RU123163U1 - Ультразвуковой толщиномер-дефектоскоп - Google Patents

Abstract

1. Ультразвуковой толщиномер-дефектоскоп, содержащий микроконтроллер, первый выход которого подключен ко входу генератора, второй выход - к управляющему входу усилителя, третий выход - к дисплею и четвертый - к клавиатуре, а также измерительный преобразователь, входом соединенный с выходом генератора, а выходом - с сигнальным входом усилителя, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выходом связанного с сигнальным входом многоканального пикового детектора, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, а управляющий вход - с пятым выходом микроконтроллера, датчик пространственного положения, выходом подключенный ко второму входу микроконтроллера.2. Толщиномер-дефектоскоп по п.1, в котором связь выхода аналого-цифрового преобразователя с сигнальным входом многоканального пикового детектора осуществляется через дополнительный блок вычисления огибающей.3. Толщиномер-дефектоскоп по п.1, оснащенный вибросигнализатором, вход которого соединен с шестым выходом микроконтроллера.4. Толщиномер-дефектоскоп по п.1, оснащенный блоком беспроводной связи по технологии Bluetooth, вход которого соединен с седьмым выходом микроконтроллера, а выход - через радиоканал - с радионаушником оператора.5. Толщиномер-дефектоскоп по п.1, оснащенный чехлом для крепления и фиксации на руке оператора.

Description

Полезная модель относится к неразрушающему контролю и может быть использована при толщинометрии и дефектоскопии различных материалов и изделий.

Прототипом полезной модели является прибор для неразрушающего контроля, содержащий генератор, дисплей, клавиатуру, подключенные к первому, второму и третьему выходам процессора, усилитель, подключенный через аналого-цифровой преобразователь ко входу процессора, вход усилителя и выход генератора, предназначенные для подключения к измерительному преобразователю, и блок памяти, который подключен к четвертому выходу процессора и предназначен для формирования управляющего сигнала поворота изображения на экране дисплея и соответствующего переключения функциональных клавиш клавиатуры - RU 35886 U1.

В известном решении использована классическая технология выполнения ультразвукового (УЗ) контроля, заключающаяся в выполнении процедур сканирования преобразователем по поверхности контролируемого объекта и одновременного наблюдения за получаемыми с помощью прибора эхосигналами, которые отображаются на экране дисплея в форме импульсов в координатах амплитуда-расстояние. Для удобства предусмотрена возможность поворота изображения на экране дисплея.

Как правило, УЗ контроль выполняется ручным способом, на площадках промышленных технически опасных объектов в условиях ограниченного пространства и сложного доступа к контролируемой области, часто на высоте, что обусловливает необходимость применения ручного, легкого и мобильного прибора с автономным питанием. Проводя контроль, оператору необходимо одновременно выполнять несколько действий: одной рукой сканировать преобразователем, другой удерживать прибор или держаться за страховочные приспособления и при этом наблюдать за сигналами на экране прибора при периодическом изменении ориентации изображения на его дисплее. В этих условиях становится затруднительным выполнять оперативное ручное переключение ориентации изображения на экране прибора с помощью клавиатуры, как это предусмотрено в известном приборе. При этом ориентация экрана прибора постоянно изменяется, часть времени находится в не оптимальном положении по отношению к оператору, и ему затруднительно проводить анализ сигнала и принимать решение о качестве контролируемого изделия.

Очевидно, что такой контроль имеет недостаточную достоверность и низкую производительность.

Другим недостатком технического решения, описанного в прототипе, является наличие противоречия между необходимостью повышения частоты посылок зондирующих импульсов (более 100 Гц или период менее 10 мс) с целью обеспечения требуемой производительности контроля, а с другой - ограниченной возможностью оператора реагировать на быстропротекающие процессы, отображаемые на экране дисплея (человек, как правило, не способен визуально фиксировать процессы короче 20 мс), что в совокупности приводит к тем же недостаткам - ограниченной производительности и низкой достоверности УЗ контроля.

Технической задачей, решаемой заявленной полезной моделью, является упрощение технологии, повышение производительности и достоверности контроля.

Эта задача решена в ультразвуковом толщиномере-дефектоскопе, содержащем микроконтроллер, первый выход которого подключен ко входу генератора, второй выход - к управляющему входу усилителя, третий выход - к дисплею и четвертый - к клавиатуре, а так же измерительный преобразователь, входом соединенный с выходом генератора, а выходом - с сигнальным входом усилителя, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выходом связанного с сигнальным входом многоканального пикового детектора, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, а управляющий вход - с пятым выходом микроконтроллера, датчик пространственного положения, выходом подключенный ко второму входу микроконтроллера.

Кроме того, объект имеет ряд признаков, характеризующих устройство в частных случаях его выполнения, а именно:

- связь выхода аналого-цифрового преобразователя с сигнальным входом многоканального пикового детектора осуществляется через дополнительный блок вычисления огибающей;

- вибросигнализатор, вход которого соединен с шестым выходом микроконтроллера;

- блок беспроводной связи по технологии Bluetooth, входом соединенный с седьмым выходом микроконтроллера, а выходом - через радиоканал - с радионаушником оператора;

- чехол для крепления и фиксации на руке оператора.

На чертеже представлена блок-схема УЗ толщиномера-дефектоскопа.

Устройство содержит микроконтроллер 1, первый выход которого подключен ко входу генератора 2, второй выход - к управляющему входу усилителя 3, третий выход - к дисплею 4 и четвертый - к клавиатуре 5. Измерительный преобразователь 6 входом соединен с выходом генератора 2, а выходом - с сигнальным входом усилителя 3, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 7, выходом связанного с сигнальным входом многоканального пикового детектора 8, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера 1, а управляющий вход - с пятым выходом микроконтроллера 1.

Датчик 9 пространственного положения выходом подключен ко второму входу микроконтроллера 1.

Как вариант устройства, представлено выполнение его с дополнительным блоком 10 вычисления огибающей. При этом он включается в связь выхода аналого-цифрового преобразователя 7 с сигнальным входом многоканального пикового детектора 8.

Блок 10 используется для повышения точности измерения толщины и минимизации количества каналов многоканального пикового детектора 8. Вычисление огибающей выполняется путем вычисления модуля комплексной функции, полученной за счет дополнения принятого сигнала комплексно-сопряженным ему путем выполнения преобразования Гильберта, через последовательное выполнение известных математических вычислительных операций прямого преобразования Фурье, перестановки спектральных компонент и обратного преобразования Фурье.

Толщиномер-дефектоскоп оснащен дополнительным индикаторным элементом - вибросигнализатором 11, вход которого соединен с шестым выходом микроконтроллера 1. Вибросигнализатор 11 повышает достоверность контроля, срабатывая при формировании сигнала на шестом выходе микроконтроллера 1.

Вибросигнализатор 11 расположен в корпусе УЗ толщиномера-дефектоскопа. Его срабатывание ощущается оператором тактильно и не зависит от уровня внешнего шума.

Толщиномер-дефектоскоп оснащен блоком 12 беспроводной связи по технологии Bluetooth, вход которого соединен с седьмым выходом микроконтроллера 1, а выход - через радиоканал - с радионаушником 13 оператора.

Технология Bluetooth - это производственная спецификация беспроводных персональных сетей (англ. Wireless personal area network, WPAN). Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надежной, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Для реализации этой технологии в устройстве используется передача данных по синхронному протоколу коммутации каналов с установлением соединений SCO (Circuit-switched Synchronous Connection Oriented links - ориентируемых связей), которые служат для передачи речевых сообщений.

Все описанные блоки конструктивно объединены, кроме измерительного преобразователя 6 и радионаушника 13, и помещаются в чехол 14 для крепления и фиксации на той руке оператора, которой он выполняет сканирование преобразователем 6 поверхности объекта контроля 15.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Для дефектоскопии объекта контроля 15 предварительно подготавливают устройство к работе, закрепив его на руке оператора с помощью чехла 14, причем, УЗ толщиномер-дефектоскоп может быть закреплен на той же руке, в которой удерживается преобразователь 6. Это позволяет освободить вторую руку и совместить области визуального наблюдения - область дисплея 4 и область сканирования объекта контроля 15. Далее радионаушник 13 закрепляют на голове оператора, включают все составные части прибора и выполняют необходимые операции по настройке и калибровке.

Затем приступают к дефектоскопии путем установки измерительного преобразователя 6 на объект контроля 15 и сканирования им его поверхности. В процессе работы микроконтроллер 1 постоянно вырабатывает тактовые сигналы, которые с его первого выхода поступают на вход генератора 2 и запускают его. Электрические сигналы генератора 2 с помощью измерительного преобразователя 6 излучаются в объекта контроля 15 в форме ультразвуковых зондирующих импульсов. Частота следования тактовых импульсов выбирается из условия необходимой скорости сканирования и обеспечения требуемой достоверности контроля, при этом верхний предел частоты следования зондирующих импульсов ограничен только процессами реверберации УЗ колебаний в объекте контроля 15.

Зондирующие импульсы распространяются в объекте контроля 15 и, встречая на пути распространения несплошности, отражаются от них, возвращаясь обратно к поверхности изделия, далее они принимаются измерительным преобразователем 6, который может работать как в раздельном, так и в совмещенном режимах. Принятые УЗ колебания преобразуются в электрические сигналы и поступают на вход усилителя 3. Усиленные сигналы оцифровываются посредством аналого-цифрового преобразователя 7 и подаются на вход многоканального пикового детектора 8, который в каждом из своих каналов накапливает значения максимальных амплитуд сигналов за весь период регистрации. При этом каждому каналу пикового детектора 8 соответствует определенный интервал времени или дальности, связанных через скорость распространения УЗ колебаний в объекте контроля 15, а количество каналов и соответствующие им интервалы времени или дальности выбираются определенным образом так, чтобы полностью перекрыть весь контролируемый диапазон при необходимом разрешении по дальности. Таким образом любой, даже однократный, эхосигнал будет зарегистрирован, а максимальное значение его амплитуды будет зафиксировано в соответствующем канале пикового детектора 8.

