RU2039980C1

RU2039980C1 - Ultrasonic tester for quality control of coarse-grained materials

Info

Publication number: RU2039980C1
Application number: RU92004932A
Authority: RU
Inventors: В.Т. Власов; Б.Н. Марин; Е.С. Юрчук; Ю.А. Коровкин
Original assignee: А.О. Чургель
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1995-07-20

Abstract

FIELD: nondestructive test of materials quality. SUBSTANCE: device is furnished with series- connected illumination generator and additional delay circuits, and a selector switch with a definite number of positions and ways, and used to switch on standard pulse shapers before the delay circuits. EFFECT: enhanced sensitivity and reliability of quality control of materials and products due to detection not only of the defect but also of its size. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества материалов и изделий и может быть использовано для ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений и изделий из сталей, имеющих крупнозернистую структуру, а также из сталей аустенитного класса. The invention relates to the field of non-destructive quality control of materials and products and can be used for ultrasonic flaw detection of welded joints and products from steels having a coarse-grained structure, as well as from austenitic class steels.

Известен ультразвуковой дефектоскоп, содержащий многочастотный искатель, генераторы зондирующих импульсов, подключенные к синхронизатору через каскады (блоки) задержек, обеспечивающие поочередное срабатывание генераторов, приемные усилители, количество которых равно количеству генераторов используемых частот, каскады (блоки) задержек принятых сигналов, каскады (схемы) совпадений и осциллографический индикатор [1] Причем соединены они так, что сигнал с выхода первого усилителя через каскад задержки поступает на первый вход первой схемы совпадения; на второй вход первой схемы совпадения подается сигнал с выхода второго приемного усилителя. Выход первой схемы совпадения через второй блок задержки соединен с первым входом второй схемы совпадения, а второй вход схемы совпадения соединен с выходом третьего приемного усилителя и т.д. Выход последней схемы совпадения соединен с индикатором. Known ultrasonic flaw detector containing a multi-frequency finder, probing pulse generators connected to the synchronizer through cascades (blocks) of delays, providing alternating operation of the generators, receiving amplifiers, the number of which is equal to the number of generators of the used frequencies, cascades (blocks) of delays of received signals, cascades (circuits) coincidences and the oscilloscope indicator [1] Moreover, they are connected so that the signal from the output of the first amplifier through the delay stage is fed to the first input of the first circuit s coincidence; the second input of the first matching circuit receives a signal from the output of the second receiving amplifier. The output of the first matching circuit through the second delay unit is connected to the first input of the second matching circuit, and the second input of the matching circuit is connected to the output of the third receiving amplifier, etc. The output of the last match circuit is connected to an indicator.

Недостатком такого дефектоскопа является невысокая достоверность результатов контроля вследствие прохождения импульсов структурных помех через схемы совпадения. Кроме того, данное устройство только определяет наличие или отсутствие дефекта в изделии. The disadvantage of such a flaw detector is the low reliability of the control results due to the passage of structural noise pulses through the matching circuit. In addition, this device only determines the presence or absence of a defect in the product.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является ультразвуковой дефектоскоп для контроля качества крупнозернистых материалов, содержащий два или более генераторов возбуждающих импульсов, соединенных входами первого непосредственно, а последующих через схемы задержек с выходом синхронизатора, и выходами с соответствующими генераторам пьезопреобразователями; два или более каналов приема обработки сигналов, подключенных входами к пьезопреобразователям, а выходами к входам схемы совпадения и состоящих из последовательно соединенных усилителей схем задержек, кроме последнего, и формирователей нормированных импульсов; генеpатор развертки, соединенный входом через схемы задержек с синхронизатором, а выходом с горизонтально отклоняющим входом индикатора, вход вертикального отклонения которого соединен с выходом схемы совпадения [2]
Недостатком известного дефектоскопа является невозможность определения размеров (эквивалентной площади) дефектов, обусловленная тем, что после обработки сигналов, обеспечивающих выявление дефектов, импульс от дефекта теряет информацию об амплитуде реального отраженного сигнала. Кроме того, задержка аналогового сигнала на значительное (50-100 мкс) время достигается сложными техническими средствами, которые снижают точность и надежность работы дефектоскопа, а значит снижают и достоверность результатов контроля.The closest set of essential features to the invention is an ultrasonic flaw detector for monitoring the quality of coarse-grained materials, containing two or more excitation pulse generators connected directly to the inputs of the first and subsequent through delay circuits with the synchronizer output, and outputs to the corresponding piezoelectric transducers; two or more channels for receiving signal processing, connected by inputs to piezoelectric transducers, and outputs to inputs of a coincidence circuit and consisting of series-connected amplifiers of delay circuits, except the last, and normalized pulse shapers; sweep generator connected by an input through a delay circuit to a synchronizer, and an output with a horizontally deflecting indicator input, a vertical deviation input of which is connected to an output of a matching circuit [2]
A disadvantage of the known flaw detector is the impossibility of determining the size (equivalent area) of defects, due to the fact that after processing the signals that ensure the detection of defects, the pulse from the defect loses information about the amplitude of the real reflected signal. In addition, the delay of the analog signal for a significant (50-100 μs) time is achieved by sophisticated technical means, which reduce the accuracy and reliability of the flaw detector, and therefore reduce the reliability of the inspection results.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей прибора при одновременном повышении его точности и надежности, а также повышение достоверности результатов контроля. The task to which the invention is directed is to expand the functionality of the device while increasing its accuracy and reliability, as well as increasing the reliability of the control results.

Поставленная задача решается за счет того, что ультразвуковой дефектоскоп, содержащий два или более генератора возбуждающих импульсов, соединенных входом первого непосредственно, а последующих через схемы задержек с выходом синхронизатора и выходами с соответствующими генераторам пьезопреобразователями; два или более каналов приема-обработки сигналов, подключенных входами к пьезопреобразователям, а выходами к входам схемы совпадения и состоящих из последовательно соединенных усилителей, схем задержек, кроме последнего, и формирователей нормированных импульсов; генератор развертки, соединенный входом через схемы задержек с синхронизатором, а выходом с горизонтально отклоняющим входом индикатора, вход вертикального отклонения которого соединен с выходом схемы совпадения, снабжен последовательно соединенными между выходом схемы совпадения и модулирующим входом индикатора; переключателем индикации, имеющим число положений на одно превышающее число каналов и направления для коммутаций входа генератора развертки, индицируемого сигнала и задержки импульса подсветки, соединенный так, что одно направление переключателя поочередно связано с входом генератора развертки и входами генераторов возбуждающих импульсов, второе направление поочередно связано с выходами усилителей каналов и схемы совпадения с входом вертикального отклонения индикатора, а третье направление с соответствующими схемами задержек импульсов подсветки, при этом входы схем формирования нормированных импульсов связаны с выходами усилителей каналов, а выходы с входами схем задержек. The problem is solved due to the fact that an ultrasonic flaw detector containing two or more generators of exciting pulses connected directly to the input of the first, and subsequent through the delay circuit with the output of the synchronizer and the outputs to the respective generators of the piezoelectric transducers; two or more channels of receiving and processing signals connected by inputs to piezoelectric transducers, and outputs to inputs of a matching circuit and consisting of series-connected amplifiers, delay circuits, except the last, and normalized pulse shapers; a scan generator connected by an input through a delay circuit to a synchronizer, and an output with a horizontally deflecting indicator input, a vertical deviation input of which is connected to an output of a matching circuit, provided with series-connected between the output of the matching circuit and a modulating input of the indicator; an indication switch having a number of positions one greater than the number of channels and directions for switching the input of the sweep generator, the displayed signal and the delay of the backlight pulse, connected so that one direction of the switch is alternately connected to the input of the sweep generator and the inputs of the excitation pulse generators, the second direction is connected in turn with the outputs of the channel amplifiers and the matching circuit with the input of the vertical deviation of the indicator, and the third direction with the corresponding delay circuits imp lsov backlight, wherein the inputs of normalized pulse generation circuits connected to the outputs of the channel amplifiers and the outputs to the inputs of delay circuits.

Кроме того, дефектоскоп снабжен автоматическим измерителем амплитуд сигналов, состоящим из последовательно соединенных измерителя амплитуд, генератора строба и цепей схем задержек, причем измерительный вход измерителя амплитуды соединен с входом вертикального отклонения индикатора, а разрешающий вход с выходом генератора строба, а вход генератора строба через дополнительное направление переключателя и соответствующие схемы задержек с выходом схемы совпадения. In addition, the flaw detector is equipped with an automatic signal amplitude meter, consisting of a series-connected amplitude meter, strobe generator and delay circuit circuits, the measuring input of the amplitude meter connected to the input of the vertical deviation of the indicator, and the permitting input with the output of the strobe generator, and the input of the strobe generator through an additional switch direction and corresponding delay circuits with matching circuit output.

Технический результат достигается за счет того, что дефектоскоп снабжен генератором импульсов подсветки и дополнительными схемами задержек, причем формирователи нормированных импульсов включены перед схемами задержек. Такая взаимосвязь позволяет, используя импульс схемы совпадения, выделить из смеси сигнал/помеха сигнал от дефекта, амплитуда которого несет информацию о величине дефекта, что и является техническим результатом предлагаемого изобретения. The technical result is achieved due to the fact that the flaw detector is equipped with a backlight pulse generator and additional delay circuits, and the normalized pulse shapers are included before the delay circuits. This relationship allows, using the pulse of the matching circuit, to isolate from the signal / noise mixture the signal from the defect, the amplitude of which carries information about the magnitude of the defect, which is the technical result of the present invention.

На фиг. 1 изображена блок-схема ультразвукового дефектоскопа; на фиг. 2 эпюра напряжений в характерных точках дефектоскопа. In FIG. 1 shows a block diagram of an ultrasonic flaw detector; in FIG. 2 stress diagram at characteristic points of the flaw detector.

Ультразвуковой дефектоскоп содержит синхронизатор 1, соединенный с генераторами 2, 3, 4 возбуждающих импульсов разных частот через элементы 5 и 6 задержек; акустический блок 10 с пьезоэлектрическими преобразователями 7, 8, 9, которые связаны через усилители 11, 12, 13 каналов с формирователями 14, 15, 16 нормированных импульсов и, кроме последнего, с дополнительными элементами 17 и 18 соответственно на время 2t_з и t_з; элемент 19 совпадения, генератор 20 развертки, связанный с индикатором 21; через схемы задержек элементы 23 и 24, соответственно на время 2t_з и 3t_з; генератор 25 стробов, соединенный входом через элементы 26, 27, 28 задержек, соответственно на время (2t_з t_о), (3t_з t_о) и (4t_з t_о) с элементом 19 совпадения, а выходом с измерителем 29 параметров сигнала; переключатель 30 а,б,в,г, на (N+1) положение и четыре направления, где N число каналов, а также каналы 31, 32, 33 приема-обработки.An ultrasonic flaw detector contains a synchronizer 1 connected to generators 2, 3, 4 of exciting pulses of different frequencies through delay elements 5 and 6; acoustic unit 10 with piezoelectric transducers 7, 8, 9, which are connected through amplifiers 11, 12, 13 channels with drivers 14, 15, 16 normalized pulses and, in addition to the latter, with additional elements 17 and 18, respectively, for a time of 2t _s and t _s ; a coincidence element 19, a sweep generator 20 associated with the indicator 21; through the delay circuit elements 23 and 24, respectively, at a time of 2t _s and 3t _s ; a strobe generator 25 connected by an input via delay elements 26, 27, 28, respectively (2t _z t _o ), (3t _z t _o ) and (4t _z t _o ) with a coincidence element 19, and an output with a signal parameter meter 29 ; the switch 30 a, b, c, d, to the (N + 1) position and four directions, where N is the number of channels, as well as receiving-processing channels 31, 32, 33.

