Способ импульсно-периодического лазерно-ультразвукового контроля твердых материалов и устройство для его осуществления

Использование: для неразрушающего контроля материалов ультразвуковыми методами. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют генерацию серии оптических импульсов, преобразование их в акустические сигналы, излучение полученных сигналов в исследуемый материал, возбуждение продольных и сдвиговых волн в приповерхностном слое исследуемого материала, прием отраженных сигналов приемником, выполненным в виде решетки, собранной из локальных пьезоэлементов, обработку принятых сигналов в реальном масштабе времени в цифровой форме с сохранением их фаз, при этом генерацию серии оптических импульсов осуществляют в диапазоне от 10 Гц до 100 кГц, а сканирование производят через решетку из оптически прозрачных пьезоэлементов, акустический импеданс которых согласован с акустическим импедансом оптико-акустического генератора. Технический результат: обеспечение возможности проведения при одностороннем режиме доступа к образцу надежного лазерно-ультразвукового контроля, обладающего большой разрешающей способностью и высокой чувствительностью. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов ультразвуковыми методами и может быть использовано для выявления в исследуемых объектах структурных неоднородностей и определения их геометрических размеров.

Известен «ЛАЗЕРНО-УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОП», принцип работы которого основан на генерации лазерного импульса, преобразовании его в пластине оптико-акустического генератора в акустический сигнал, излучении акустического сигнала в исследуемую среду и принятии отраженного сигнала пьзоприемником (RU 2381496, опубликовано 10.02.2010 г., бюл. №4). Недостатками данного технического решения являются необходимость перемещения устройства относительно исследуемой поверхности.

Наиболее близким к предлагаемому авторами техническому решению является «СПОСОБ ЛАЗЕРНО-АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ» (RU 2232983, опубликовано 20.07.204 г., бюл. №20), при котором осуществляют генерацию оптического импульса, преобразовании его в акустический сигнал, излучении этого сигнала в исследуемую среду и прием отраженного акустического сигнала пьезоэлементом, причем акустический импульс генерируют с помощью двустороннего распределенного оптико-акустического преобразователя, а отраженный сигнал принимают решеткой из локальных пьезоприемников, расположенных либо между оптико-акустическим преобразователем и исследуемым материалом, либо с обратной стороны преобразователя, при этом сигнал, поступающий с решетки пьезоприемников, обрабатывают в реальном масштабе времени. Так же предлагается устройство для осуществления данного способа.

Недостатком данного способа является необходимость использования высокоскоростной системы регистрации электрических сигналов с пьезоприемников и высокий уровень шумов за счет наличия переотраженных от элементов решетки сигналов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение скорости сканирования при повышении его точности. Технический результат достигается за счет того, что генерацию серии оптических импульсов осуществляют в диапазоне от 10 Гц до 100 кГц, а сканирование производят через решетку, составленную из оптически прозрачных пьезоэлементов, акустический импеданс которых согласован с акустическим импедансом оптико-акустического генератора.

Реализация предлагаемого изобретения показана на Фиг. 1, где 1 - лазер, 2 - система доставки луча, 3 - линза, 4 - оптические лучи, 5 - решетка, оптико-акустический преобразователь, 7 - исследуемый образец, 8 - пьезоприемники, 9 - аналого-цифровой преобразователь, 10 - проводная связь, 11 - вычислительное устройство, и осуществляется следующим образом. Лазер, работающий в импульсно-периодическом режиме с изменяющейся частотой следования импульсов от 10 Гц до 100 кГц, связан посредством системы доставки луча, например, оптико-волоконным кабелем с линзой, генерирует оптические импульсы. Оптические лучи прошедшие через решетку, составленную из оптически прозрачных пьезоэлементов, попадают на оптико-акустический преобразователь. Преобразование оптических сигналов в акустические сигналы, которые поступают в исследуемый образец, осуществляется в оптико-акустическом преобразователе. Обертоны полученных с его помощью акустических волн с сохранением их фазы принимают пьзоприемники 8, из которых составлена решетка.

Данные элементы связаны с аналого-цифровым преобразователем при помощи проводной связи, которая обеспечивает надежное соединение с минимальным уровнем потерь мощности электрических сигналов, полученных при взаимодействии акустических волн с пьезоприемниками. Преобразованные в цифровую форму сигналы передаются на вычислительное устройство, например, персональный компьютер, для построения двухмерной модели структуры исследуемого материала.

