скорости звука в жидких средах заключается в том, что расположенным на заданном горизонте среды источником звуковых колебаний излучают акустические сигналы и поочередно принимают акустическими приемниками сигналы, отраженные от акустических рассеивателей, находящихся в объемах жидкой среды, которые ограничены пересечением характеристики направленности источника с веером характеристик направленности приемников.

Способ может быть использован в машиностроении, гидроэнергетике и других отраслях промышленности, требующих применения в производстве ультразвукового контроля. Для определения температурного коэффициента скорости ультразвука используются данные об изменении акустических характеристик материала.

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к средствам измерения скорости звука. Способ измерения скорости звука по трассе заключается в излучении зондирующего сигнала неподвижным источником через постоянные промежутки времени Т, сохраняя длительность сигнала постоянной.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу контроля посадочного натяга обода ротора электрической машины. Способ содержит ввод до установки клиньев, после расклиновки и в процессе эксплуатации электрической машины с торцевой поверхности закладных клиньев упругих волн, измерение временных задержек упругих волн для каждого клина и расчет величины (P) - относительного изменения разности временных задержек распространения упругих волн в клине.

Изобретение относится к гидроакустической метрологии, в частности к способам измерения вертикального распределения скорости звука в воде. Способ предполагает излучение широкополосного импульса, прием отраженных сигналов на приемопередающую антенну с узкой характеристикой направленности, измерение скорости звука на горизонте приемопередающей антенны, измерение распределения по времени приращения фазы принятого сигнала.

Изобретение относится к гидроакустическим измерениям и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в море с передачей измерительной информации на судно по гидроакустическому каналу связи.

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для определения скорости звука по трассе. Способ заключается в следующем.

Изобретение относится к области измерения параметров срабатывания средств инициирования детонации зарядов взрывчатых веществ при взрывных работах, а именно подрывных электродетонаторов (ЭД), имеющих в составе непервичный капсюль-детонатор (КД) на основе бризантных взрывчатых веществ (БВВ) и стандартный электровоспламенитель (ЭВ) с жестким или эластичным креплением мостика накаливания.

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в естественных водоемах.

Изобретения относятся к области гидроакустической метрологии. Процедура измерения скорости звука времяпролетным способом предполагает задание базы измерения с помощью специальной меры длины, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя полированными звукоотражающими поверхностями.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля вращающихся элементов авиационного двигателя. Объектами изобретения являются система и способ обнаружения дефектов на объекте, содержащий этапы, на которых: формируют изображение (13), характеризующее указанный объект (11), на основании сигналов (9), связанных с объектом, разбивают указанное изображение на участки (15) в соответствии с самоадаптирующимися разрешениями и вычисляют расхождения между различными участками для обнаружения аномального участка, указывающего на возможность повреждения. Технический результат - повышение точности и достоверности получаемых данных. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к акустике. Способ измерения скорости распространения головной ультразвуковой волны предполагает возбуждение и прием прошедших по изделию ультразвуковых импульсов, оцифровку импульсов, запись в компьютер и определение временных интервалов между этими импульсами. Головную акустическую волну возбуждают лазерным излучением, формируют лазерное пятно и соответствующий ему возбуждаемый акустический пучок, сформированный акустический пучок из генератора направляют под углом β, близким к первому критическому, через звукопровод к поверхности изделия, а затем принимают под углом - β двумя звукопроводами, разнесенными между собой и генератором на расстояние L. Звукопроводы выполняют в виде призм, изготовленных из синтетического полимера метилметакрилата. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит генератор лазерных импульсов, оптико-акустический преобразователь, изделие, точки съема ультразвуковых импульсов первого и второго пьезоприемника, первый блок АЦП, компьютер, второй блок АЦП, тонкий иммерсионный слой контактной жидкости, звукопроводы. Технический результат - повышение разрешающей способности и точности измерения изменения скорости распространения головной ультразвуковой волны. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх