Устройство для измерения параметров ультразвуковых импульсов



Устройство для измерения параметров ультразвуковых импульсов
Устройство для измерения параметров ультразвуковых импульсов
Устройство для измерения параметров ультразвуковых импульсов
G01N29/07 - 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 2661060:

Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" (RU)

Использование: для измерения скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых волн при исследовании физико-механических характеристик материалов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения параметров ультразвуковых импульсов содержит последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, временной селектор, узкополосный фильтр, выход которого соединен с регистратором амплитуды, снабжено вторым синхронизатором, выход которого подключен к входу первого синхронизатора, выполненного в виде делителя частоты, первым формирователем импульсов, вход которого подключен к выходу первого синхронизатора, а выход к входу временного селектора, вторым формирователем импульсов, вход которого подключен к выходу второго синхронизатора, последовательно соединенными системами АЦП, ОЗУ, ЦАП. При этом выход временного селектора подключен к входу системы АЦП, вход разрешения записи ОЗУ соединен с выходом первого формирователя импульсов, вход разрешения воспроизведения ОЗУ с выходом второго формирователя импульсов, а выход системы ЦАП - с входом узкополосного фильтра. Технический результат: обеспечение возможности измерять скорость распространения и коэффициент затухания ультразвуковой волны в материалах с большим частотно-зависимым затуханием ультразвука в широком диапазоне частот, а также повысить точность измерения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых волн при исследовании физико-механических характеристик материалов.

Известно устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых волн (а.с. СССР №1587346).

Устройство содержит последовательно соединенные синхронизатор, генератор периодической последовательности зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, первый формирователь импульсов, логический элемент «И», блок измерения времени, последовательно соединенные временной селектор, узкополосный фильтр и второй формирователь импульсов, выход которого подключен ко второму входу логического элемента «И», и третий формирователь импульсов. Вход временного селектора соединен с выходом усилителя, а вход третьего формирователя импульсов подключен к выходу синхронизатора, а выход ко второму входу блока измерения времени.

Устройство позволяет производить измерение времени распространения на заданной частоте, при этом на результате измерений не сказывается изменение формы переднего фронта импульса, вызванное частотно-зависимым затуханием сигнала.

Известно также устройство для измерения коэффициента затухания ультразвуковых волн (а.с. СССР №1753398, прототип).

Устройство содержит последовательно соединенные синхронизатор, генератор периодической последовательности зондирующих импульсов, излучающий электроакустический преобразователь, приемный электроакустический преобразователь, усилитель, подключенный к его выходу временной селектор, управляющий вход которого подключен к синхронизатору, полосовой фильтр с полосой пропускания меньшей удвоенной частоты следования зондирующих импульсов и настроенный на одну из гармоник принятого сигнала и регистратор.

С помощью устройств можно измерять время распространения и амплитуду ультразвукового сигнала, после чего возможно определить скорость распространения ультразвуковой волны и коэффициент затухания.

Недостатком данных устройств является сложность выделения нужной гармоники из последовательности импульсов. Действительно, частота следования импульсов ограничена, так как при двойном преобразовании электрических колебаний в упругие и при прохождении упругих колебаний через контролируемый материал длительность импульсов существенно возрастает, поэтому при большой частоте следования зондирующих импульсов возможно наложение предыдущего импульса на последующий. Так, при проведении измерений в диапазоне частот 0,02-0,2 МГц тактовая частота, как правило, не превышает 30-40 Гц. Для выделения одной гармоники из такой последовательности импульсов необходим фильтр с большой добротностью (Q≥105). В противном случае, на выделяемую гармонику будут накладываться помехи в виде соседних гармоник, что может привести к увеличению погрешности измерения. На практике, при такой частоте следования импульсов нужную гармонику можно выделить лишь с помощью электромеханического фильтра, например, с применением кварцевого резонатора. Так как подстройка рабочей частоты такого фильтра возможна лишь в узком диапазоне, проведение измерений с помощью представленных устройств возможно лишь на дискретном наборе частот.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение диапазона частот, при которых возможно проведение измерения времени распространения и амплитуды ультразвукового импульса, а также уменьшение погрешности измерения.

