RU2106625C1

RU2106625C1 - Device for ultrasonic test of materials and articles

Info

Publication number: RU2106625C1
Application number: RU96119283A
Authority: RU
Inventors: И.В. Соколов; А.В. Залеткин; В.К. Качанов; А.И. Питолин; В.П. Попко
Original assignee: Московский энергетический институт (Технический университет)
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-03-10

Abstract

FIELD: nondestructive testing by ultrasonic methods. SUBSTANCE: device has generator 1 of sinusoidal signals, former 2 of rectangular pulses, first generator 3 of pseudorandom code sequence, period former 4, first electron key 5, power amplifier 6, radiating converter 7, receiving converter 8, input amplifier 9 and first demodulator 10 connected in series electroacoustically and first demodulator 10, second demodulator 11. Generator 1 forms continuous harmonic oscillations with frequency P_c equal to working frequency of flaw detector. Former 2 of rectangular pulses forms continuous oscillations of "square wave" type that come to inputs of first 3 and second 22 formers of pseudorandom code sequences from harmonic signal. First 18 and second 23 inverters form inverse pseudorandom sequences. Four two-input AND circuits 19, 24, 26 and 28 form decoder creating four sequences of controlling signals arriving to first inputs of electron keys 20, 25, 27 and 29. Harmonic oscillations of same frequency differing by phase shift only come to their second inputs. Each of additional codes is filtered by optimal filters 15 and 16 matched to it. After this "compressed" signals are summed up by first adder 17 and are fed to indicator. EFFECT: improved operational characteristics of device thanks to increase of sensitivity and authenticity of test. 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технике неразрушающих испытаний ультразвуковыми методами и может быть использовано в различных областях машиностроения для контроля материалов и изделий, преимущественно крупногабаритных и с большим затуханием ультразвука. The invention relates to the technique of non-destructive testing by ultrasonic methods and can be used in various fields of engineering to control materials and products, mainly large-sized and with a large attenuation of ultrasound.

Известно устройство ультразвукового контроля, состоящее из генератора зондирующих импульсов, электроакустического преобразователя, входного усилителя и устройства индикации [1]. A device for ultrasonic testing, consisting of a probe pulse generator, electro-acoustic transducer, input amplifier and display device [1].

Недостатком данного устройства является низкая пороговая чувствительность контроля, обусловленная ограниченной импульсной мощностью генератора зондирующих импульсов. Повышение чувствительности возможно за счет увеличения длительности зондирующего сигнала и, соответственно, его энергии и адекватной потери в разрешающей способности. The disadvantage of this device is the low threshold sensitivity of the control due to the limited pulse power of the probe pulse generator. An increase in sensitivity is possible due to an increase in the duration of the probe signal and, accordingly, its energy and an adequate loss in resolution.

Наиболее близким по технической сущности является устройство ультразвукового контроля материалов и изделий, которое содержит последовательно соединенные генератор синусоидальных сигналов, формирователь прямоугольных импульсов, генератор псевдослучайной кодовой последовательности, формирователь периода последовательности, аналоговый ключ, усилитель мощности и излучающий преобразователь, балансный модулятор, первым входом подключенный к генератору синусоидальных сигналов, вторым - к второму входу генератора псевдослучайной кодовой последовательности, выходом - к управляющему входу аналогового ключа, последовательно соединенный входной усилитель, демодулятор, фильтр низких частот и оптимальный фильтр и измеритель временных интервалов, входной преобразователь, соединенный с входным усилителем, подключенные к выходу усилителя последовательно соединенные вторые демодулятор, фильтр низких частот, оптимальные фильтры, сумматор, входами подключенный к выходам оптимальных фильтров, а выход которого является выходом устройства, фазовращатель, входом подключенный к выходу генератора синусоидальных сигналов, выходом - к второму входу второго демодулятора, и блок питания [2]. The closest in technical essence is the device for ultrasonic testing of materials and products, which contains a serially connected sinusoidal signal generator, a rectangular pulse generator, a pseudo-random code sequence generator, a sequence period generator, an analog switch, a power amplifier and a radiating converter, a balanced modulator connected to the first input to sinusoidal signal generator, the second to the second input of the pseudo-random code generator of the sequence, the output is to the control input of the analog key, a series-connected input amplifier, a demodulator, a low-pass filter and an optimal filter and a time meter, an input converter connected to an input amplifier, a second demodulator, a low-pass filter connected to the output of the amplifier, optimal filters, adder connected to the outputs of the optimal filters, the output of which is the output of the device, phase shifter, input connected to the output of the sinusoidal signal generator, the output to the second input of the second demodulator, and the power supply [2].

Данное устройство вследствие применения в качестве зондирующего сложномодулированного высокоэнергетичного сигнала с хорошими корреляционными свойствами обладает высокой пороговой чувствительностью, а следовательно, и высокой помехоустойчивостью при сохранении высокой разрешающей способности. This device, due to the use of a highly modulated high-energy signal as a sounding probe with good correlation properties, has a high threshold sensitivity and, therefore, high noise immunity while maintaining high resolution.

