RU1781596C - Ультразвуковой способ контрол недиспергирующих сред - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технической физике, в частности к способам перегружающего контрол  материалов и изделий ультразвуковыми методами, и может быть использовано при обнаружении неоднород- ностей в твердых средах, а также в биологических ткан х. Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности контрол  за счет исключени  вли ни  размеров образца исследуемой среды, вы влени  неоднородно- стей меньших длины волны возбуждающих колебаний, а также неоднородностей с волновым сопротивлением, близким к волновому сопротивлению исследуемой среды. Сущность изобретени  состоит в том, что контролируемую среду прозвучивают трех- частотным зондирующим сигналом с равноотсто щими частотными составл ющими, а в качестве измер емого параметра используют фазовый инвариант зондирующего сигнала. 1 ил.

Description

СО

с

Изобретение относитс  к технической физике, 6 частности к способам неразрушающего контрол  материалов и изделий ультразвуковыми (УЗ) методами и может быть использовано при обнаружении неоднородностей в твердых средах, а также в биологических ткан х.

Известен ультразвуковой способ контрол  строительных материалов в конструкци х , по которому прозвучивают исследуемый образец непрерывным УЗ сигналом , по измеренным значени м фазы зондирующего сигнала определ ют прочность путем сравнени  измеренных величин сгта- рировочными зависимост ми, причем рение фазы производ т при двух значени х напр жени  на передающем преобразователе 1.

Недостатком способа  вл етс  низка  чувствительность к обнаружению слабых неоднородностей, необходимость построени  тарировочных зависимостей на образцах с заранее известными характеристиками, а также вли ние разброса геометрических размеров исследуемых образцов на точность измерений.

Известен УЗ способ контрол  ферромагнитных неоднородностей в металлических издели х, по которому их прозвучивают УЗ колебани ми (УЗК), измер ют параметры прошедших через изделие УЗК, суд т по ним о наличии неоднородностей и определ ют их площадь по зонам изменени  измеренных параметров УЗК. При каждом прозвучивании измен ют температуру издели  в области точки Кюри материала неоднородностей, причем выбирают

VI

00

СЛ О

ON

в качестве измер емого параметра аномальное изменение скорости звука 2.

Недостатком способа  вл етс  необходимость изменени  температуры исследуемого образца в процессе измерений, зависимость надежности контрол  от разброса размеров образца, а также ограниченность области применени .

Прототипом прин т велосимметриче- ский способ контрол  многослойных конст- рукций, по которомуирозвучивают контролируемое изделие непрерывным УЗ сигналом и измер ют фазу сигнала, прошедшего через изделие. При этом фаза пропорциональна скорости продольной волны в изделии и длине издели  вдоль линии про- звучивани . Наличие в контролируемом иделии неоднородности с волновым сопротивлением , отличным от волнового сопротивлени  самого издели , измен ют скорость волны в области неоднородности, Поэтому фаза волны в точке прйём а отличаетс  от фазы волны, прошедшей через эталонное изделие. По этому признаку осуществл ют контроль изделий 3.

Однако при малой в масштабе длины волны толщине неоднородности, а также в случае, когда волновое сопротивление неоднородности близко к волновому сопротивлению контролируемого издели , величина изменени  фазы, обусловленного наличием неоднородности, может оказ1зТъ сГ5Гсоизме- римой с величиной изменени  фазы, обусловленного неидентичностью размеров эталонного и контролируемого издели  вдоль линии прозвучивани . Это существенно снижает достоверность контрол .

Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности контрол  за счет исклю- чени  вли ни  размеров образца исследуемой среды, вы влени  неоднород- ностей, меньших длины волны возбуждающих колебаний, а также неоднородности с волновым сопротивлением, близким к волновому сопротивлению исследуемой среды.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в ультразвуковом способе контрол  недиспергирующей среды, заключающемс  в том, что в образце из исследуемой среды возбуждают одночастотный акустический сиг- нал-с частотой f0, принимают акустический сигнал, прошедший через образец, измер ют параметры прин того акустического сиг- нала, по которым суд т о качестве исследуемой среды, дополнительно возбуж- дают два одночастотных сигнала, частоты которых выбраны из соотношени  fi f0- Af, f2 f о - Af.rfleAf const, а в качестве

параметра используют фазовый инвариант прин того трехчастотного сигнала.

За вленный способ основан на эффекте , заключающемс  в том. что наличие неоднородности в недиспергирующей среде измен ет фазовый инвариант трехчастотного узкополосного сигнала с равноотсто щими частотными составл ющими (тригармонического сигнала) При этом изменение фазового инварианта не зависит от базы прозвучивани , а определ етс  только волновым сопротивлением и толщиной контролируемой неоднородности. Минимальное значение изменени  фазового инварианта ограничено лишь уровнем собственных шумов аппаратуры, реализующей способ.