Технический результат заключается в возможности применения для выделения нужной гармоники узкополосного фильтра, перестраиваемого в широком диапазоне частот, и в увеличении отношения «сигнал-помеха».

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения параметров ультразвуковых импульсов, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, временной селектор, узкополосный фильтр, выход которого соединен с регистратором амплитуды, снабжено вторым синхронизатором, выход которого подключен к входу первого синхронизатора, выполненного в виде делителя частоты, первым формирователем импульсов, вход которого подключен к выходу первого синхронизатора, а выход к входу временного селектора, вторым формирователем импульсов, вход которого подключен к выходу второго синхронизатора, последовательно соединенными системами аналого-цифрового преобразователя (АЦП), оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ), цифроаналогового преобразователя (ЦАП), при этом выход временного селектора подключен к входу системы АЦП, вход разрешения записи ОЗУ соединен с выходом первого формирователя импульсов, вход разрешения воспроизведения ОЗУ с выходом второго формирователя импульсов, а выход системы ЦАП - с входом узкополосного фильтра.

Устройство может быть снабжено третьим формирователем импульсов, логическим элементом «И» и измерителем времени, при этом выход логического элемента «И» соединен с входом измерителя времени, запускаемого со второго выхода первого синхронизатора, первый вход логического элемента «И» соединен с выходом первого формирователя импульсов, второй вход с выходом третьего формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства по п. 1.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизатор 10 вырабатывает тактовые импульсы с частотой следования F, которые поступают на вход синхронизатора 1, выполненного в виде делителя частоты. С выхода делителя частоты 1 сигнал поступает на вход генератора зондирующих импульсов 2, с выхода которого в виде последовательности зондирующих импульсов частотой следования F/n поступают на излучатель 3 и формирователь импульсов 9 (n-коэффициент деления делителя частоты 1). С помощью излучателя 3 электрический сигнал преобразуется в упругие колебания и вводится в контролируемый материал. Упругие колебания, прошедшие через контролируемый материал, принимаются приемником 4, где вновь преобразуются в электрические колебания, усиливаются усилителем 5 и поступают на вход временного селектора 6, который с помощью первого формирователя импульсов 9 формирует последовательность импульсов, например, состоящих из первых полупериодов принятого сигнала. Полученная последовательность импульсов поступает в систему АЦП 12, после чего заносится в память ОЗУ 13, причем импульс разрешения записи подается с выхода первого формирователя импульсов 9. Вызов записанной в ОЗУ 13 информации происходит подачей на вход разрешения воспроизведения ОЗУ импульсов с выхода второго формирователя импульсов 11, который запускается непосредственно синхронизатором 10 и формирует импульсы, совпадающие по длительности с импульсами формирователя 9. С выхода ОЗУ сигнал с помощью системы ЦАП 14 вновь преобразуется в аналоговую форму и в виде последовательности импульсов частотой следования F подается на вход узкополосного фильтра 7 с полосой пропускания, меньшей удвоенной частоты следования импульсов F, и настроенного на частоту k F (k - номер гармоники). С выхода фильтра 7 сигнал в виде синусоиды частотой k F подается на регистратор 8, где происходит измерение его амплитуды.

Так как сигнал записывается в память с частотой следования зондирующих импульсов, а считывается из памяти и поступает на узкополосный фильтр в виде периодической последовательности с частотой в n раз большей, расстояние между соседними гармониками, составляющими спектр периодической последовательности импульсов, увеличивается, что облегчает выделение нужной гармоники по сравнению с устройством прототипа. При этом возрастает отношение «сигнал-помеха», и для выделения нужной гармоники можно использовать узкополосный фильтр с регулируемой в широком диапазоне частотой.

С помощью предлагаемого устройства можно измерять коэффициент затухания ультразвуковой волны в материалах с большим частотно-зависимым затуханием ультразвука в широком диапазоне частот, а также повысить точность измерения.

На фиг. 2 представлена структурная схема устройства по п. 2.

Устройство по п. 2 работает следующим образом.

Синхронизатор 10 вырабатывает тактовые импульсы с частотой следования F, которые поступают на вход синхронизатора, выполненного в виде делителя частоты 1. С выхода делителя частоты 1 сигнал поступает на вход генератора зондирующих импульсов 2, с выхода которого в виде последовательности зондирующих импульсов частотой следования F/n поступают на излучатель 3 и формирователь импульсов 9 (n - коэффициент деления делителя частоты 1). С помощью излучателя 3 электрический сигнал преобразуется в упругие колебания и вводится в контролируемый материал. Упругие колебания, прошедшие через контролируемый материал, принимаются приемником 4, где вновь преобразуются в электрические колебания, усиливаются усилителем 5 и поступают на вход временного селектора 6, который управляется формирователем импульсов 9 и формирует последовательность импульсов, состоящих, например, из первых полупериодов принятого сигнала. Причем временная задержка между началом работы временного селектора (положением переднего фронта импульса с формирователя 9) и временем прихода сигнала не должна превышать длительность первого вступления принятого сигнала. Полученная последовательность импульсов поступает в систему АЦП 12, после чего заносится в память ОЗУ 13, причем импульс разрешения записи подается с выхода первого формирователя импульсов 9. Вызов записанной в ОЗУ информации происходит подачей на вход разрешения воспроизведения ОЗУ 13 импульсов с выхода второго формирователя импульсов 11, который запускается непосредственно синхронизатором 10 и формирует импульсы, совпадающие по длительности с импульсами формирователя 9, при этом передний фронт одного из импульсов второго формирователя 11 совмещается с передним фронтом импульса первого формирователя 9. С выхода ОЗУ сигнал с помощью системы ЦАП 14 вновь преобразуется в аналоговую форму и в виде последовательности импульсов частотой следования F подается на вход узкополосного фильтра 7 с полосой пропускания, меньшей удвоенной частоты следования импульсов F, и настроенного на частоту k F (k - номер гармоники). С выхода фильтра сигнал в виде синусоиды частотой k F подается на регистратор 8, где происходит измерение его амплитуды, и на третий формирователь импульсов 15, в котором формируется последовательность прямоугольных импульсов той же частоты со скважностью 0,5. С выхода формирователя 15 сигнал поступает на первый вход логического элемента «И» 16, на второй вход которого подается последовательность импульсов с первого формирователя импульсов 9. В момент совпадения импульсов на входах логического элемента «И» 16, на его выходе формируется импульс СТОП, который подается на второй вход блока измерения времени 17, при этом полярность последовательности прямоугольных импульсов с формирователя 15 выбирается так, чтобы момент формирования импульса СТОП совпадал с моментом прихода сигнала.

Устройство позволяет производить изменение времени распространения ультразвукового импульса на заданной частоте. Как и в устройстве по п. 1, облегчается выделение нужной гармоники, что позволяет использовать узкополосный фильтр с регулируемой в широком диапазоне частотой. При этом также возрастает отношение «сигнал-помеха».

С помощью предлагаемого устройства можно измерять скорость распространения ультразвуковой волны в материалах с большим частотно-зависимым затуханием ультразвука в широком диапазоне частот, а также повысить точность измерения.

1. Устройство для измерения параметров ультразвуковых импульсов, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, временной селектор, узкополосный фильтр, выход которого соединен с регистратором амплитуды, отличающееся тем, что оно снабжено вторым синхронизатором, выход которого подключен к входу первого синхронизатора, выполненного в виде делителя частоты, первым формирователем импульсов, вход которого подключен к выходу первого синхронизатора, а выход к входу временного селектора, вторым формирователем импульсов, вход которого подключен к выходу второго синхронизатора, последовательно соединенными системами аналого-цифрового преобразователя (АЦП), оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ), цифроаналогового преобразователя (ЦАП), при этом выход временного селектора подключен к входу системы АЦП, вход разрешения записи ОЗУ соединен с выходом первого формирователя импульсов, вход разрешения воспроизведения ОЗУ с выходом второго формирователя импульсов, а выход системы ЦАП - с входом узкополосного фильтра.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено третьим формирователем импульсов, логическим элементом «И» и измерителем времени, при этом выход логического элемента «И» соединен с входом измерителя времени, запускаемого со второго выхода первого синхронизатора, первый вход логического элемента «И» соединен с выходом первого формирователя импульсов, второй вход с выходом третьего формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра.



