RU2011194C1 - Acoustic microscope - Google Patents
Acoustic microscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2011194C1 RU2011194C1 SU5049658A RU2011194C1 RU 2011194 C1 RU2011194 C1 RU 2011194C1 SU 5049658 A SU5049658 A SU 5049658A RU 2011194 C1 RU2011194 C1 RU 2011194C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- amplifier
- output
- control
- analog
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для неразрушающего контроля качества материалов. The invention relates to measuring technique and can be used for non-destructive quality control of materials.
Известно ультразвуковое (УЗ) телевизионное устройство контроля качества материалов, содержащее УЗ приемопередающий преобразователь (ППП), установленный с возможностью перемещения по поверхности контролируемого материала с помощью шагового двигателя по двум координатам, формирователь пачки импульсов, которые подаются на ППП, ППП облучает контролируемый материал, принимает отраженный от него сигнал и подает его на телевизионный блок, на котором формируется "изображение" внутренней структуры контролируемого материала. Строчно-кадровая развертка на телевизионном блоке формируется с помощью генераторов строчно-кадровой развертки, синхронизированных с блоками, формирующими сигналы горизонтальной и вертикальной разверток [1] . It is known that an ultrasonic (ultrasound) television device for controlling the quality of materials containing an ultrasonic transceiver transducer (SPP) installed with the possibility of moving along the surface of the controlled material using a stepper motor in two coordinates, a pulse shaper that is fed to the SPP, the SPP irradiates the controlled material, receives the signal reflected from it and feeds it to the television unit, on which the "image" of the internal structure of the material being monitored is formed. A line-frame scan on a television unit is formed using line-frame generators synchronized with blocks that generate horizontal and vertical signals [1].
Однако, данное устройство имеет низкую разрешающую способность в плоскости сканирования, высокие требования к перпендикулярности к ней оси датчика и малое быстродействие. Устройство не позволяет работать с объектами сложной формы и получать трехмерное изображение структуры объекта. However, this device has a low resolution in the scanning plane, high requirements for the perpendicularity of the axis of the sensor and low speed. The device does not allow working with objects of complex shape and to obtain a three-dimensional image of the structure of the object.
Известно также устройство для ультразвукового контроля качества материалов, содержащее УЗ ППП, с помощью которого в контролируемый объект излучаются акустические импульсы, формируемые генератором импульсов, длительность и частота которых задается задающим блоком; форма и амплитудная характеристика отраженных импульсов отображаются на осциллографе. Осуществляется также измерение времени задержки отраженного сигнала. По амплитудной и временной характеристикам сигналов путем сравнения с записанными в блоке памяти эталонными характеристиками судят о структуре материала - зернистости, фазовом составе, дефектах, а также глубине залегания [2] . It is also known a device for ultrasonic quality control of materials, containing ultrasound SPP, with which acoustic pulses are generated into the controlled object, generated by a pulse generator, the duration and frequency of which is set by the master unit; the shape and amplitude response of the reflected pulses are displayed on an oscilloscope. Measurement of the delay time of the reflected signal is also carried out. By the amplitude and time characteristics of the signals, by comparison with the reference characteristics recorded in the memory unit, the structure of the material is estimated — granularity, phase composition, defects, and also the depth [2].
Данное устройство также имеет низкое быстродействие и не позволяет работать с объектами сложной формы. This device also has a low speed and does not allow working with objects of complex shape.
Цель изобретения - повышение разрешающей способности в плоскости сканирования и повышение избирательности по глубине, а также обеспечение работы с объектами, имеющими неплоскую форму. The purpose of the invention is to increase the resolution in the scanning plane and increase the selectivity in depth, as well as providing work with objects that have a non-planar shape.