Устройство для осуществления предлагаемого способа состоит из импульсного лазера, системы доставки луча, например, оптико-волоконного кабеля, фокусирующей линзы, решетки, составленной из оптически прозрачных пьезоэлементов, совмещенной с оптико-акустическим преобразователем. Преобразователь представляет собой пластину из материала с подходящими акустическими свойствами, толщина которой определяется из выражения В=3α-1, где α-1 - коэффициент поглощения лазерного излучения, и составляет примерно 1 мм. Часть устройства, включающая фокусирующую линзу, решетку и оптико-акустический преобразователь помещается на поверхность исследуемого материала и фиксируется относительно известного местоположения, для чего в его составе могут быть использованы дополнительные приспособления.

Кроме того, в состав устройства входит аналого-цифровой преобразователь, провода связи пьезоэлементов, составляющих решетку, и выше указанного преобразователя, а так же связанное с ним вычислительное устройство. Решетка с линзой может быть объединена в общий корпус.

Устройство работает следующим образом. Импульсный лазер генерирует световые импульсы определенной энергии с частотой в заданном диапазоне. После их передачи по системе доставки луча на фокусирующую линзу, лучи проходят через оптически прозрачную решетку и попадают на оптико-акустический преобразователь. При поглощении лазерных импульсов за счет нестационарного теплового расширения возбуждаются акустические импульсы. Акустические импульсы, распространяются в глубь исследуемой среды от поверхности исследуемого материала и отражаются от искомых неоднородностей (дефектов), отраженные волны регистрируются решеткой, составленной из пьезоэлементов, преобразуются в электрические импульсы и передаются на аналого-цифровой преобразователь. Усиленные сигналы обрабатываются вычислительным устройством, с получением в итоге двумерного изображения исследуемого материала.

Так как материал, из которого изготовлены пьезоэлементы, составляющие решетку, является оптически прозрачным и согласован по акустическому импедансу с материалом оптико-акустического генератора, то на границе их раздела не возникает переотраженных сигналов. Как следствие этого, не образуются дополнительные шумы и, соответственно, повышается точность определения местоположения дефектных участков.

Повышение частоты работы лазера приводит к увеличению числа реализаций, по которым производится усреднение результатов исследования. Это позволяет при той же самой скорости сканирования повысить его точность, либо сохраняя требуемый уровень точности исследования, повышать скорость сканирования.

Таким образом, данное техническое решение позволяет достигнуть заявляемый технический результат, а все признаки, отличающие предлагаемое изобретение необходимы и достаточны для его осуществления.

1. Способ лазерно-акустического контроля твердых материалов, включающий генерацию серии оптических импульсов, преобразование их в акустические сигналы, излучение полученных сигналов в исследуемый материал, возбуждение продольных и сдвиговых волн в приповерхностном слое исследуемого материала, прием отраженных сигналов приемником, выполненным в виде решетки, собранной из локальных пьезоэлементов, обработку принятых сигналов в реальном масштабе времени в цифровой форме с сохранением их фаз, отличающийся тем, что генерацию серии оптических импульсов осуществляют в диапазоне от 10 Гц до 100 кГц, а сканирование производят через решетку из оптически прозрачных пьезоэлементов, акустический импеданс которых согласован с акустическим импедансом оптико-акустического генератора.

2. Устройство для осуществления способа, состоящее из импульсного лазера, соединенного посредством оптико-волоконного кабеля с расширяющей линзой, оптико-акустического преобразователя, расположенного на поверхности исследуемого объекта, пьезоприемника в виде решетки из локальных пьезоэлементов, аналого-цифрового преобразователя и вычислительного устройства, отличающееся тем, что пьезоэлементы, из которых выполнена решетка, изготовлены из оптически прозрачного материала, согласованного по акустическому импедансу с оптико-акустическим генератором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ультразвукового контроля изделий, имеющих плоскую или цилиндрическую поверхность. Для расширения области применения на нижней поверхности корпуса устройства имеется продольный паз, стенки которого являются опорами и боковыми стенками локальной ванны, торцевыми стенками которой являются сменные планки.

Изобретение относится к области ультразвукового неразрушающего контроля железнодорожных рельсов. Способ заключается в том, что на поверхности катания рельса устанавливают три наклонных электроакустических преобразователя, смещенных от продольной оси рельса в сторону, противоположную от рабочей грани головки рельса.

Изобретение раскрывает контактную жидкость для ультразвуковой дефектоскопии, которая содержит хлорид металла или смесь хлоридов металлов с низкой температурой замерзания в водном растворе, жидкое стекло, полиакриламид, антикоррозионные добавки и воду, при этом она дополнительно содержит формиат металла или смесь формиатов металлов, имеющих низкую температуру замерзания в водном растворе, пропиленгликоль и глицерин, при следующем соотношении компонентов, мас.

Настоящее изобретение относится к области техники обнаружения дефектов на колесах железнодорожных транспортных средств. Установка для обнаружения дефектов с функцией параллельного поддомкрачивания выполнена с возможностью обнаружения дефектов без демонтажа колес и содержит тележку, выполненную с возможностью скольжения вдоль двух стальных рельсов, между которыми она предусмотрена.

Использование: для ультразвуковой диагностики вертикально ориентированных дефектов в объекте контроля с ребром поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что прямой излучающий преобразователь и приемный преобразователь располагают на сопряженных по ребру сторонах объекта контроля.

Изобретение относится к измерительной техники и может быть использовано для поиска места прохождения и глубины трубопроводов водоснабжения и теплосети, газо- и нефтепроводов, находящихся под землей.

Использование: для получения ультразвукового изображения объекта. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковая диагностическая система визуализации создает пространственно составные изображения в трапецеидальном секторе посредством объединения составляющих кадров, собранных с разных направлений наблюдения.

Использование: для автоматизированного контроля многослойных конструкций больших габаритов, изготовленных методом намотки. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют определение ориентации дефектов на различных слоях изделия, создание атласа ориентации дефектов, регистрацию дефекта посредством создания контура и отнесение дефекта определенному слою путем сравнения ориентации обнаруженного дефекта с ориентацией возможных дефектов на различных слоях конструкции.

Использование: для обнаружения дефектов в стенке трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что перемещают внутритрубный инспекционный прибор по трубопроводу, снабженный передатчиками, сигналы от которых получают и обрабатывают в наземных пунктах обработки, при этом внутритрубный инспекционный прибор (ВИП) перемещают по трубопроводу в подвижной жидкостной пробке, для создания которой в камеру пуска трубопровода запасовывают первый внешний поршень-разделитель, заполняют камеру пуска жидкостной средой подвижной жидкостной пробки и производят запуск первого внешнего поршня-разделителя, после этого запасовывают в камеру пуска первый внутренний поршень-разделитель, заполняют камеру пуска жидкостной средой подвижной жидкостной пробки и производят запуск первого внутреннего поршня-разделителя, затем в камеру пуска трубопровода запасовывают внутритрубный инспекционный прибор, камеру пуска заполняют жидкостной средой подвижной жидкостной пробки и производят запуск внутритрубного инспекционного прибора, после этого запасовывают в камеру пуска второй внутренний поршень-разделитель, камеру пуска заполняют жидкостной средой подвижной жидкостной пробки и производят запуск второго внутреннего поршня-разделителя, после чего запасовывают в камеру пуска второй внешний поршень-разделитель и производят запуск внешнего поршня-разделителя, после чего подвижную жидкостную пробку подвижной жидкостной пробки запускают по трубопроводу, при этом соблюдают условие равенства сил трения опорных элементов внутритрубного инспекционного прибора и сил трения опорных элементов всех поршней-разделителей о внутреннюю стенку трубопровода.

Группа изобретений относится к устройству для смешивания сыпучей горной породы изменяющегося минерального состава, способу смешивания сыпучей горной породы изменяющегося минерального состава.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля при реализации ультразвуковых бесконтактных методов дефектоскопии для обнаружения дефектов в рельсах на значительных скоростях сканирования. Устройство электромагнитно-акустического контроля рельсов содержит тестовое колесо с множеством электромагнитно-акустических преобразователей, равномерно размещенных в специальных углублениях в ободе по периметру тестового колеса. Магнитная система электромагнитно-акустических преобразователей выполнена в виде двухосной тележки с размещением соленоидов на осях колесных пар. Соленоиды связаны магнитной цепью с осями колесных пар. Колеса служат полюсами электромагнита и не менее чем одно колесо тележки на каждой рельсовой нити является тестовым, а индукторы электромагнитно-акустических преобразователей закреплены в ободе колеса герметично. В результате повышается эффективность возбуждения ультразвуковых колебаний бесконтактным способом в контролируемом рельсе при значительных скоростях сканирования. 4 ил.