 

Похожие патенты:

Использование: для определения упругих констант токопроводящих твердых тел. Сущность изобретения заключается в том, что одновременно или поочередно воздействуют на поверхность локальной области упомянутого твердого тела электромагнитным одно- или многопериодным импульсом и постоянным или импульсным магнитным полем, возбуждают акустические продольную и две плоско-поляризованные сдвиговые волны, ориентируют векторы смещений упомянутых сдвиговых волн, соответственно, вдоль и поперек направления прокатки или приложенного усилия, принимают и усиливают одно-многократно отраженные акустические сигналы, при этом уточняют упомянутые направления прокатки или приложенного усилия по максимальным значениям амплитуд сдвиговых волн, путем стробирования выделяют из принятой последовательности импульсов одно-многократно отраженные эхо-сигналы продольной и сдвиговых волн соответствующей поляризации, производят корреляционную обработку сигналов, измеряют временные интервалы между эхо-сигналами, соответственно, продольной и сдвиговых волн соответствующей поляризации, рассчитывают скорости распространения акустических волн и по соотношению этих интервалов и скоростей и известному значению плотности исследуемых твердых тел определяют упругие константы по соответствующим формулам.

Использование: для определения режима многофазной смеси в трубопроводе. Сущность изобретения заключается в том, что на внешней поверхности трубопровода устанавливается группа излучателей, одновременно являющихся приемниками, которая прозвучивает (зондирует) ультразвуковыми колебаниями заданной частоты многофазный поток, движущийся в трубопроводе, перпендикулярно продольной его оси.

Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам для контроля формы и размеров подземных хранилищ газа. Способ исследования геометрических параметров каверны подземного хранилища газа с установленной в ней насосно-компрессорной трубой с помощью ультразвукового сканирующего звуколокатора заключается в облучении ультразвуковыми зондирующими импульсами стенок исследуемой каверны в горизонтальных и наклонных плоскостях на различных глубинах каверны, заполненной рабочей жидкостью, и последующем измерении времен распространения зондирующими импульсами двойного расстояния от стенок каверны до приемо-передающего электроакустического преобразователя звуколокатора, по которым определяют геометрические размеры и форму каверны.

Изобретение может быть использовано для непрерывных измерений в режиме реального времени состава и других свойств отдельных фаз смеси нефти, воды и газа во время процесса добычи нефти.

Изобретение относится к измерительному устройству и способу определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе. Измерительное устройство (10) для определения скорости потока текучей среды (12), текущей в трубопроводе (14), посредством по меньшей мере одного ультразвукового преобразователя (18а-b), размещенного снаружи на стенке (22) трубопровода и имеющего колебательный элемент (34), соединенный с участком (32) стенки (22) трубопровода, действующим в качестве колеблемой мембраны ультразвукового преобразователя (18а-b), имеет карман (30), размещенный снаружи в трубопроводе (14), при этом нижняя часть кармана образует мембрану (32), причем между мембраной (32) и колебательным элементом (34) расположен соединительный элемент (36), поперечное сечение которого меньше поперечного сечения колебательного элемента (34).

Использование: для измерения частотной зависимости коэффициента отражения звука от поверхности в лабораторных и натурных условиях при различных углах падения звуковой волны.

Использование: для определение наличия и координат напряжений в околошовных зонах трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что очищают поверхность околошовной зоны, определяют наличие дефектов, проводят настройку прибора, определяют скорость прохождения ультразвуковой волны через металл без нагрузки, обеспечивают постепенное создание нагрузки с периодическим замером скорости прохождения ультразвуковой волны с определением мест концентрации напряжений и регистрацией их местоположения, обеспечивают создание нагрузки до образования трещин с регистрацией данных измерения скорости ультразвуковой волны, проводят обзор появления трещины при помощи электронного микроскопа, фиксируют координаты образования дефекта и сравнивают с координатами зоны концентрации напряжений.