По команде микроконтроллера 1 значения максимальных амплитуд сигналов, зарегистрированных во всех каналах многоканального пикового детектора 8, передаются с его выхода в микроконтроллер 1 через первый вход, после чего микроконтроллер 1 формирует на своем пятом выходе сигнал очистки, поступающий на управляющий вход многоканального пикового детектора 8, что приводит к сбросу всех ранее зарегистрированных значений сигналов и формирует начало нового цикла поиска и накопления значений максимальных амплитуд во всем контролируемом диапазоне расстояний. Периодичность цикла накопления максимальных значений эхосигналов в многоканальном пиковом детекторе 8 выбирается, исходя из условия превышения инерционности работы жидкокристаллического матричного дисплея, методических соображений и необходимого для оператора времени анализа изображения и может быть выбрана в интервале от 10 мс до единиц секунд и более, что в итоге обеспечивает повышение достоверности контроля.

Микроконтроллер 1 с помощью своей программы преобразует полученный от многоканального пикового детектора 8 набор численных значений амплитуд сигналов в последовательность команд и сигналов для управления дисплеем 4 в соответствии с известными правилами и алгоритмами и передает их через третий выход на вход дисплея 4 таким образом, что на экране дисплея 4 отображается эхосигнал в форме и координатах амплитуда-дальность. Дополнительно микроконтроллер 1 выполняет автоматическое измерение амплитуды и координат максимального сигнала, превысившего контрольный порог, заданный предварительно в параметрах контроля и визуализирует на экране дисплея 4 результаты измерений, в том числе и результаты измерения толщины объекта контроля. Одновременно с седьмого выхода микроконтроллера 1 через радиоканал выполняется передача информационного сигнала о факте превышения контрольного порога на радионаушник 13 оператора и обеспечивается обратная передача голосовых комментариев оператора в микроконтроллер 1 для записи в его память совместно с документацией сигналов.

Оператор наблюдает на дисплее 4 результаты контроля и на этой основе принимает решение о качестве контролируемого изделия. При необходимости изменения масштаба изображения по вертикали оператор с помощью клавиатуры 5 изменяет настройки микроконтроллера 1, который соответствующим образом формирует управляющие сигналы на втором выходе, которые поступают на управляющий вход усилителя 3 и изменяют коэффициент усиления. При необходимости изменения масштаба изображения по горизонтали аналогичным образом формируются управляющие сигналы на пятом выходе микроконтроллера 1, которые поступают на управляющий вход многоканального пикового детектора 8 и изменяют диапазоны и значения интервалов времени для каждого его канала.

В процессе работы оператор часто изменяет свое положение и положение руки, на которой закреплен прибор. При этом датчик 9 пространственного положения, конструктивно расположенный в корпусе прибора, формирует на своем выходе сигналы, пропорциональные положению прибора в трехмерном пространстве - углы его наклона в двух плоскостях. Эта информация поступает в микроконтроллер 1 через второй вход и на ее основе микроконтроллер 1 определяет значение угла коррекции и выполняет поворот изображения на экране дисплея 4, что реализуется программой микроконтроллера 1. При этом оператор наблюдает изображение на экране дисплея 4 в наиболее удобном для себя ракурсе, не отвлекаясь на ручное переключение ориентации дисплея 4.

Таким образом, за счет введения всех предлагаемых усовершенствований в известный прибор-прототип, решаются задачи упрощения технологии совместно с повышением производительности и достоверности контроля.

Claims (5)

1. Ультразвуковой толщиномер-дефектоскоп, содержащий микроконтроллер, первый выход которого подключен ко входу генератора, второй выход - к управляющему входу усилителя, третий выход - к дисплею и четвертый - к клавиатуре, а также измерительный преобразователь, входом соединенный с выходом генератора, а выходом - с сигнальным входом усилителя, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выходом связанного с сигнальным входом многоканального пикового детектора, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, а управляющий вход - с пятым выходом микроконтроллера, датчик пространственного положения, выходом подключенный ко второму входу микроконтроллера.

2. Толщиномер-дефектоскоп по п.1, в котором связь выхода аналого-цифрового преобразователя с сигнальным входом многоканального пикового детектора осуществляется через дополнительный блок вычисления огибающей.

3. Толщиномер-дефектоскоп по п.1, оснащенный вибросигнализатором, вход которого соединен с шестым выходом микроконтроллера.

4. Толщиномер-дефектоскоп по п.1, оснащенный блоком беспроводной связи по технологии Bluetooth, вход которого соединен с седьмым выходом микроконтроллера, а выход - через радиоканал - с радионаушником оператора.

5. Толщиномер-дефектоскоп по п.1, оснащенный чехлом для крепления и фиксации на руке оператора.