На чертеже представлена схема устройства дл  реализации предложенного способа ,

Устройство содержит генераторы 1,2,3 сигналов, сумматор 4, электроакустический преобразователь 5, наход щийс  в акустическом контакте с исследуемым образцом среды 6, в акустическом контакте с другой стороной которого расположен электроакустический преобразователь 7. Устройство содержит также предварительный усилитель 8, полосовые фильтры 9,10,11, фазовые детекторы 12,13,14, сумматор 15, вычитающее устройство 16 и индикатор 17.

Изобретение -осуществл етс  следующим образом.

В режиме калибровки с помощью генератора 1 формируют одночастотный сигнал с частотой f0 и, дополнительно к нему, с помощью генераторов 2, 3 два одночастотных сигнала, частоты которых выбраны из услови  f 1 f0 - A f, f2 fo + A f, где A f const. С помощью сумматора 4 формируют трехчастотный сигнал с начальными фазами частотных компонент р0о , /Ы - ро2 и фазовым инвариантом

eb -Jfcl+ifcL

Возбуждают в эталонном образце 6 (не содержащем неоднородностей) трехчастотный сигнал, дл  чего преобразуют электрический сигнал в упругие колебани  среды с помощью электроакустического преобразовател  5, и принимают акустический сигнал, прошедший через образец 6, с помощью электроакустического преобразовател  7.

Измер ют фазовый инвариант этого сигнала. Дл  этого после усилени  сигнала предварительным усилителем 8 выдел ют с помощью полосовых фильтров 9,10,11 сигналы на частотах f0, fi, h. соответственно, Формируют с помощью фазовых детекторов

12,13,14 сигналы, пропорциональные фазам сигналов на частотах f0, fi. fa, соответственно . Сигналы Ui, 1)2. из на выходах фазовых детекторов 12,13,14 имеют вид:

Ui + Аро,

1)2 фо + ,

U3 ро2 + ,

где Ду , ДуЭ1. - изменени  фаз составл ющих трехчастотного сигнала при прохождении их через эталонный образец и элементы устройства. Сигнал U4 на выходе сумматора 15 имеет вид

Ил U2 +U3 flol + д. ДЦ + А02

Сигнал Us на выходе вычитающего устройства 16 пропорционален фазовому инварианту зондирующего сигнала, прошедшего через эталон и измерительное устройство:

Us ©о + ©1

. +

где Bi Д ро -2-LЈИндикатор 17 фиксирует значение фазового инварианта ©2 0о + ©1 , лрошед- шего через эталонный образец и

измерительное устройство.

В режиме измерени  замен ют эталонный образец на исследуемый, и указанные действи  повтор ют. Значение фазового инварианта 0з зондирующего сигнала, прошедшего через контролируемую среду и измерительное устройство, сравнивают со значением 02 дл  эталонного образца. В случае, когда 0з + ©2 , принимают решение о наличии неоднородности в контролируемой среде. Изменение фазового инварианта зондирующего сигнала, равное

03 - 02, обусловлено только наличием неоднородности (все фазовые искажени , вносимые измерительной установкой, учитываютс  калибровкой) и регистрируетс  с точностью до шумов аппаратуры.

Погрешность предложенного способа не зависит от степени неидентичности размеров исследуемого и эталонного образцов, поскольку фазовый инвариант тригармони ческого сигнала не зависит от базы прозву- чивани  при распространении в недиспергирующей среде, и достоверность контрол  по этому способу ограничена лишь уровнем собственных шумов устройства,

реализующего способ.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Ультразвуковой способ контрол  недиспергирующих сред, заключающийс  в том, что в образце из исследуемой среды возбуждают одночастотный акустический сигнал с частотой f0, принимают акустический сигнал, прошедший через образец, измер ют параметры прин того акустического сигнала , по которым суд т о качестве

   исследуемой среды, отличающийс  тем, что, с целью повышени  достоверности контрол  за счет исключени  вли ни  размеров образца исследуемой среды, вы влени  неоднородностей меньших длины

   волны возбуждающих колебаний, а также неоднородностей с волновым сопротивлением , близким к волновому сопротивлению исследуемой среды, дополнительно возбуждают два одночастотных сигнала, частоты

   которых fi и fj выбраны и соотношени  fi fо + Af, f2 fo - A f, где A f const, а в качестве параметра используют фазовый инвариант прин того трехчастотного сигнала .

   16

   17