Однако при формировании фазоманипулированного сигнала методом бифазной модуляции амплитудный спектр зондирующего сигнала в частотной области занимает чрезмерно широкую полосу частот, в два и более раза превышающую, в случае применения многофазной модуляции, полосу, достаточную для обеспечения требуемой разрешающей способности. Следствием этого является необходимость использования чрезмерно широкополосного электроакустического преобразователя с низким значением коэффициента электромеханического преобразования, а применение высокоэнергетичных фазоманипулированных сигналов целесообразно прежде всего для контроля изделий из материалов с большим затуханием ультразвука. Известно в [3] , что в ультразвуковой дефектоскопии большую роль, отрицательно влияющую на качество контроля, играет чрезвычайно сильная зависимость затухания ультразвука от частоты, достигающая 100 дБ и более на октаву, что вызывает сильную зависимость формы эхо-сигнала как от значения коэффициента затухания, так и от глубины расположения дефекта, т.е. оптимальные фильтры в квадратурных каналах перестают быть согласованными, отношение сигнал/шум по сравнению с теоретически возможным уменьшается, искажается форма "сжатого" сигнала, что в свою очередь уменьшает чувствительность и достоверность контроля. However, when a phase-shifted signal is generated by the biphasic modulation method, the amplitude spectrum of the probing signal in the frequency domain occupies an excessively wide frequency band, two or more times greater than, in the case of multiphase modulation, a band sufficient to provide the required resolution. The consequence of this is the need to use an excessively broadband electro-acoustic transducer with a low value of the coefficient of electromechanical conversion, and the use of high-energy phase-manipulated signals is advisable primarily for monitoring products from materials with high attenuation of ultrasound. It is known in [3] that in ultrasonic flaw detection a large role that negatively affects the quality of control is played by an extremely strong dependence of the attenuation of ultrasound on the frequency, reaching 100 dB or more per octave, which causes a strong dependence of the shape of the echo signal on the attenuation coefficient, and from the depth of the defect, i.e. the optimal filters in the quadrature channels cease to be consistent, the signal-to-noise ratio, in comparison with theoretically possible, decreases, the shape of the “compressed” signal is distorted, which in turn reduces the sensitivity and reliability of the control.

Указанные недостатки ухудшают эксплуатационные характеристики и ограничивают область применения известного технического решения, принятого в качестве прототипа. These shortcomings worsen operational characteristics and limit the scope of the known technical solutions adopted as a prototype.

Техническая задача изобретения направлена на улучшение эксплуатационных характеристик устройства за счет повышения чувствительности и достоверности контроля. The technical task of the invention is aimed at improving the operational characteristics of the device by increasing the sensitivity and reliability of the control.

Задача достигается тем, что известное устройство ультразвукового контроля материалов и изделий, содержащее электроакустически последовательно соединенные генератор синусоидальных сигналов, формирователь прямоугольных импульсов, первый генератор псевдослучайной кодовой последовательности, формирователь периода, первый электронный ключ, усилитель мощности, излучающий преобразователь, приемный преобразователь, входной усилитель и первый демодулятор, второй демодулятор, первым входом соединенный с выходом входного усилителя, первый фазовращатель, входом соединенный с выходом генератора синусоидальных сигналов, первый и второй фильтры низких частот, первый и второй оптимальные фильтры, первый сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго оптимального фильтров, а выход является выходом устройства, снабжено последовательно соединенными первым инвертором, входом соединенным с выходом первого генератора псевдослучайной кодовой последовательности, первой схемой И, вторым электронным ключом и вторым сумматором, последовательно соединенными вторым генератором псевдослучайной кодовой последовательности, вход которого соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, и вторым инвертором, выход которого соединен с вторым входом первой схемы И, последовательно соединенными второй схемой И, второй вход которой соединен с выходом второго генератора псевдослучайной кодовой последовательности, и третьим электронным ключом, включенными между выходом первого инвертора и вторым входом второго сумматора, последовательно соединенными третьей схемой И, второй вход которой соединен с выходом первого генератора псевдослучайной кодовой последовательности, и четвертым электронным ключом, включенными между выходом второго инвертора и третьим входом второго сумматора, последовательно соединенными четвертой схемой И, второй вход которой соединен с выходом первого генератора псевдослучайной кодовой последовательности, и пятым электронным ключом, включенными между выходом второго генератора псевдослучайной кодовой последовательности и четвертым входом второго сумматора, последовательно соединенными вторым фазовращателем, вход которого соединен с выходом первого фазовращателя, и третьим фазовращателем, вторые входы второго электронного ключа, третьего электронного ключа, четвертого электронного ключа и пятого электронного ключа соединены соответственно с выходами первого фазовращателя, третьего фазовращателя, второго фазовращателя и генератора синусоидальных сигналов, последовательно соединенными четвертым управляемым фазовращателем, вход которого соединен с выходом генератора синусоидальных сигналов, пятым фазовращателем, шестым фазовращателем и седьмым фазовращателем, первым и вторым детекторами, включенными между соответственно выходами первого и второго демодуляторов и входами первого и второго фильтров низких частот, последовательно соединенными третьим инвертором, вход которого соединен с выходом первого фильтра низких частот и третьим сумматором, выход которого соединен с входом первого оптимального фильтра, последовательно соединенными четвертым инвертором, вход которого соединен с выходом второго фильтра низких частот и четвертым сумматором, выход которого подключен к входу второго оптимального фильтра, последовательно соединенными третьим демодулятором, вход которого соединен с выходом входного усилителя, третьим детектором, третьим фильтром низких частот и пятым инвертором, выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого сумматоров, последовательно соединенными четвертым демодулятором, вход которого соединен с выходом входного усилителя, четвертым детектором и четвертым фильтром низких частот, выход которого соединен с третьими входами третьего и четвертого сумматоров, выход четвертого управляемого фазовращателя соединен с вторым входом четвертого демодулятора, выход пятого фазовращателя соединен с вторым входом третьего демодулятора, выход шестого фазовращателя соединен с вторым входом второго демодулятора, выход седьмого фазовращателя соединен с вторым входом первого демодулятора, четвертый вход третьего сумматора соединен с выходом второго фильтра низких частот, а четвертый вход четвертого сумматора соединен с выходом первого фильтра низких частот. The objective is achieved by the fact that the known device for ultrasonic testing of materials and products, containing electro-acoustically connected sinusoidal signal generator, a rectangular pulse generator, a first pseudorandom code sequence generator, a period generator, a first electronic key, a power amplifier, a radiating transducer, a receiving transducer, an input amplifier and the first demodulator, the second demodulator, the first input connected to the output of the input amplifier, first the first phase shifter, connected to the output of the sinusoidal signal generator by the input, the first and second low-pass filters, the first and second optimal filters, the first adder, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first and second optimal filters, and the output is the output of the device connected by a first inverter, an input connected to the output of the first pseudo-random code sequence generator, the first AND circuit, the second electronic key and the second adder, last interconnected by a second pseudo-random code sequence generator, the input of which is connected to the output of the square-wave pulse generator, and a second inverter, whose output is connected to the second input of the first AND circuit, serially connected by the second AND circuit, the second input of which is connected to the output of the second pseudo-random code sequence generator, and a third electronic key connected between the output of the first inverter and the second input of the second adder, connected in series to the third circuit oh And, the second input of which is connected to the output of the first generator of the pseudo-random code sequence, and the fourth electronic key connected between the output of the second inverter and the third input of the second adder, serially connected by the fourth circuit And, the second input of which is connected to the output of the first generator of the pseudo-random code sequence, and a fifth electronic key included between the output of the second pseudo-random code sequence generator and the fourth input of the second adder, tightly connected by the second phase shifter, the input of which is connected to the output of the first phase shifter, and the third phase shifter, the second inputs of the second electronic key, the third electronic key, the fourth electronic key and the fifth electronic key are connected respectively to the outputs of the first phase shifter, third phase shifter, second phase shifter and sinusoidal signal generator connected in series by a fourth controllable phase shifter, the input of which is connected to the output of the sinusoidal signal generator, clear phase shifter, sixth phase shifter and seventh phase shifter, first and second detectors connected between respectively the outputs of the first and second demodulators and the inputs of the first and second low-pass filters, connected in series with the third inverter, the input of which is connected to the output of the first low-pass filter and the third adder, output which is connected to the input of the first optimal filter in series with the fourth inverter, the input of which is connected to the output of the second low-pass filter the fourth adder, the output of which is connected to the input of the second optimal filter, connected in series with the third demodulator, the input of which is connected to the output of the input amplifier, the third detector, the third low-pass filter and the fifth inverter, the output of which is connected to the second inputs of the third and fourth adders in series with the fourth a demodulator, the input of which is connected to the output of the input amplifier, a fourth detector and a fourth low-pass filter, the output of which is connected to the third the inputs of the third and fourth adders, the output of the fourth controlled phase shifter is connected to the second input of the fourth demodulator, the output of the fifth phase shifter is connected to the second input of the third demodulator, the output of the sixth phase shifter is connected to the second input of the second demodulator, the output of the seventh phase shifter is connected to the second input of the first demodulator, the fourth input of the third the adder is connected to the output of the second low-pass filter, and the fourth input of the fourth adder is connected to the output of the first low-pass filter.

На фиг.1 показан вид бифазномодулированного сигнала; на фиг.2 приведена огибающая амплитудного спектра сигнала при бифазной (а) и четырехфазной (б) модуляции; на фиг.3 представлена структурная схема устройства ультразвукового контроля материалов и изделий; на фиг.4 показаны временные диаграммы в различных точках передающего тракта; на фиг.5 приведены временные диаграммы сигналов в различных точках приемного тракта. Figure 1 shows a view of a biphasic modulated signal; figure 2 shows the envelope of the amplitude spectrum of the signal during biphasic (a) and four-phase (b) modulation; figure 3 presents a structural diagram of a device for ultrasonic testing of materials and products; figure 4 shows the timing diagrams at various points of the transmission path; figure 5 shows the timing diagrams of signals at various points of the receiving path.

Устройство ультразвукового контроля материалов и изделий содержит электроакустически последовательно соединенные генератор 1 синусоидальных сигналов, формирователь 2 прямоугольных импульсов, первый генератор 3 псевдослучайной кодовой последовательности, формирователь 4 периода, первый электронный ключ 5, усилитель 6 мощности, излучающий преобразователь 7, приемный преобразователь 8, входной усилитель 9 и первый демодулятор 10, второй демодулятор 11, первым входом соединенный с выходом входного усилителя 9, первый фазовращатель 12, входом соединенный с выходом генератора 1 синусоидальных сигналов, первый 13 и второй 14 фильтры низких частот, первый 15 и второй 16 оптимальные фильтры, первый сумматор 17, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого 15 и второго 16 оптимального фильтров, а выход является выходом устройства, последовательно соединенные первый инвертор 18, входом соединенный с выходом первого генератора 3 псевдослучайной кодовой последовательности, первую схему И 19, второй электронный ключ 20 и второй сумматор 21, последовательно соединенные второй генератор 22 псевдослучайной кодовой последовательности, вход которого соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов 2, и второй инвертор 23, выход которого соединен с вторым входом первой схемы И 19, последовательно соединенные вторую схему И 24, второй вход которой соединен с выходом второго генератора 22 псевдослучайной кодовой последовательности, и третий электронный ключ 25, включенные между выходом первого инвертора 18 и вторым входом второго сумматора 21, последовательно соединенные третью схему И 26, второй вход которой соединен с выходом первого генератора 3 псевдослучайной кодовой последовательности, и четвертый электронный ключ 27, включенные между выходом второго инвертора 23 и третьим входом второго сумматора 21, последовательно соединенные четвертую схему И 28, второй вход которой соединен с выходом первого генератора 3 псевдослучайной кодовой последовательности, и пятый электронный ключ 29, включенные между выходом второго генератора псевдослучайной кодовой последовательности и четвертым входом второго сумматора 21, последовательно соединенные второй фазовращатель 30, вход которого соединен с выходом первого фазовращателя 12, и третий фазовращатель 31, вторые входы второго электронного ключа 20, третьего электронного ключа 25, четвертого электронного ключа 27 и пятого электронного ключа 29 соединены соответственно с выходами первого фазовращателя 12, третьего фазовращателя 31, второго фазовращателя 30 и генератора синусоидальных сигналов 1, последовательно соединенные четвертый управляемый фазовращатель 32, вход которого соединен с выходом генератора 1 синусоидальных сигналов, пятый фазовращатель 33, шестой фазовращатель 34 и седьмой фазовращатель 35, первый 36 и второй 37 детектор, включенные между соответственно выходами первого 10 и второго 11 демодуляторов и входами первого 13 и второго 14 фильтров низких частот, последовательно соединенные третий инвертор 38, вход которого соединен с выходом первого фильтра 13 низких частот и третий сумматор 39, выход которого соединен с входом первого оптимального фильтра 15, последовательно соединенные четвертый инвертор 40, вход которого соединен с выходом второго фильтра низких частот 14, четвертый сумматор 48, выход которого подключен к входу второго оптимального фильтра 16, последовательно соединенные третий демодулятор 41, вход которого соединен с выходом входного усилителя 9, третий детектор 42, третий фильтр 43 низких частот и пятый инвертор 44, выход которого соединен с вторыми входами третьего 39 и четвертого 48 сумматоров, последовательно соединенные четвертый демодулятор 45, вход которого соединен с выходом входного усилителя 9, четвертый детектор 46 и четвертый фильтр 47 низких частот, выход которого соединен с третьими входами третьего 39 и четвертого 48 сумматоров, выход четвертого управляемого фазовращателя 34 соединен с вторым входом четвертого демодулятора 45, выход пятого фазовращателя 33 соединен с вторым входом третьего демодулятора 41, выход шестого фазовращателя 34 соединен с вторым входом второго демодулятора 11, выход седьмого фазовращателя 35 соединен с вторым входом первого демодулятора 10, четвертый вход третьего сумматора 39 соединен с выходом второго фильтра низких частот, а четвертый вход четвертого сумматора 48 соединен с выходом первого фильтра низких частот 13. The device for ultrasonic testing of materials and products contains electro-acoustically connected sinusoidal signal generator 1, a rectangular pulse shaper 2, a first pseudo-random code sequence generator 3, a period shaper 4, a first electronic key 5, a power amplifier 6, a transmitting transducer 7, a receiving transducer 7, an input amplifier 9 and the first demodulator 10, the second demodulator 11, the first input connected to the output of the input amplifier 9, the first phase shifter 12, the input with United with the output of the generator 1 of the sinusoidal signals, the first 13 and second 14 low-pass filters, the first 15 and second 16 optimal filters, the first adder 17, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first 15 and second 16 optimal filters, and the output is the output devices connected in series to the first inverter 18, connected to the output of the first pseudo-random code sequence generator 3, the first circuit AND 19, the second electronic key 20 and the second adder 21, connected in series e the second generator 22 of the pseudo-random code sequence, the input of which is connected to the output of the square-wave pulse generator 2, and the second inverter 23, the output of which is connected to the second input of the first circuit And 19, the second circuit And 24 is connected in series, the second input of which is connected to the output of the second generator 22 a pseudo-random code sequence, and a third electronic key 25, connected between the output of the first inverter 18 and the second input of the second adder 21, sequentially connected to the third circuit And 26, the second input of which oh connected to the output of the first generator 3 of the pseudo-random code sequence, and the fourth electronic key 27, connected between the output of the second inverter 23 and the third input of the second adder 21, sequentially connected to the fourth circuit And 28, the second input of which is connected to the output of the first generator 3 of the pseudo-random code sequence, and a fifth electronic key 29 connected between the output of the second pseudo-random code sequence generator and the fourth input of the second adder 21 are connected in series the second phase shifter 30, the input of which is connected to the output of the first phase shifter 12, and the third phase shifter 31, the second inputs of the second electronic key 20, the third electronic key 25, the fourth electronic key 27 and the fifth electronic key 29 are connected respectively to the outputs of the first phase shifter 12, the third phase shifter 31 , a second phase shifter 30 and a sinusoidal signal generator 1, connected in series to a fourth controllable phase shifter 32, the input of which is connected to the output of a sinusoidal signal generator 1, fifth phase shifter 33, sixth phase shifter 34 and seventh phase shifter 35, first 36 and second 37 detector, connected between respectively the outputs of the first 10 and second 11 demodulators and the inputs of the first 13 and second 14 low-pass filters, connected in series to the third inverter 38, the input of which is connected to the output the first low-pass filter 13 and the third adder 39, the output of which is connected to the input of the first optimal filter 15, the fourth inverter 40, the input of which is connected to the output of the second low-pass filter 14, is connected in series the fourth adder 48, the output of which is connected to the input of the second optimal filter 16, serially connected to the third demodulator 41, the input of which is connected to the output of the input amplifier 9, the third detector 42, the third low-pass filter 43 and the fifth inverter 44, the output of which is connected to the second inputs of the third 39 and the fourth 48 adders connected in series to the fourth demodulator 45, the input of which is connected to the output of the input amplifier 9, the fourth detector 46 and the fourth low-pass filter 47, the output of which is connected to the third inputs the third 39 and fourth 48 adders, the output of the fourth controlled phase shifter 34 is connected to the second input of the fourth demodulator 45, the output of the fifth phase shifter 33 is connected to the second input of the third demodulator 41, the output of the sixth phase shifter 34 is connected to the second input of the second demodulator 11, the output of the seventh phase shifter 35 is connected with the second input of the first demodulator 10, the fourth input of the third adder 39 is connected to the output of the second low-pass filter, and the fourth input of the fourth adder 48 is connected to the output of the first filter low frequencies 13.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Генератор 1 синусоидальных сигналов формирует непрерывные гармонические колебания с частотой F_н равной рабочей частоте дефектоскопа. Формирователь 2 прямоугольных импульсов формирует из гармонического сигнала непрерывные колебания типа "меандр", которые поступают на входы первого 3 и второго 22 формирователей псевдослучайных кодовых последовательностей. Так как периоды повторения псевдослучайных последовательностей, формируемых первым и вторым формирователями, равны, то формирователъ 4 периода, определяющий период следования зондирующих импульсов и подключенный к выходу первого формирователя 3, может быть подключен и к выходу второго формирователя 22. Работоспособность устройства при этом не нарушится. Первый 18 и второй 23 инверторы формируют инверсные псевдослучайные последовательности. Четыре двухвходовых схемы И 19, 24, 26 и 28 образуют кодер, формирующий четыре последовательности управляющих сигналов, поступающих на первые входы электронных ключей 20, 25, 27 и 29, на вторые входы которых поступают гармонические колебания одинаковой частоты, и отличающиеся лишь относительным фазовым сдвигом с шагом 900. Фрагменты фазоманипулированного сигнала с выходов электронных ключей 20, 25, 27 и 29 собираются воедино вторым сумматором 21, на входы которого они поступают. Первый электронный ключ 5, управляемый импульсами с выхода формирователя 4 периода, формирует импульсный четырехфазный фазоманипулированный сигнал, который после соответствующего усиления усилителем 6 мощности возбуждает излучающий преобразователь 7.Generator 1 of sinusoidal signals generates continuous harmonic oscillations with a frequency F _n equal to the working frequency of the flaw detector. The rectangular pulse shaper 2 generates continuous meander oscillations from the harmonic signal, which are fed to the inputs of the first 3 and second 22 pseudorandom code sequence shapers. Since the repetition periods of the pseudorandom sequences generated by the first and second shapers are equal, then the shaper 4 periods, which determines the period of the probing pulses and connected to the output of the first shaper 3, can be connected to the output of the second shaper 22. The device’s performance will not be affected. The first 18 and second 23 inverters form inverse pseudo-random sequences. Four two-input circuits And 19, 24, 26 and 28 form an encoder that generates four sequences of control signals received at the first inputs of electronic keys 20, 25, 27 and 29, the second inputs of which receive harmonic oscillations of the same frequency, and differing only in relative phase shift with a step of 900. Fragments of the phase-shifted signal from the outputs of the electronic keys 20, 25, 27 and 29 are assembled together by the second adder 21, to the inputs of which they arrive. The first electronic switch 5, controlled by pulses from the output of the period former 4, generates a pulsed four-phase phase-shifted signal, which, after corresponding amplification by the power amplifier 6, excites the radiating converter 7.

Принимаемые ультразвуковые сигналы, преобразованные приемным преобразователем 8, после усиления входным усилителем 9 поступают на входы первого 10, второго 11, третьего 41 и четвертого 45 демодуляторов, на вторые входы которых поступают опорные гармонические сигналы одинаковой частоты F_н, отличающиеся относительным фазовым сдвигом (фазовый сдвиг последовательно нарастает и принимает значения 00, 900, 1800 и 2700) и формируемые соответственно фазовращателями 32, 33, 34 и 35. Управляемый фазовращатель 32 позволяет подобрать требуемое соотношение фаз несущей сложномодулированного эхо-сигнала и опорных гармонических сигналов. После выделения детекторами 36, 37, 42 и 46 из последовательности демодулированных псевдослучайных сигналов импульсов положительной полярности и фильтрации огибающей фильтрами 13, 14, 43 и 47 низких частот последовательности видеоимпульсов в каждом из четырех каналов поступают на входы инверторов 38, 40 и 44, третьего 39 и четвертого 48 сумматоров, которые образуют демодулятор, выделяющий исходные псевдослучайные последовательности в виде дополнительных кодов. Каждый из дополнительных кодов фильтруется согласованным с ним оптимальным фильтром 15 и 16, после чего "сжатые" сигналы суммируются первым сумматором 17, с выхода которого сигнал может быть подан на индикатор (на фиг.3 не показан).Received ultrasonic signals converted by the receiving transducer 8, after amplification by the input amplifier 9, are supplied to the inputs of the first 10, second 11, third 41 and fourth 45 demodulators, the second inputs of which receive reference harmonic signals of the same frequency F _n , differing in relative phase shift (phase shift sequentially increases and takes values 00, 900, 1800 and 2700) and formed respectively by phase shifters 32, 33, 34 and 35. The controlled phase shifter 32 allows you to select the desired phase ratio ditches of a complex modulated echo signal and reference harmonic signals. After detectors 36, 37, 42, and 46 extract pulses of positive polarity from the sequence of demodulated pseudo-random signals and filter the envelope with low-pass filters 13, 14, 43, and 47, the sequences of video pulses in each of the four channels are fed to the inverters 38, 40, 44, and third 39 and the fourth 48 adders, which form a demodulator that extracts the original pseudo-random sequences in the form of additional codes. Each of the additional codes is filtered by the optimal filter 15 and 16 matched with it, after which the “compressed” signals are summed by the first adder 17, from the output of which the signal can be sent to an indicator (not shown in FIG. 3).

Известно, что увеличение числа фаз у фазоманипулированного колебания уменьшает в такое же количество раз ширину амплитудного спектра при сохранении длительности элементарного импульса модулирующей последовательности, как показано на фиг.2[4]. Однако непременным условием уменьшения ширины спектра является отсутствие изменения фазы на протяжении всей длительности сигнала на угол, больший чем 90 град (для четырехфазного фазоманипулированного сигнала). Появление скачков фазы, равных 180 град, приводит к пропорциональному расширению спектра. Для формирования четырехфазного сигнала выбирают две двоичных последовательности одинаковой длины и каждой комбинации двоичных нулей или единиц на соответствующей позиции в первой и второй последовательности, присваивают определенное значение фазы в соответствии с заданной наперед таблицей истинности, которую конструируют исходя из условия отсутствия 180 градусных скачков фазы. Использование нами в качестве модулирующих последовательностей пары дополнительных кодов Фрэнка позволяет кроме уменьшения ширины амплитудного спектра использовать еще одно их замечательное свойство: равенство нулю временных боковых лепестков суммы автокорреляционных функций дополнительных кодов. На фиг.4 на диаграммах 1 и 2 показаны первая и вторая дополнительные псевдослучайные последовательности длиной 8 элементарных импульсов каждая, на диаграммах 3 и 4 - автокорреляционные функции каждой, а на диаграмме 5 - сумма их автокорреляционных функций. В таблице показана возможная таблица истинности, ставящая в соответствие определенной комбинации логических нулей и единиц в первой и второй псевдослучайной последовательности (ПСП) значение фазы несущей. It is known that an increase in the number of phases of a phase-shift oscillation reduces the width of the amplitude spectrum by the same number of times while maintaining the duration of the elementary pulse of the modulating sequence, as shown in Fig. 2 [4]. However, an indispensable condition for reducing the width of the spectrum is the absence of a phase change over the entire duration of the signal by an angle greater than 90 degrees (for a four-phase phase-shifted signal). The appearance of phase jumps equal to 180 deg leads to a proportional expansion of the spectrum. To generate a four-phase signal, two binary sequences of the same length and each combination of binary zeros or ones at the corresponding position in the first and second sequence are selected, a certain phase value is assigned in accordance with the truth table set in advance, which is constructed based on the condition of the absence of 180 degree phase jumps. Using as a modulating sequence a pair of additional Frank codes, in addition to reducing the width of the amplitude spectrum, we can use one more of their remarkable property: the time side lobes of the sum of the autocorrelation functions of the additional codes equal to zero. Figure 4 in diagrams 1 and 2 shows the first and second additional pseudo-random sequences of 8 elementary pulses each, in diagrams 3 and 4 - autocorrelation functions of each, and in diagram 5 - the sum of their autocorrelation functions. The table shows a possible truth table that maps a certain combination of logical zeros and ones in the first and second pseudorandom sequence (PSP) to the carrier phase value.

Выбор в соответствии с таблицей истинности одной из четырех возможных комбинаций осуществляется схемами И 19, 24, 26 и 28, которые вместе образуют кодер. При совпадении логических единиц на первом и втором входе одной из схем И, положительный импульс на выходе открывает один из четырех электронных ключей 20, 25, 27 и 29, который в свою очередь пропускает на выход фрагмент несущей с определенным значением фазы. Временные диаграммы импульсных последовательностей на выходах схем И 19, 24, 26 и 28 приведены соответственно на диаграммах 6-8 фиг.4. Фрагменты синусоид, отличающихся значением фазы на выходах электронных ключей 20, 25, 27 и 29, приведены соответственно на диаграммах 10-13 фиг.4, а диаграмме 14 - сигнал на выходе усилителя 6 мощности. The choice in accordance with the truth table of one of the four possible combinations is carried out by schemes I 19, 24, 26 and 28, which together form an encoder. If logical units coincide at the first and second input of one of the AND circuits, a positive pulse at the output opens one of the four electronic keys 20, 25, 27 and 29, which in turn passes a fragment of the carrier with a certain phase value to the output. Timing diagrams of pulse sequences at the outputs of circuits And 19, 24, 26 and 28 are shown respectively in diagrams 6-8 of figure 4. Fragments of sinusoids that differ in phase value at the outputs of electronic keys 20, 25, 27 and 29 are shown in diagrams 10–13 of FIG. 4, respectively, and diagram 14 shows the signal at the output of power amplifier 6.

Принятый приемным преобразователем 8 эхо-сигнал после усиления входным усилителем 9 поступает на входы первого 10, второго 11, третьего 41 и четвертого 45 демодуляторов, которые могут быть выполнены на базе четырехквадрантных аналоговых перемножителей. На временной диаграмме 1 фиг. 5 показан входной сигнал с произвольными амплитудой и начальной фазой. Временные диаграммы 2 - 5 фиг. 5 представляют опорные сигналы единичной амплитуды и относительным фазовым сдвигом, нарастающим с шагом 900. После соответствующего выбора относительного фазового сдвига у принятого эхо-сигнала и опорного сигнала в канале 00, осуществляемого перестройкой управляемого фазовращателя 32 (как показано на диаграмме 2 фиг. 5), в каждом из четырех каналов приемного тракта детекторами положительных амплитуд выделяются импульсы положительной полярности, соответствующие той или иной комбинации двоичных символов в соответствии с таблицей. Эти импульсы декодируются дешифратором, образованным инверторами 38, 40, 44 и сумматорами 39 и 48. После дешифрации на выходе последних формируются две дополнительные, псевдослучайные последовательности, которые фильтруются соответствующими оптимальными фильтрами 15 и 16. Сжатые сигналы суммируются сумматором 17 и поступают на вход индикатора. Accepted by the receiving transducer 8, the echo signal after amplification by the input amplifier 9 is fed to the inputs of the first 10, second 11, third 41 and fourth 45 demodulators, which can be performed on the basis of four-quadrant analog multipliers. In the timing diagram 1 of FIG. 5 shows an input signal with arbitrary amplitude and initial phase. Timing diagrams 2-5 of FIG. 5 represent reference signals of unit amplitude and a relative phase shift increasing in increments of 900. After appropriate selection of the relative phase shift of the received echo signal and the reference signal in channel 00, carried out by tuning the controlled phase shifter 32 (as shown in diagram 2 of Fig. 5), in each of the four channels of the receiving path, detectors of positive amplitudes emit pulses of positive polarity corresponding to a particular combination of binary symbols in accordance with the table. These pulses are decoded by a decoder formed by inverters 38, 40, 44 and adders 39 and 48. After decryption, the latter generates two additional pseudorandom sequences, which are filtered by the corresponding optimal filters 15 and 16. The compressed signals are summed by adder 17 and fed to the indicator input.