Изобретение относится к метрологии. Стенд содержит основание, на котором посредством, по крайней мере, трех виброизоляторов закреплена переборка, представляющая собой одномассовую колебательную систему, в качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор.

Использование: для определения концентрации агломератов несферических наноразмерных частиц в жидких средах. Сущность изобретения заключается в том, что используют измерительную ячейку в форме кольцевого канала переменного сечения для создания ускоренного потока, содержащую побудитель ламинарного течения и установленный в области сужения кольцевого канала акустический измеритель, с помощью которого в исходном образце жидкой среды измеряют акустические спектры затухания ультразвука при изотропной ориентации несферических наноразмерных частиц в покоящейся жидкой среде и при ориентации частиц вдоль потока жидкой среды, затем исходный образец очищают от агломератов и в очищенном образце жидкой среды измеряют акустические спектры затухания ультразвука при изотропной ориентации несферических наноразмерных частиц в покоящейся жидкой среде и при ориентации частиц вдоль потока жидкой среды, после этого на основе измеренных спектров вычисляют концентрацию агломератов несферических наноразмерных частиц.

Использование: для проверки работоспособности внутритрубных инспекционных приборов на испытательном трубопроводном полигоне. Сущность изобретения заключается в том, что используют катушки трубных секций с естественными дефектами с действующих трубопроводов и катушки трубных секций с нанесенными на них искусственными дефектами.

Использование: для измерения вязкоупругих свойств жидких и твердых сред. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют возбуждение крутильных колебаний в измерительном устройстве расположенными на его поверхности преобразователями, при этом возбуждение крутильных колебаний производят путем подачи импульсного сигнала на излучающие преобразователи, расположенные на поверхности измерительного устройства, геометрические параметры которого позволяют возбуждать в нем крутильные колебания, регистрируют сигнал принимающими преобразователями, определяют коэффициент затухания серии эхо-импульсов многократных отражений крутильных колебаний в ненагруженном и нагруженном исследуемой средой измерительном устройстве, вычисляют коэффициент затухания серии эхо-импульсов многократных отражений крутильных колебаний с учетом коэффициента отражения на границе «преобразователь - труба», а вязкость и модуль сдвига с учетом известной плотности исследуемой среды, вычисленного коэффициента затухания крутильных колебаний и основной частоты в спектре сигнала определяют по номограммам. Технический результат: расширение функциональных возможностей в плане измерения вязкости жидких сред, а также модуля сдвига и скорости распространения поперечных волн в твердых средах, повышение точности измерения вязкоупругих свойств жидких и твердых сред при относительной простоте изготовления устройства. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Использование: для измерения скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых волн при исследовании физико-механических характеристик материалов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения параметров ультразвуковых импульсов содержит последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, временной селектор, узкополосный фильтр, выход которого соединен с регистратором амплитуды, снабжено вторым синхронизатором, выход которого подключен к входу первого синхронизатора, выполненного в виде делителя частоты, первым формирователем импульсов, вход которого подключен к выходу первого синхронизатора, а выход к входу временного селектора, вторым формирователем импульсов, вход которого подключен к выходу второго синхронизатора, последовательно соединенными системами АЦП, ОЗУ, ЦАП. При этом выход временного селектора подключен к входу системы АЦП, вход разрешения записи ОЗУ соединен с выходом первого формирователя импульсов, вход разрешения воспроизведения ОЗУ с выходом второго формирователя импульсов, а выход системы ЦАП - с входом узкополосного фильтра. Технический результат: обеспечение возможности измерять скорость распространения и коэффициент затухания ультразвуковой волны в материалах с большим частотно-зависимым затуханием ультразвука в широком диапазоне частот, а также повысить точность измерения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх