RU2069841C1 - Device measuring ultrasound velocity - Google Patents
Device measuring ultrasound velocity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2069841C1 RU2069841C1 SU4870189A RU2069841C1 RU 2069841 C1 RU2069841 C1 RU 2069841C1 SU 4870189 A SU4870189 A SU 4870189A RU 2069841 C1 RU2069841 C1 RU 2069841C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- delay element
- counter
- register
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающим испытаниям и может быть использовано для ультразвукового контроля металлических конструкций, подвергающихся механическому нагружению. The invention relates to non-destructive tests and can be used for ultrasonic testing of metal structures subjected to mechanical loading.
Известно устройство для определения скорости ультразвука, содержащее последовательно соединенные пьезопреобразователь, генератор зондирующих сигналов, усилитель, измеритель временных интервалов [1]
Однако известное устройство имеет ряд недостатков. Его нельзя использовать при прецизионных измерениях скорости ультразвука за счет неточного измерения времени распространения упругих волн.A device for determining the speed of ultrasound containing a series-connected piezoelectric transducer, a probe signal generator, an amplifier, a time interval meter [1]
However, the known device has several disadvantages. It cannot be used for precision measurements of ultrasound velocity due to inaccurate measurements of the propagation time of elastic waves.
Наиболее близким техническим решением является устройство для определения скорости ультразвука в подвергающихся циклическому нагружению конструкционных материалах и содержащее последовательно соединенные преобразователь, генератор зондирующих сигналов, усилитель, компаратор высокого уровня, компаратор низкого уровня, блоки задержки, элемент 3И, коммутатор, счетчики импульсов, формирователь импульсов, источник временных интервалов R-S триггер, интегратор, сумматор, фильтр, инвертор, регистрирующий блок, блок индикации [2]
Недостатком данного устройства является то, что для измерения скорости ультразвука вначале измеряется постоянная составляющая времени распространения ультразвука, которая затем складывается с измеренной переменной составляющей ранее образующейся при циклическом деформировании материала. Поэтапное измерение времени распространения ультразвука дополнительно приводит к погрешностям в измерении скорости ультразвука.The closest technical solution is a device for determining the ultrasound speed in structural materials subjected to cyclic loading and containing a series-connected transducer, probe signal generator, amplifier, high-level comparator, low-level comparator, delay units, 3I element, switch, pulse counters, pulse shaper, RS time source trigger, integrator, adder, filter, inverter, recording unit, display unit [2]
The disadvantage of this device is that to measure the speed of ultrasound, at first, the constant component of the propagation time of ultrasound is measured, which then adds up to the measured variable component previously formed during cyclic deformation of the material. The phased measurement of the propagation time of ultrasound additionally leads to errors in the measurement of the speed of ultrasound.
Целью изобретения является повышение точности измерения скорости ультразвука. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the speed of ultrasound.
Цель достигается за счет исключения дополнительных измерений времени распространения, уменьшающих точность оценки скорости распространения ультразвуковых волн. Для этого предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, пьезопреобразователь, усилитель и компаратор низкого уровня, компаратор высокого уровня, вход которого подключен к выходу усилителя, первый элемент задержки, вход которого связан со вторым выходом генератора зондирующих импульсов, второй элемент задержки, первый элемент 2И, первый и второй счетчики, первый и второй формирователи прямоугольных импульсов, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и ключ, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, последовательно соединенные третий формирователь прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, и второй элемент 2И, второй вход которого связан с выходом второго формирователя прямоугольных импульсов, а выход с первым управляющим входом ключа и с входом второго элемента задержки, третий элемент 2И, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому выходу первого и выходу третьего формирователей прямоугольных импульсов, а выход к счетному входу второго счетчика, регистр, первый вход которого связан с выходом второго счетчика, третий элемент задержки, выход которого подключен к второму управляющему входу ключа, и таймер, выход которого связан с входами сброса счетчиков, регистр и ключа, выход второго элемента задержки подключен к входу третьего элемента задержки и второму входу регистра, выход первого счетчика соединен с управляющими входами первого элемента задержки и информационными входами регистра, выход компаратора нижнего уровня подключен к первому входу первого элемента 2И, связанного выходом с входом второго формирователя прямоугольных импульсов, а выход компаратора высокого уровня соединен с входом первого формирователя прямоугольных импульсов, подключенного вторым выходом к второму входу первого элемента 2И. The goal is achieved by eliminating additional measurements of the propagation