Синхронизатор 1 вырабатывает синхроимпульсы с периодом повторения Т_п (фиг. 2а). Эти импульсы непосредственно запускает генератор возбуждающих импульсов, которые преобразуются в пьезопреобразователе 7 в ультразвуковые импульсы частоты f₁ излучаемые в контролируемое изделие (фиг.2б). Импульсы синхронизатора, пройдя через элемент 5 задержки, таким же образом через генератор 3 возбуждающих импульсов преобразователь 8 преобразуются в ультразвуковые импульсы частоты f₂, и излучаются с задержкой по сравнению с импульсами пьезопреобразователя 7 на время t_з (фиг.2в). Причем время задержки выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие Т_N (N+1), где N число каналов или преобразователей; в описываемом случае N 3 и t_з T_г/4.The synchronizer 1 generates clock pulses with a repetition period T _p (Fig. 2A). These pulses directly starts the generator of exciting pulses, which are converted in the piezoelectric transducer 7 into ultrasonic pulses of frequency f ₁ emitted into the controlled product (fig.2b). The pulses of the synchronizer, passing through the delay element 5, in the same way through the generator 3 of exciting pulses, the transducer 8 is converted to ultrasonic pulses of frequency f ₂ and emitted with a delay compared to the pulses of the piezoelectric transducer 7 at time t _s (Fig.2B). Moreover, the delay time is selected so that the condition T _N (N + 1), where N is the number of channels or converters; in the described case, N 3 and t _s T _g / 4.

С выхода элемента 5 задержки уже задержанные на t_з синхроимпульсы еще раз задерживаются на время t_з в схеме задержки 6 и через генератор возбуждающих импульсов 4 и пьезопреобразователь 9 излучаются в изделие в виде ультразвуковых импульсов частоты f₃ (фиг.2г). Акустический блок 10, конструктивно объединяющий все преобразователи, может иметь различное исполнение (на фиг.1 показан вариант раздельного исполнения).From the output of the delay element 5, the clock pulses already delayed by t _h are again delayed by the time t _h in the delay circuit 6 and, through the excitation pulse generator 4 and the piezoelectric transducer 9, are emitted into the product in the form of ultrasonic pulses of frequency f ₃ (Fig. 2d). The acoustic unit 10, structurally combining all the transducers, can have a different design (Fig. 1 shows a variant of a separate design).

Импульсы, отраженные от структуры материала изделия помехи и от дефекта сигналы, возвращаются на акустический блок 10 и в зависимости от частоты f₁, f₂, f_з разделяются пьезопреобразователями 7, 8, 9 по каналам и проходят на свои усилители 11, 12, 13, которые окончательно подавляют импульсы смежных частот и усиливают до необходимой величины свои импульсы (фиг.2д,ж,и). Пройдя через схемы формирования 14, 15, 16 и схемы задержки 17, 18 (кроме последнего канала), импульсы помех и сигналов совмещаются по времени в области существования, т.е. совмещаются интервалы времени, в которые возможно появление импульсов (см.фиг.2л,м,н) и поступают раздельно на свои входы элемента 19 совпадения, где вырабатывается импульс совпадения в случае одновременного прихода импульсов сразу со всех каналов.The pulses reflected from the structure of the material of the product interference and from the defect signals are returned to the acoustic unit 10 and depending on the frequency f ₁ , f ₂ , f _s are separated by piezoelectric transducers 7, 8, 9 through the channels and pass to their amplifiers 11, 12, 13 which finally suppress the pulses of adjacent frequencies and amplify their pulses to the required value (fig.2d, g, and). Having passed through the formation circuits 14, 15, 16 and the delay circuits 17, 18 (except for the last channel), the interference pulses and signals are combined in time in the region of existence, i.e. time intervals are combined in which pulses may appear (see Fig. 2l, m, n) and are fed separately to their inputs of the coincidence element 19, where a coincidence pulse is generated in the case of simultaneous arrival of pulses from all channels simultaneously.

Время прихода импульсов помех из разных каналов различное, так как импульс помехи возникает как результат суммирования совпадающих по фазе импульсов, отраженных от зерен структуры и прошедших разными путями в пределах диаграммы направленности канала, а в разных каналах на разных частотах условия совпадения фаз импульсов, отраженных от зерен структуры, различное и вероятность совпадения импульсов помех в двух каналах мала, а в трех и более каналах практически равна нулю. The arrival time of interference pulses from different channels is different, since the interference pulse arises as a result of summing phase-matching pulses reflected from the structure grains and transmitted in different ways within the channel pattern, and in different channels at different frequencies the phase matching conditions of pulses reflected from grain structure, different and the probability of coincidence of noise pulses in two channels is small, and in three or more channels it is practically zero.

В то же время сигналы импульсы, отраженные от дефекта, имеют постоянное для всех каналов время пробега и значит независимо от частоты ультразвуковых импульсов будут поступать на входы схемы совпадения в один момент времени. Таким образом, появление импульса на выходе схемы совпадения свидетельствует о наличии дефекта (фиг.2о) в данный момент времени, отстоящий от зондирующего импульса по времени на t_д время пробега от акустического блока до дефекта и обратно.At the same time, the signals of the pulses reflected from the defect have a constant travel time for all channels and, therefore, regardless of the frequency of the ultrasonic pulses, they will arrive at the inputs of the coincidence circuit at one moment in time. Thus, the appearance of a pulse at the output of the coincidence circuit indicates the presence of a defect (Fig. 2o) at a given moment of time, which is t _d away from the probe pulse in time _{, and} the travel time from the acoustic unit to the defect and vice versa.

Для измерения этого времени, а значит и расстояния от дефекта, переключатель 30 ставят в положение "с", при этом генератор развертки индикатора 21 запускается задержанным на 2 t_з импульсом синхронизатора. Время от начала развертки до появления импульса схемы совпадения равно t_д. Импульс схемы совпадения подается через контактную группу (направление) 30б на вход вертикального отклонения индикатора и одновременно на генератор 22 импульсов подсвета через контактную группу 30в. С выхода генератора подсвета импульс (фиг. 2п) поступает на модулиpующий вход индикатора, увеличивая яркость луча в момент появления импульса. Кроме того, импульс схемы совпадения через контактную группу 30г поступает на генератор строба 25, который выдает импульс- строб (фиг.2к), разрешающий проведение измерения.To measure this time, and hence the distance from the defect, the switch 30 is placed in the "c" position, while the scan generator of the indicator 21 is started by the synchronizer pulse delayed by 2 t _s . The time from the beginning of the sweep to the appearance of the pulse of the coincidence circuit is t _d . The pulse of the coincidence circuit is fed through the contact group (direction) 30b to the input of the vertical deviation of the indicator and simultaneously to the backlight pulse generator 22 through the contact group 30c. From the output of the backlight generator, the pulse (Fig. 2p) is supplied to the modulating input of the indicator, increasing the brightness of the beam at the time the pulse appears. In addition, the pulse of the coincidence circuit through the contact group 30g is supplied to the strobe generator 25, which generates a pulse-strobe (Fig.2k), allowing the measurement.

При других положениях переключателя 30 вырабатываются соответственно стробы, изображенные на фиг. 2е,з. В рассмотренном положении переключателя на индикаторе наблюдается нормированный импульс, отличающийся большей яркостью от горизонтальной линии развертки. Измеритель проводит измерение времени и амплитуды нормированного импульса. Однако в этом положении величина амплитуды импульса свидетельствует только о правильности функционирования всего измерительного тракта и не несет информации о величине дефекта. At other positions of the switch 30, the gates shown in FIG. 2e, s. In the considered switch position, a normalized impulse is observed on the indicator, which differs in greater brightness from the horizontal scan line. The meter measures the time and amplitude of the normalized pulse. However, in this position, the magnitude of the pulse amplitude indicates only the correct functioning of the entire measuring path and does not carry information about the magnitude of the defect.

Для определения эквивалентных размеров дефекта переключатель ставят в одно из положений f₁, f₂, f₃. При этом на запуск развертки индикатора подается через контактную группу 30а импульс запуска, соответствующий по времени началу работы соответствующего канала в соответствии с очередностью их работы (фиг.2б,в,г).To determine the equivalent dimensions of the defect, the switch is placed in one of the positions f ₁ , f ₂ , f ₃ . At the same time, a trigger pulse is supplied through the contact group 30a to start the indicator sweep, corresponding to the start time of the corresponding channel in accordance with the order of their operation (Fig.2b, c, d).