Источники информации. Sources of information.

1. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. - М.: Машиностроение. 1981, с. 95. 1. Ermolov I.N. Theory and practice of ultrasonic testing. - M.: Mechanical Engineering. 1981, p. 95.

2. Авторское свидетельство N 1397830, кл G 01 N 29/04. Б.И.N 19, 1988 (прототип). 2. Copyright certificate N 1397830, class G 01 N 29/04. B.I.N. 19, 1988 (prototype).

3. Качанов В.К. Применение методов оптимальной фильтрации сигналов при ультразвуковом контроле полимерных композиционных материалов / Тр.Моск. энерг. ин-та, 1991, вып.642
4. Диксон Р.К. Широкополосные системы: Перев. с англ. /Под ред. В.И.Журавлева.-М.: Связь, 1979.3. Kachanov V.K. Application of methods for optimal filtering of signals during ultrasonic testing of polymer composite materials / Tr. Mosk. energ Institute, 1991, issue 642
4. Dickson R.K. Broadband systems: Transfer. from English / Ed. V.I. Zhuravleva.-M.: Communication, 1979.

Claims

A device for ultrasonic testing of materials and products containing electro-acoustically connected in series a sinusoidal signal generator, a rectangular pulse shaper, a first pseudo-random code sequence generator, a period shaper, a first electronic key, a power amplifier, a radiating converter, a receiving transducer, an input amplifier and a first demodulator, a second demodulator, the first input connected to the output of the input amplifier, the first phase shifter, the input connected to the output of the sinusoidal signal generator, the first and second low-pass filters, the first and second optimal filters, the first adder, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first and second optimal filters, and the output is the output of the device, characterized in that it is equipped with series-connected the first inverter, the input connected to the output of the first pseudo-random code sequence generator, the first AND circuit, the second electronic key and the second adder connected to w the first input of the first electronic key, connected in series with the second pseudo-random code sequence generator, the input of which is connected to the output of the square-wave pulse generator and the second inverter, the output of which is connected to the second input of the first circuit And, connected in series to the second circuit And, the second input of which is connected to the output of the second generator pseudo-random code sequence, and a third electronic key connected between the output of the first inverter and the second input of the second adder sequentially connected by a third AND circuit, the second input of which is connected to the output of the first pseudo-random code sequence generator and a fourth electronic key connected between the output of the second inverter and the third input of the second adder, sequentially connected by a fourth And circuit, the second input of which is connected to the output of the first pseudo-random code generator sequence, and the fifth electronic key included between the output of the second generator of the pseudo-random code sequence and the second input of the second adder, connected in series with the second phase shifter, the input of which is connected to the output of the first phase shifter and the third phase shifter, the second inputs of the second electronic key, third electronic key, fourth electronic key and fifth electronic key are connected respectively to the outputs of the first phase shifter, third phase shifter, second phase shifter and a sinusoidal signal generator connected in series to a fourth controllable phase shifter, the input of which is connected to the sinusoidal signal generator, the fifth phase shifter, the sixth phase shifter and the seventh phase shifter, the first and second detectors connected between respectively the outputs of the first and second demodulators and the inputs of the first and second low-pass filters, connected in series with the third inverter, the input of which is connected to the output of the first low-pass filter , and a third adder, the output of which is connected to the input of the first optimal filter, connected in series to the fourth inverter, the input of which is connected is connected with the output of the second low-pass filter, and the fourth adder, the output of which is connected to the input of the second optimal filter, connected in series with the third demodulator, the input of which is connected to the output of the input amplifier, the third detector, the third low-pass filter and the fifth inverter, the output of which is connected to the second the inputs of the third and fourth adders connected in series with the fourth demodulator, the input of which is connected to the output of the input amplifier, the fourth detector and the fourth filter are low x frequency, the output of which is connected to the third inputs of the third and fourth adders, the output of the fourth controlled phase shifter is connected to the second input of the fourth demodulator, the output of the fifth phase shifter is connected to the second input of the third demodulator, the output of the sixth phase shifter is connected to the second input of the second demodulator, the output of the seventh phase shifter is connected to the second input of the first demodulator, the fourth input of the fourth adder is connected to the output of the first low-pass filter, and the fourth input of the third adder is connected with the output of the second low-pass filter.