time, which reduce the accuracy of estimating the propagation velocity of ultrasonic waves. For this, the proposed device comprises a series-connected probe pulse generator, a piezoelectric transducer, an amplifier and a low level comparator, a high level comparator, the input of which is connected to the amplifier output, a first delay element, the input of which is connected to the second output of the probe pulse generator, a second delay element, the first element 2I, first and second counters, first and second square-wave formers, serially connected clock generator and key, the output of which connected to the counting input of the first counter, a third rectangular pulse shaper connected in series, the input of which is connected to the output of the first delay element, and a second element 2I, the second input of which is connected to the output of the second rectangular pulse shaper, and the output with the first key control input and the input the second delay element, the third element 2I, the first and second inputs of which are connected respectively to the first output of the first and the output of the third shaper of rectangular pulses, and the output to the second counter input, a register, the first input of which is connected to the output of the second counter, a third delay element, the output of which is connected to the second control input of the key, and a timer, the output of which is connected to the counter reset inputs, the register and the key, the output of the second delay element is connected to the input of the third delay element and the second input of the register, the output of the first counter is connected to the control inputs of the first delay element and the information inputs of the register, the output of the lower level comparator is connected to the first input of the first th element 2I connected to the input of the second output generator of rectangular pulses, and the output high-level comparator is connected with the input of the first generator of rectangular pulses, a second output connected to the second input of the first element 2I.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых блоков: вторым и третьим элементами 2И, третьим формирователем прямоугольных импульсов, генератором тактовых импульсов, ключом, регистром и таймером. Comparative analysis with the prototype shows that the proposed device is characterized by the presence of new units: the second and third elements 2I, the third shaper of rectangular pulses, a clock generator, key, register and timer.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения скорости ультразвука; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие его работу. Figure 1 presents a functional diagram of a device for measuring the speed of ultrasound; figure 2 timing diagrams explaining his work.
Устройство для измерения скорости ультразвука содержит (фиг.1) генератор 1 зондирующих сигналов, пьезопреобразователь 2, излучающий ультразвуковые волны в исследуемый материал 3, усилитель 4, компаратор 5 высокого уровня, компаратор 6 низкого уровня, первый формирователь 7 прямоугольных импульсов, первый элемент 8, второй формирователь 9 прямоугольных импульсов, первый элемент 10 задержки, второй элемент 11 2И, ключ 12, генератор 13 тактовых импульсов, второй элемент 14 задержки, третий элемент 15 задержки, первый счетчик 16, второй счетчик 17, регистр 18, третий элемент 19 2И, таймер 20, третий формирователь 21 прямоугольных импульсов. A device for measuring the speed of ultrasound contains (Fig. 1) a
Сигнал с первого выхода генератора 1 зондирующих сигналов поступает на пьезопреобразователь 2 и на вход усилителя 4, выход которого соединен со входами компараторов 5 и 6. Со второго выхода генератора 1 зондирующих сигналов импульсы идут на вход внешнего запуска первого элемента 10 задержки. Вход первого формирователя 7 прямоугольных импульсов подключен к выходу компаратора 5 высокого уровня, а первый выход к второму входу первого элемента 8 2И, и второй выход к первому входу третьего элемента 19 2И. Выход компаратора 6 низкого уровня подключен к первому входу первого элемента 8 2И. Выход элемента 8 2И соединен с входом формирователя 9 прямоугольных импульсов, выход которого подключен к второму входу второго элемента 11 2И. Вход третьего формирователя 21 прямоугольных импульсов подсоединен к выходу задержанного сигнала элемента 10 задержки, а выход с первым входом элемента 11 и с вторым входом третьего элемента 19 2И. Выход второго элемента 11 2И соединен с первым управляющим входом ключа 12 и с входом второго элемента 14 задержки. Выход 14 элемента задержки подключен к входу элемента 15 задержки и к второму входу регистра 18, а выход элемента 15 задержки к второму управляющему входу ключа 12. Третьим входом ключ 12 соединен с выходом генератора 13 тактовых импульсов, а выходом с счетным входом счетчика 16. С выхода счетчика 16 сигналы поступают на информационные входы регистра 18 и на управляющие входы элемента 10 задержки. Первый вход регистра 18 подключен к выходу второго счетчика 17. Сигналы с таймера 20 идут на установочные входы регистра 18, первого и второго счетчиков 16, 17 и ключа 12. Выход третьего логического элемента 19 2И соединен с счетным входом счетчика 17. The signal from the first output of the
Устройство для измерения скорости ультразвука работает следующим образом. A device for measuring the speed of ultrasound works as follows.