В этом случае на вход вертикального отклонения через контактную группу 30б поступают все импульсы выбранного канала, пришедшие из контролируемого объекта (помехи и сигнал от дефекта), в реальном масштабе амплитуд (фиг.2д, ж, и). Для выделения среди всех импульсов импульса от дефекта используется импульс подсвета. При этом импульс от дефекта по каналу f₃ подсвечивается сразу, т. е. в первом же периоде работы синхронизатора (фиг.2п), а импульсы от дефектов в каналах f₂ и f₁ подсвечиваются только во втором периоде (фиг. 2у, ф), поскольку импульс схемы совпадения вырабатывается только в третьем цикле периода, когда сигналы в каналах f₂ и f₃ уже прошли. Задержка импульса элемента 19 совпадения, запускающего генератор импульсов подсвета на 2 t_з (для канала f₁) или на 3 t_з (для канала f₂), обеспечивает точное совпадение импульса подсвета с импульсом от дефекта в следующем периоде, выделяя его большей яркостью на фоне помех.In this case, the input of the vertical deviation through the contact group 30b receives all the pulses of the selected channel coming from the controlled object (interference and signal from the defect), in the real scale of the amplitudes (fig.2d, g, and). To highlight among all impulses the impulse from the defect, a backlight impulse is used. In this case, the pulse from a defect on channel f _{3 is} highlighted immediately, i.e., in the first period of operation of the synchronizer (Fig.2p), and the pulses from defects in channels f ₂ and f _{1 are} highlighted only in the second period (Fig. 2y, f ), since the pulse of the coincidence circuit is generated only in the third cycle of the period when the signals in channels f ₂ and f ₃ have already passed. The pulse delay of the coincidence element 19, which starts the backlight pulse generator by 2 t _s (for channel f ₁ ) or 3 t _s (for channel f ₂ ), ensures that the backlight pulse coincides exactly with the defect pulse in the next period, highlighting it with a higher brightness by background interference.

Для измерения реальной амплитуды импульса от дефекта посредством контактной группы 30г подключается задержка 2 t_з-t_о; 3 t_з-t_о или 4 t_з-t_о (фиг.2р, с, п, в) соответствующая своему каналу f₁, f₂ или f₃, обеспечивая появление строба в следующем периоде непосредственно перед появлением реального сигнала от дефекта (фиг.2е,з,к) и гарантируя этим измерение амплитуды импульса именно от дефекта, а не какого-либо другого. Выбор канала для измерения амплитуды импульса от дефекта осуществляется оператором.To measure the real amplitude of the impulse from the defect by means of the contact group 30 g, a delay of 2 t _s -t _{o is} connected; 3 t _s -t _o or 4 t _s -t _o (fig.2p, s, p, c) corresponding to its channel f ₁ , f ₂ or f ₃ , providing the appearance of a strobe in the next period immediately before the appearance of a real signal from the defect ( fige, z, k) and thereby guaranteeing the measurement of the amplitude of the pulse from a defect, and not from any other. The choice of the channel for measuring the amplitude of the impulse from the defect is carried out by the operator.

Claims

1. ULTRASONIC DEFECTOSCOPE FOR QUALITY CONTROL OF LARGE-GRAIN MATERIALS, containing N channels from sequentially connected exciting pulse generator, piezoelectric transducer, amplifier and normalizing pulse shaper, 2 (N -1) delay elements, a synchronizer, a scanning generator and a scanning element connected to it the synchronizer output is connected to the input of the generator of exciting pulses of the nth channel through n-1 series-connected delay elements where n 1,2,3, N, and the coincidence element is connected to the input and with the outputs of the drivers of normalized pulses through the delay elements, in addition to the N-th channel, characterized in that it is equipped with additional N 1 delay elements by a backlight pulse generator, the output of which is connected to the indicator simulating the brightness of the indicator input, and a switch in which N-th and N +1 e positions are connected, the output of its first direction is connected to the input of the pulse generator of the backlight of the position of this direction, except the last, connected through the delay elements to the output of the element of coincidence of the position of the second the switch board is connected respectively to the inputs of the excitation pulse generators, and the second direction of the switch is connected to the input of the sweep generator.

2. The flaw detector according to claim 1, characterized in that it is equipped with N delay elements and series-connected strobe generator and amplitude meter, the output of the coincidence element is connected through the corresponding delay elements to the positions of the third direction of the switch, which is connected to the input of the strobe generator, and the outputs of all amplifiers are connected to the positions of the fourth direction of the switch, which is connected to the measuring input of the amplitude meter.