Поставленная цель достигается тем, что акустический микроскоп, содержащий генератор импульсов, состоящий из последовательно соединенных кварцевого генератора и делителя частоты, акустический приемопередающий преобразователь, установленный с возможностью перемещения относительно поверхности исследуемого объекта, блок хранения информации, соединенный с блоком управления и обработки, к выходу которого подключен блок отображения информации, а также блок ввода и вывода информации, аналого-цифровой преобразователь и цифроаналоговый преобразователь, подсоединенные шинами связи к блоку управления и обработки, отличается тем, что между выходом делителя частоты и акустическим приемопередающим преобразователем включены последовательно соединенные счетчик и усилитель-формирователь сигналов, а также введены блок памяти и последовательно соединенные усилитель-ограничитель, вход которого подсоединен к линии связи усилителя-формирователя и акустического приемопередающего преобразователя, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, аналоговый ключ, детектор с программируемым сдвигом постоянной составляющей, видеоусилитель с регулируемым коэффициентом усиления и блок хранения и выборки, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, при этом выход кварцевого генератора соединен с вторым входом счетчика, второй, третий и четвертый выходы которого подсоединены соответственно к второму входу блока хранения и выборки, второму входу аналого-цифрового преобразователя и второму входу ключа, выход блока памяти соединен с управляющим входом делителя частоты, а его входы - соответствующими выходами блока управления и обработки и пятым выходом счетчика, управляющие входы усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, и видеоусилителя с регулируемым коэффициентом усиления подключены к соответствующим входам блока управления и обработки, а управляющий вход детектора с программируемым сдвигом постоянной составляющей подсоединен к выходу цифроаналогового преобразователя, генератор импульсов выполнен в виде последовательно соединенных кварцевого генератора и делителя частоты. This goal is achieved in that an acoustic microscope containing a pulse generator, consisting of a series-connected quartz oscillator and a frequency divider, an acoustic transceiver installed to move relative to the surface of the test object, an information storage unit connected to the control and processing unit, to the output of which an information display unit is connected, as well as an information input and output unit, an analog-to-digital converter and a digital-to-analogue A transducer connected by communication buses to a control and processing unit is characterized in that a counter and a signal conditioning amplifier are connected in series between the output of the frequency divider and the acoustic transceiver, as well as a memory block and a serially connected limiter amplifier, the input of which is connected to the line the connection of the amplifier-driver and the acoustic transceiver, an amplifier with an adjustable gain, an analog switch, a detector with a ramp shift component, a video amplifier with adjustable gain and a storage and sampling unit, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, while the output of the crystal oscillator is connected to the second input of the counter, the second, third and fourth outputs of which are connected respectively to the second input of the block storage and sampling, the second input of the analog-to-digital converter and the second key input, the output of the memory unit is connected to the control input of the frequency divider, and its inputs are respectively control outputs and the fifth output of the counter, the control inputs of the amplifier with adjustable gain, and the video amplifier with adjustable gain are connected to the corresponding inputs of the control and processing unit, and the control input of the detector with programmable DC offset is connected to the output of the digital-analog converter, generator pulses made in the form of series-connected quartz oscillator and frequency divider.
На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого акустического микроскопа; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу микроскопа. In FIG. 1 shows a structural electrical diagram of the proposed acoustic microscope; in FIG. 2 are diagrams explaining the operation of the microscope.
Акустический микроскоп содержит последовательно соединенные кварцевый генератор (КГ) 1, делитель 2 частоты, управляющий вход которого соединен с выходом блока 3 памяти (БП), счетчик 4, усилитель-формирователь 5 и чувствительный элемент 6, являющийся акустическим приемопередающим преобразователем, а также последовательно соединенные усилитель-ограничитель 7, вход которого соединен с выходом элемента 6, усилитель 8 с регулируемым коэффициентом усиления, аналоговый ключ 9, детектор 10 с программируемым сдвигом постоянной составляющей, видеоусилитель 11 с регулируемым коэффициентом усиления, блок 12 хранения и выборки (БХВ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13 и блок 14 управления и обработки (БУО), а также цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 15, подключенный между выходом БУО 14 и первым управляющим входом детектора 10, шаговый двигатель 16, управляющий вход которого подсоединен к второму управляющему выходу БУО 14, а также блок 17 отображения информации (БОИ), блок 18 хранения информации (БХИ) и блок 19 ввода и вывода информации (БВВИ), соединенные с БУО 14, при этом выход КГ 1 соединен с входом счетчика 4, второй, третий и четвертый выходы счетчика 4 подсоединены соответственно к вторым входам БХВ 13, АЦП 14 и аналогового ключа 9, БУ 14 соединен также с управляющими входами видеоусилителя 11, блок 3 памяти и усилителя 8. The acoustic microscope contains a series-connected quartz oscillator (KG) 1, a
Акустический микроскоп работает следующим образом. Acoustic microscope works as follows.
Вначале осуществляют предварительную настройку устройства. Для этого в рабочей области чувствительного элемента 6, представляющего собой акустическую линзу с размещенным на ней акустическим преобразователем или сферическую линзу, размещают исследуемый образец. Снимают форму отраженного от образца акустического сигнала в широком интервале времени. Оператор анализирует форму сигнала и в зависимости от характера образца ручную с клавиатуры выбирает конкретную процедуру получения изображения и настраивает приемопередающий тракт микроскопа. First, the device is pre-configured. To do this, in the working area of the
Далее КГ 1 выдает опорные импульсные сигналы с частотой 100 или 200 мг Гц (фиг. 2, а). В делителе 2 частоты путем деления частоты следования этих импульсов формируются импульсы с заданным интервалом времени (фиг. 2, в), которые являются импульсами, синхронизирующими работу всего устройства. Next, KG 1 gives reference pulse signals with a frequency of 100 or 200 mg Hz (Fig. 2, a). In the
Коэффициент деления делителя 2 частоты задается БП 3, содержимое которого в каждом цикле работы устройства обновляется с помощью БУО 14. The division ratio of the
В счетчике 4 формируются импульсы с различной длительностью, являющиеся синхронизирующими для работы ВХВ 12 (фиг. 2, d), АЦП 13 (фиг. 2, е) и ключа 9 (фиг. 2, f). In
С выхода счетчика 4 зондирующий сигнал (фиг. 2, е) подается на усилитель-формирователь 5, где из него формируется импульс специальной формы (фиг. 2, д), который посредством чувствительного элемента 6 преобразуется в ультразвуковой сигнал, излучается в исследуемый объект и принимается после отражения от него (фиг. 2, д). From the output of the
Отраженный импульс предварительно усиливается и ограничивается до уровня, не превышающего порогового значения в усилителе-ограничителе 7 (фиг. 2, д). Величина порога ограничения выбирается из условия обеспечения защиты усилителя-органичителя 7 от пробоя выходным сигналом усилителя-формирователя 5. The reflected pulse is pre-amplified and limited to a level not exceeding the threshold value in the amplifier-limiter 7 (Fig. 2, e). The limit threshold value is selected from the condition of protecting the amplifier-
Далее в усилителе 8 с программируемым коэффициентом усиления Ку он усиливается и подается на аналоговый ключ 9. Величина Ку программируется в БУО 15 так, что максимальный принимаемый сигнал не приводит к переполнению АЦП 13. Аналоговый ключ 9 осуществляется выборку принятого импульса в интервале времени, задаваемом стробом от счетчика 4 (фиг. 2, е).Further, in the
В детекторе 10 происходит детектирование входное сигнала со сдвигом постоянной составляющей (фиг. 2, к) на величину, задаваемую БУО 14 через ЦАП 15. Сдвиг постоянной составляющей необходим для улучшения изображения, если полезный сигнал находится на фоне помех от посторонних объектов или шума. In the
После детектирования сигнал усиливается видеоусилителем 11, коэффициент усиления которого задается БУО 14. After detection, the signal is amplified by a
БХВ 12 запоминает поступивший на него сигнал на заданный стробом (2) временной интервал, который определяется временем аналого-цифрового преобразователя в АЦП 13.
Преобразованная с помощью АЦП 13 информация из аналоговой в цифровую затем поступает в БУО 14, который управляет процессом получения и отображения информации: непосредственно в течение одного цикла изменяют параметры приемопередающего тракта, адаптируя его работу к параметрам объекта в зависимости от его свойств; задают все временные интервалы, коэффициенты усиления усилителей 8 и 11, а также величину сдвига постоянной составляющей детектора 10. The information converted from the analogue to digital using
Для исследования всей поверхности объекта чувствительный элемент 6 установлен с возможностью перемещения по трем координатам с помощью шагового двигателя 16, при этом шаг сканирования задается с помощью сигналов от БУО 14. To study the entire surface of the object, the
Полученное изображение структуры объекта при сканировании отображается на БОИ 17. Блок 19 ввода и вывода информации позволяет вручную выбирать режим работы микроскопа и распечатывать полученное изображение. The resulting image of the structure of the object during scanning is displayed on
В каждой точке сканирования может изменяться время задержки Δ t между двумя управляющими импульсами - импульсом, запускающим формирователь 5 выходных сигналов, и импульсом, управляющим открыванием аналогового ключа. Таким образом, снимается форма отраженного от образца акустического сигнала и анализируется в БУО 14. At each scanning point, the delay time Δ t can be changed between two control pulses — a pulse that starts the
В зависимости от типа образца в дальнейшем подстраивается величина входных ворот, время задержки Δ t и коэффициент усиления усилителя-ограничителя 7 для уменьшения величины помех, вызванных наличием сигналов, отраженных от участков поверхности исследуемого образца, расположенных в непосредственной близости от исследуемой зоны, или вызванных наличием сигналов нежелательных мод ультразвуковых колебаний. Depending on the type of sample, the value of the entrance gate, the delay time Δ t, and the gain of the limiting
Если дефект расположен вблизи задней поверхности образца, то сигналы, отраженные от дефекта и от задней поверхности образца, сливаются, и анализ их формы позволяет обнаружить дефект. If the defect is located near the rear surface of the sample, then the signals reflected from the defect and from the rear surface of the sample merge, and the analysis of their shape allows you to detect the defect.
Если необходимо контролировать адгезию слоев при склейке, сварке, пайке, гальваническом осаждении и т. д. многослойного материала с фиксированной толщиной слоев, но не абсолютно плоского, анализируя принятый сигнал, определяют расстояние до поверхности образца и в соответствии с этим задают величину Ку с учетом изменения этого расстояния.If it is necessary to control the adhesion of layers during gluing, welding, soldering, galvanic deposition, etc., of a multilayer material with a fixed layer thickness, but not absolutely flat, analyzing the received signal, determine the distance to the surface of the sample and in accordance with this set the value of K y with given the change in this distance.
На фиг. 3 изображена диаграмма алгоритма работы микроскопа в режиме компенсации кривизны поверхности образца; на фиг. 4 - диаграмма алгоритма работы микроскопа; на фиг. 5 - диаграмма алгоритма работы микроскопа в цепи формирователь - БУО 14; на фиг. 6 - диаграмма алгоритма работы микроскопа в цепи блоков 1-4; на фиг. 7. и 8 - диаграммы алгоритмов работы блока 14. In FIG. 3 shows a diagram of the algorithm of the microscope in the mode of compensation of curvature of the surface of the sample; in FIG. 4 is a diagram of the algorithm of the microscope; in FIG. 5 is a diagram of the algorithm of the microscope in the shaper circuit -
Таким образом, предлагаемый микроскоп позволяет получить неограниченно большое поле сканирования; дает возможность принятия решения о наличии или отсутствии дефекта в образце, например, по расщеплению акустического импульса; измерения и записи только амплитуды расщепленного импульса, что позволяет получить изображение дефектов образца без предварительной записи всего массива данных, соответствующих всей толщине образца. Это позволяет сэкономить вычислительные ресурсы (для записи массива 512х512 точек с разверткой по глубине по 512 каналам требуется около 64 Мбайт оперативной памяти) и время получения изображения. Thus, the proposed microscope allows you to get an unlimited large scanning field; makes it possible to decide on the presence or absence of a defect in a sample, for example, by splitting an acoustic pulse; measuring and recording only the amplitude of the split pulse, which allows you to get an image of the defects of the sample without first recording the entire array of data corresponding to the entire thickness of the sample. This saves computational resources (for recording an array of 512x512 pixels with a scan in depth along 512 channels, about 64 MB of RAM is required) and the time it takes to get an image.
Предложенная блок-схема микроскопа построена таким образом, что БУО 14 может программировать весь его тракт в течение одного цикла работы, т. е. между двумя последовательно излучения импульсами ультразвука. Этим достигается адаптация микроскопа к объекту в каждой измеряемой точке путем перенастройки микроскопа по глубине за счет изменения временных интервалов аналоговой выборки принятого сигнала и по амплитуде путем изменения коэффициентов усиления микроскопа. The proposed block diagram of the microscope is constructed in such a way that BUO 14 can program its entire path during one cycle of operation, i.e., between two successive radiation pulses of ultrasound. This achieves the adaptation of the microscope to the object at each measured point by reconfiguring the microscope in depth by changing the time intervals of the analog sample of the received signal and in amplitude by changing the gain of the microscope.
Используемая в данном микроскопе конструкция преобразователя в виде акустической линзы, размещаемой в оболочке, в которую подается иммерсионная жидкость, позволяет получить неограниченное поле сканирования. The design of the transducer used in this microscope in the form of an acoustic lens placed in the shell into which the immersion liquid is supplied allows an unlimited scanning field to be obtained.
Микроскоп позволяет работать с неплоскими объектами, с объектами сложной структуры. The microscope allows you to work with non-planar objects, with objects of complex structure.
Отраженный от объектива сигнал, как правило, имеет три составляющие - сигналы, отраженные от передней стенки объекта, от задней и от дефекта, а реально их больше, так как возможно прохождение продольных и поперечных звуковых волн, скорость которых различна. The signal reflected from the lens, as a rule, has three components - signals reflected from the front wall of the object, from the back and from the defect, but in reality there are more of them, since longitudinal and transverse sound waves, the speed of which is different, can pass through.
Для повышения достоверности измерений в известных микроскопах установлен аналоговый ключ, который выбирает сигнал в заранее установленный момент времени. To increase the reliability of measurements in known microscopes, an analog key is installed, which selects the signal at a predetermined point in time.
Однако, если образец не плоский или дефект находится в разных местах, этот способ не применим, так как второй сигнал может выйти за пределы "ворот". However, if the sample is not flat or the defect is in different places, this method is not applicable, since the second signal can go beyond the "gate".
В данном микроскопе в каждой точке сканирования можно установить узкие "ворота" и, изменяя время задержки, определять форму всех импульсов и настроить ворота на заданный, например, второй импульс, при условии, что он есть импульс, или не включать, если его нет. In this microscope, at each scanning point, you can set narrow “gates” and, changing the delay time, determine the shape of all pulses and configure the gate to a given, for example, second pulse, provided that it is a pulse, or not to turn it on if it is not.
Если дефект расположен близко к задней поверхности образца, второй и третий сигналы сливаются, в этом случае производят анализ их формы, что и позволяет обнаружить дефект. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1105806, кл. G 01 N 29/06, 1980. If the defect is located close to the rear surface of the sample, the second and third signals merge, in this case they analyze their shape, which makes it possible to detect the defect. (56) 1. USSR author's certificate N 1105806, cl. G 01 N 29/06, 1980.
2. Авторское свидетельство СССР N 1631408, кл. G 01 N 29/04, 1988. 2. USSR author's certificate N 1631408, cl. G 01 N 29/04, 1988.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5049658 RU2011194C1 (en) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | Acoustic microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5049658 RU2011194C1 (en) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | Acoustic microscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011194C1 true RU2011194C1 (en) | 1994-04-15 |
Family
ID=21607992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5049658 RU2011194C1 (en) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | Acoustic microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2011194C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2613339C1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-03-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт Механики УрО РАН | Acoustic microscope |
-
1992
- 1992-06-26 RU SU5049658 patent/RU2011194C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2613339C1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-03-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт Механики УрО РАН | Acoustic microscope |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8033172B2 (en) | Hand-held flaw detector imaging apparatus | |
JP2523101B2 (en) | Acoustic imaging system and method | |
US7933027B1 (en) | Processing waveform-based NDE | |
US20060254359A1 (en) | Hand-held flaw detector imaging apparatus | |
US4098129A (en) | Non-destructive testing of materials using ultrasonic waves | |
RU2309402C2 (en) | Method of ultrasonic test of rail welds | |
US5280723A (en) | Apparatus and method for data acquisition and processing | |
US4531410A (en) | Method of and apparatus for detecting flaws inside articles, more particularly structural components, by means of acoustic holography | |
JPH08193986A (en) | Nondestructive test device | |
US5349862A (en) | Apparatus for measuring the velocity of ultrasonic sound in terms of V(Z) characteristics and ultrasonic microscope using that apparatus | |
US6823737B2 (en) | Non-contact inspection system for large concrete structures | |
RU2011194C1 (en) | Acoustic microscope | |
Dewhurst et al. | Through-transmission ultrasonic imaging of sub-surface defects using non-contact laser techniques | |
US4596142A (en) | Ultrasonic resonance for detecting changes in elastic properties | |
JPH05203632A (en) | Ultrasonic flaw detection device | |
Kachanov et al. | Adaptive instruments for ultrasonic nondestructive testing of large objects with complex structures | |
SU1516959A1 (en) | Ultrasonic device for inspecting the quality of articles | |
JPH05232092A (en) | Supersonic wave inspection device | |
RU1827620C (en) | Method of ultrasonic quality control of thin wall-articles and coatings | |
JP3228132B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method | |
RU2270998C2 (en) | Method for ultrasound non-destructive testing of products and device for realization of said method | |
SU851255A1 (en) | Device for measuring sea surface aerated layer characteristics | |
JPH0587784A (en) | Method and apparatus for estimation for quantification of defect | |
SU577455A1 (en) | Method of ultrasonic material state inspection | |
SU532046A1 (en) | Device for measuring the size of crystallites in a solid by the ultrasonic method |