С первого выхода генератора 1 зондирующих сигналов импульсы поступают на пьезоэлектрических преобразователь 2, излучающий в исследуемый материал 3 ультразвуковые импульсы. Ультразвуковые эхо-сигналы, поступающие на пьезопреобразователь 2, преобразуются в электрические сигналы и, пройдя усилитель 4 (фиг. 2а), поступают на входы компараторов 5 и 6 высокого и низкого уровня. Компаратор 5 высокого уровня срабатывает (фиг.2б) при достижении входным сигналом напряжения Uсм, большего по величине, чем амплитуда случайных помех и структурных акустических шумов. Компаратор 6 срабатывает при прохождении входным сигналом нулевого потенциала. Сигнал с выхода компаратора высокого уровня 5 поступает на вход первого формирователя 7 прямоугольных импульсов, формирующего на первом выходе сигналы длительностью τ1,, равной длительности отраженных импульсов (фиг.2в), а на втором выходе короткие импульсы по переднему фронту сигналов с его первого выхода (фиг.2г). С первого выхода формирователя 7 сигналы поступают на второй вход первого элемента 8 2И, на первый вход которого идут сигналы с выхода компаратора 6 низкого уровня. С выхода первого элемента 8 2И сигналы поступают на вход второго формирователя 9 прямоугольных импульсов, формирующего на выходе короткие импульсы в момент прохождения заднего фронта (фиг. 2д), которые идут на второй вход второго элемента 11. Опорные импульсы со второго выхода генератора 1 зондирующих сигналов поступают на вход внешнего запуска элемента 10 задержки. С выхода первого элемента 10 задержки задержанные на время τ′ импульсы (фиг.2е) приходят на вход формирователя 21 прямоугольных импульсов, формирующего на выходе короткие импульсы по переднему фронту (фиг.2ж), которые поступают на первый вход элемента 11 2И и на второй вход элемента 19 2И.From the first output of the
Изменение состояния счетчика 16 осуществляется сигналами с генератора 13 тактовых импульсов, поступающих через ключ 13 на счетный вход счетчика 16. The change in the state of the counter 16 is carried out by signals from the generator 13 clock pulses supplied through the key 13 to the counting input of the counter 16.
При увеличении числа, зафиксированного счетчиком 16, увеличивается время задержанного сигнала τ′ (фиг.2е). При совпадении сигналов со второго выхода первого формирователя 7 прямоугольных импульсов с задержанным сигналом с выхода третьего формирователя 21 прямоугольных импульсов на выходе третьего элемента 19 2И появляется импульс, поступающий на счетный вход второго счетчика 17. В момент совпадения сигнала с выхода второго формирователя 9 прямоугольных импульсов и сигнала с выхода формирователя 21 прямоугольных импульсов на выходе элемента 11 2И появляется сигнал, проходящий на первый управляющий вод ключа 12 и на вход элемента 14 задержки. Ключ 12 прекращает подачу импульсов с генератора 13 тактовых импульсов на счетчик 16. Элемент 14 задержки по импульсу с второго элемента 11 2И формирует импульс, поступающий на второй вход регистра 18 и на вход элемента 15 задержки. При поступлении этого сигнала на регистр 18 происходит запись информации с выхода первого счетчика 16, состояние которого определяет время первого периода в первом отраженном сигнале, и со счетчика 17, состояние которого определяет номер отраженного сигнала. С выхода элемента 15 задержки сигнал поступает на второй управляющий вход ключа 12, который открывается для прохождения через него сигналов с выхода генератора 13 тактовых импульсов на счетный вход счетчика 16. Заполнение счетчика 16 продолжается до следующего совпадения сигналов на входах второго элемента 11 2И с последующей записью состояния счетчиков 16, 17 в регистр 18. Сброс счетчиков 16, 17, ключа 12 и регистра 18 осуществляется по сигналу с выхода таймера 20. Таким образом, в регистре 18 фиксируются значения времени каждого периода τm в каждом К-м отраженном сигнале.With an increase in the number recorded by the counter 16, the delayed signal time τ ′ increases (FIG. 2e). If the signals from the second output of the first rectangular pulse shaper 7 coincide with the delayed signal from the output of the third rectangular pulse shaper 21 at the output of the third element 19 2I, a pulse arrives at the counting input of the second counter 17. At the moment of the coincidence of the signal from the output of the second rectangular pulse shaper 9 and the signal from the output of the shaper 21 of the rectangular pulses at the output of the
Время распространения ультразвуковых импульсов τ определяется из полученных данных через уравнение
где N максимальный номер отраженного эхо-сигнала;
mк количество синфазных точек в первом и К-м отраженных эхо-сигналах;
τki измеренные значения в К-м эхо-сигнале.The propagation time of ultrasonic pulses τ is determined from the obtained data through the equation
where N is the maximum number of the reflected echo;
m to the number of common-mode points in the first and K-th reflected echo signals;
τ ki measured values in the K-th echo signal.
Скорость распространения ультразвуковых волн определяется через измеренное время τ по формуле
где l длина акустического пути.The propagation velocity of ultrasonic waves is determined through the measured time τ by the formula
where l is the acoustic path length.
Таким образом, в предложенном устройстве за счет исключения дополнительных ошибок в измерении времени распространения ультразвука уменьшается погрешность оценки скорости ультразвука. Кроме того, за счет большего статистического объема, зафиксированного в регистре данных, о времени распространения всей совокупности отраженных ультразвуковых сигналов, существенно увеличивается точность измерения параметра. Thus, in the proposed device due to the elimination of additional errors in measuring the propagation time of ultrasound, the error in estimating the speed of ultrasound is reduced. In addition, due to the larger statistical volume recorded in the data register on the propagation time of the entire set of reflected ultrasonic signals, the measurement accuracy of the parameter significantly increases.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4870189 RU2069841C1 (en) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | Device measuring ultrasound velocity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4870189 RU2069841C1 (en) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | Device measuring ultrasound velocity |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2069841C1 true RU2069841C1 (en) | 1996-11-27 |
Family
ID=21538292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4870189 RU2069841C1 (en) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | Device measuring ultrasound velocity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2069841C1 (en) |
-
1990
- 1990-08-20 RU SU4870189 patent/RU2069841C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Криштел М.А и др. Электронная аппаратура ультразвуковых установок для исследования свойств твердого тела. - М.: Энергия, 1974, с.143. 2. Авторское свидетельство СССР N 1633292, кл. G 01 H 5/00, 1989. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Forgacs | Improvements in the Sing‐Around Technique for Ultrasonic Velocity Measurements | |
US3688565A (en) | Ultrasonic thickness gauge | |
US4134081A (en) | Clock circuit for use in pulse-echo ultrasonic defect testing | |
US3624712A (en) | Ultrasonic pulse echo thickness-measuring device | |
RU2069841C1 (en) | Device measuring ultrasound velocity | |
SU441510A1 (en) | Digital ultrasonic propagation velocity meter | |
SU734591A1 (en) | Sea wave parameter measuring device | |
SU1668936A1 (en) | Device for material ultrasonic check | |
SU1226302A1 (en) | Ultrasonic device for inspecting roughness of article surface | |
SU1268147A1 (en) | Ultrasonic doppler meter of circulation rate | |
SU1446469A1 (en) | Ultrasonic thickness meter | |
SU1633292A1 (en) | Device for measuring ultrasound speed | |
JP3099555B2 (en) | Stress measurement device | |
SU721746A1 (en) | Electromagnetic-acoustic thickness meter | |
JP2750120B2 (en) | Ultrasonic thickness measuring device | |
SU1430879A1 (en) | Ultrasonic device for material quality control | |
SU1193463A1 (en) | Ultrasonic thickness gauge | |
SU845084A1 (en) | Device for measuring ultrasound velocity in media | |
SU1142787A1 (en) | Device for measuring speed of ultrasonic vibrations in specimens | |
SU1116316A1 (en) | Ultrasonic referenceless thickness gauge | |
SU379832A1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE ULTRASOUND SPEED IN VARIOUS ELASTIC ENVIRONMENTS | |
SU413449A1 (en) | ||
SU1083071A2 (en) | Ultrasonic thickness meter | |
SU1064130A1 (en) | Referenceless ultrasonic thickness meter (its versions) | |
RU1820230C (en) | Device for measuring speed of propagation of ultrasonic oscillations |