Использование: для автоматизированного неразрушающего контроля качества изделий. Сущность изобретения заключается в том, что сканируют поверхность контролируемого объекта по крайней мере одним информационным датчиком физического поля, измеряют величины сигналов излучения физического поля с каждой точки поверхности контролируемого объекта, разбивают весь диапазон величин сигналов излучения физического поля по их значениям на I интервалов, регистрируют измеренные сигналы по принадлежности к соответствующим интервалам, определяют количество измеренных сигналов в каждом интервале КI, рассчитывают разность количества измеренных сигналов в последующем и предыдущем интервалах ΔКI=КI+1-КI по всему диапазону значений величин измеренных сигналов, а в качестве порогового значения величины сигнала излучения физического поля выбирают значение из интервала, для которого разность количества измеренных сигналов в данном и предыдущем интервалах меньше нуля, а разность количества измеренных сигналов в данном и последующем интервалах больше нуля, при этом измеряют величину сигнала в начале сканирования изделия на эталонном дефекте Un, измеряют значение сигнала на качественном участке изделия вблизи эталонного дефекта U0 в точке i=1, где i - целочисленная координата траектории сканирования на поверхности контролируемого изделия, измеряют изменение сигнала на эталонном дефекте ΔUn=|Un-U0|, измеряют шаг дискретности измерения сигналов по траектории сканирования: Δxi=xi+1-xi, измеряют значение сигнала в текущей точке «i» сканирования изделия (Ui), измеряют разность сигналов между соседними точками: ΔUi=Ui+1-Ui, регистрируют начало j-го дефекта по градиентному признаку, регистрируют координату (xнj) начала j-го дефекта по градиентному признаку, измеряют величину наибольшего сигнала в области j-го дефекта: Ujmax=Uji, если Ui+1>Ui и Ui+2>Ui+1, измеряют величину наибольшего изменения сигнала (ΔUmax∂j) на j-м дефекте, регистрируют окончание j-го дефекта по градиентному признаку, регистрируют координату (xкj) окончания j-го дефекта по градиентному признаку: xкj=Δxixр, где p - целочисленная координата окончания j-го дефекта, измеряют протяженность j-го дефекта по градиентному признаку: Δхдj=хкj-хнj, регистрируют наличие j-го дефекта на изделии заданным образом. Технический результат: обеспечение возможности оперативного и достоверного контроля качества сплошности многослойных сложных конструкций и их элементов в процессе производства и в реальных условиях эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Использование: для ультразвукового контроля круглого проката и труб. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для ультразвукового контроля круглого проката и труб содержит статор, ротор и ультразвуковые преобразователи, при этом оно дополнительно содержит по крайней мере одно акустическое зеркало, размещенное на роторе, причем как минимум один ультразвуковой преобразователь закреплен на статоре, по крайней мере один ультразвуковой преобразователь, размещенный на статоре, направлен таким образом, что направление его излучения/приема почти параллельно оси объекта контроля, зеркало выполнено в виде по крайней мере одного отражающего элемента, геометрическая форма которого соответствует конкретной измерительной или дефектоскопической задаче, ультразвуковые преобразователи образуют по крайней мере одно кольцо, ось излучения/приема которого почти параллельна оси объекта контроля. Технический результат: повышение производительности оборудования ультразвукового контроля, а также упрощение его конструкции. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Использование: для неразрушающего контроля материалов ультразвуковыми методами. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют генерацию серии оптических импульсов, преобразование их в акустические сигналы, излучение полученных сигналов в исследуемый материал, возбуждение продольных и сдвиговых волн в приповерхностном слое исследуемого материала, прием отраженных сигналов приемником, выполненным в виде решетки, собранной из локальных пьезоэлементов, обработку принятых сигналов в реальном масштабе времени в цифровой форме с сохранением их фаз, при этом генерацию серии оптических импульсов осуществляют в диапазоне от 10 Гц до 100 кГц, а сканирование производят через решетку из оптически прозрачных пьезоэлементов, акустический импеданс которых согласован с акустическим импедансом оптико-акустического генератора. Технический результат: обеспечение возможности проведения при одностороннем режиме доступа к образцу надежного лазерно-ультразвукового контроля, обладающего большой разрешающей способностью и высокой чувствительностью. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх