RU2231753C1 - Procedure measuring thickness of article with use of ultrasonic pulses - Google Patents
Procedure measuring thickness of article with use of ultrasonic pulses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2231753C1 RU2231753C1 RU2003105205/28A RU2003105205A RU2231753C1 RU 2231753 C1 RU2231753 C1 RU 2231753C1 RU 2003105205/28 A RU2003105205/28 A RU 2003105205/28A RU 2003105205 A RU2003105205 A RU 2003105205A RU 2231753 C1 RU2231753 C1 RU 2231753C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulses
- ultrasonic
- product
- received
- amplitude
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и неразрушающего контроля и может быть использовано при толщинометрии, дефектоскопии и структуроскопии различных материалов и изделий.The invention relates to the field of instrumentation and non-destructive testing and can be used for thickness gauging, flaw detection and structuroscopy of various materials and products.
Известен резонансный способ измерения толщины слоя твердого материала, заключающийся в возбуждении в слое вынужденных ультразвуковых (УЗ) колебаний и определении их резонансных частот, по которым при известной скорости распространения УЗ-колебаний в материале слоя вычисляют искомую толщину слоя [1].A known resonant method for measuring the thickness of a layer of solid material is to excite in the layer forced ultrasonic (ultrasound) vibrations and determine their resonant frequencies, according to which, at a known propagation speed of ultrasonic vibrations in the material of the layer, the desired layer thickness is calculated [1].
Этот способ не пригоден для измерений толщин изделий с криволинейными, шероховатыми и коррелированными поверхностями, то есть таких изделий, которые требуется измерять наиболее часто.This method is not suitable for measuring the thickness of products with curved, rough and correlated surfaces, that is, those products that need to be measured most often.
Известен также способ измерения толщины изделий, заключающийся в излучении в изделие УЗ-импульса, частота заполнения которого меняется по линейному закону [1]. В этом способе измеряют разность мгновенных частот излученного и принятого из изделия импульсов. По этой разности и известной скорости изменения частоты заполнения зондирующего импульса определяют время задержки принятого импульса относительно зондирующего. Измеряемую толщину при этом вычисляют, умножая половину этого времени задержки на известную скорость распространения УЗ-колебаний в материале изделия.There is also a method of measuring the thickness of products, which consists in the emission of an ultrasound pulse into the product, the filling frequency of which varies according to a linear law [1]. In this method, the difference in the instantaneous frequencies of the pulses emitted and received from the product is measured. From this difference and the known rate of change of the filling frequency of the probe pulse, the delay time of the received pulse relative to the probe pulse is determined. The measured thickness is then calculated by multiplying half of this delay time by the known propagation speed of ultrasonic vibrations in the product material.
Данный способ не применим для измерений изделий с толщинами порядка десятых долей миллиметра и единиц миллиметров, так как при этом требуются очень высокие частоты ультразвука, при которых практически не удается осуществить излучение сигнала в изделие и прием сигналов из него.This method is not applicable for measuring products with thicknesses of the order of a few tenths of a millimeter and units of millimeters, since it requires very high ultrasound frequencies at which it is practically impossible to emit a signal into the product and receive signals from it.
Наиболее близким по технической сути к предложенному является эхо-импульсный способ измерения толщины, описанный, например, в книге [2]. Он состоит в том, что в материал изделия излучают УЗ-импульс, принимают затем импульсы, многократно отраженные от противоположных поверхностей материала, и измеряют время распространения импульсов от одной поверхности изделия до другой и обратно. Толщину же вычисляют как произведение половины этого времени на известную скорость распространения ультразвуковых импульсов в материале. Причем используют два варианта способа, отличающиеся тем, какие из принятых УЗ-импульсов используют для измерения времени распространения УЗ-сигнала в изделии. В одном из вариантов измеряют время между моментом излучения зондирующего импульса в изделие и моментом приема из него первого импульса, отраженного от противоположной поверхности изделия (первого донного импульса). В другом варианте измеряют временной интервал между моментами приема двух следующих один за другим эхо-импульсов из последовательности сигналов, многократно отраженных от поверхностей изделия. Для этого, как правило, берут первый и второй или второй и третий эхо-импульсы.The closest in technical essence to the proposed is an echo-pulse method of measuring thickness, described, for example, in the book [2]. It consists in the fact that an ultrasound pulse is emitted into the product material, then pulses are received that are repeatedly reflected from opposite surfaces of the material, and the propagation time of the pulses from one surface of the product to another and vice versa is measured. The thickness is calculated as the product of half of this time by the known velocity of propagation of ultrasonic pulses in the material. Moreover, two variants of the method are used, characterized in which of the received ultrasonic pulses are used to measure the propagation time of the ultrasonic signal in the product. In one embodiment, the time between the moment of radiation of the probe pulse into the product and the moment of receiving the first pulse from it reflected from the opposite surface of the product (first bottom pulse) is measured. In another embodiment, the time interval between the moments of reception of two successive echo pulses from a sequence of signals reflected many times from the surfaces of the product is measured. To do this, as a rule, take the first and second or second and third echo pulses.
Каждый из этих вариантов эхо-импульсного способа имеют свои преимущества и недостатки. Однако основным недостатком обоих вариантов эхо-импульсного способа является невысокая достоверность и точность результатов измерений при контроле изделий с грубообработанными, корродированными и эродированными поверхностями, особенно при их неплоской форме, например, при контроле труб и их изгибов. Причем это касается наиболее важного для практики диапазона измерений: от 0,5-0,8 до 10-15 мм. Кроме того, достоверность и точность результатов измерений существенно зависит от состояния (степени износа) УЗ-преобразователя, используемого при измерениях.Each of these echo pulse method options has its advantages and disadvantages. However, the main drawback of both versions of the echo-pulse method is the low reliability and accuracy of the measurement results when testing products with rough, corroded and eroded surfaces, especially when they are non-planar, for example, when checking pipes and their bends. Moreover, this concerns the most important measurement range for practice: from 0.5-0.8 to 10-15 mm. In addition, the reliability and accuracy of the measurement results significantly depends on the condition (degree of wear) of the ultrasonic transducer used in the measurements.
Решаемая предлагаемым изобретением задача - это устранение недостатков эхо-импульсного способа толщинометрии, то есть повышение достоверности и точности результатов измерений толщины указанных изделий в данном диапазоне толщин, а также повышение стабильности во времени точностных характеристик аппаратуры, использующей эхо-импульсный способ измерений.The problem solved by the invention is the elimination of the disadvantages of the echo-pulse method of thickness measurement, that is, increasing the reliability and accuracy of the measurement results of the thickness of these products in this thickness range, as well as improving the stability over time of the accuracy characteristics of equipment using the echo-pulse method of measurement.
Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении предлагаемого способа, является создание УЗ-толщиномеров с широкой областью применения, отличающихся достоверными и точными показаниями при измерениях толщин изделий с весьма сложными для УЗ-контроля поверхностями. Характеристики этих толщиномеров будут мало меняться в процессе эксплуатации, так как предлагаемый способ более устойчив к изменениям параметров УЗ-преобразователей. Для измерений различных толщин изделий в разных практических ситуациях достаточно будет использовать один износостойкий УЗ-преобразователь, что упростит и удешевит эксплуатацию толщиномера.The technical result that can be achieved by implementing the proposed method is the creation of ultrasonic thickness gauges with a wide range of applications, characterized by reliable and accurate readings when measuring thicknesses of products with very difficult for ultrasonic control surfaces. The characteristics of these thickness gauges will change little during operation, since the proposed method is more resistant to changes in the parameters of ultrasonic transducers. To measure different thicknesses of products in different practical situations, it will be enough to use one wear-resistant ultrasonic transducer, which will simplify and reduce the cost of operation of the thickness gauge.
Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известном способе измерения толщины изделия, состоящем в том, что с помощью ультразвукового преобразователя излучают в материал изделия ультразвуковой импульс, принимают из него эхо-импульсы, многократно отраженные от противоположных поверхностей материала, измеряют время распространения эхо-импульсов от одной поверхности до другой и обратно и вычисляют толщину как произведение половины этого времени на известную скорость распространения ультразвуковых импульсов в материале, согласно предлагаемому изобретению в процессе приема эхо-импульсов дополнительно измеряют амплитуду помех от собственных затухающих колебаний ультразвукового преобразователя и средний уровень различных шумов, сопровождающих прием ультразвуковых импульсов из материала. В принятой последовательности импульсов определяют момент времени, когда амплитуда помех от собственных затухающих колебаний ультразвукового преобразователя становится меньше амплитуды принятых из материала импульсов, и второй момент, когда амплитуда принятых импульсов уменьшится до среднего уровня различных шумов, сопровождающих прием ультразвуковых импульсов из материала. Путем стробирования выделяют из принятой последовательности импульсов ее часть, заключенную между определенными ранее моментами времени, вычисляют нормированную автокорреляционную функцию от стробированной части принятой последовательности импульсов и находят аргумент автокорреляционной функции, не равный нулю, при котором эта функция достигает максимума. Этот аргумент численно равен времени распространения эхо-импульсов от одной поверхности изделия до другой и обратно. В результате вычисляют искомую толщину как произведение половины этого аргумента на известную скорость распространения ультразвуковых импульсов в материале.To solve the problem with achieving a technical result in the known method of measuring the thickness of the product, consisting in the fact that using an ultrasonic transducer emit an ultrasonic pulse into the product material, receive echo pulses from it, repeatedly reflected from opposite surfaces of the material, measure the propagation time of the echo pulses from one surface to another and vice versa and calculate the thickness as the product of half this time by the known velocity of propagation of ultrasonic pulses cos in the material according to the invention during reception of echo pulses is further measured by the interference amplitude of the damped oscillations of the ultrasonic transducer and the average level of various noise accompanying the reception of the ultrasonic pulses from the material. In the adopted sequence of pulses, a moment is determined when the amplitude of the interference from the natural damped oscillations of the ultrasonic transducer becomes less than the amplitude of the pulses received from the material, and the second moment when the amplitude of the received pulses decreases to the average level of various noises accompanying the reception of ultrasonic pulses from the material. By gating, a part of it, concluded between previously determined time instants, is extracted from the received sequence of pulses, the normalized autocorrelation function of the gated part of the received sequence of pulses is calculated, and the argument of the autocorrelation function is non-zero, at which this function reaches its maximum. This argument is numerically equal to the propagation time of the echo pulses from one surface of the product to another and vice versa. As a result, the desired thickness is calculated as the product of half of this argument by the known velocity of propagation of ultrasonic pulses in the material.
Суть предлагаемого изобретения заключается в том, что для измерения времени распространения УЗ-импульсов от одной поверхности изделия до другой и обратно, по которому вычисляется измеряемая толщина, используют достаточно протяженную во времени часть реализации колебаний, принятых УЗ-преобразователем. Эта часть (отрезок) содержит множество эхо-сигналов, повторяющихся с периодом, равным времени распространения УЗ-импульсов от одной поверхности изделия до другой и обратно. Этот отрезок по возможности берут как можно длительнее. Ограничения - превышение собственного реверберационного шума УЗ-преобразователя над амплитудой принимаемых из материала изделия импульсов при определении начала стробирования отрезка и уменьшение амплитуды принимаемых импульсов до уровня шума в приемном тракте толщиномера при определении его конца. При малых толщинах изделий эхо-сигналы в отрезке реализации повторяются с периодом, меньшим их длительности, поэтому они накладываются друг на друга. Отрезок реализации при этом представляет собой сложную осциллирующую функцию. Однако в ней все равно присутствует периодичность структуры колебаний, и этот период совпадает с измеряемым интервалом времени, так как он вызван повторяющимися отражениями от противоположных поверхностей изделия посланного в него ультразвукового импульса. Для извлечения информации о величине этого периода вычисляют нормированную автокорреляционную функцию (АКФ) от стробированной части принятых колебаний. Как известно, АКФ от периодической функции тоже функция периодическая с тем же периодом. При временном сдвиге (ее аргументе), равном нулю, АКФ равна единице. Это максимальное ее значение, так как при нулевом аргументе отрезок реализации принятых колебаний полностью совпадает сам с собой. При увеличении аргумента АКФ принимает последовательно разные значения, достигая локальных максимумов при таких аргументах, когда повторяющиеся эхо-импульсы в отрезке реализации принятых колебаний будут наиболее точно совпадать друг с другом. Наибольший максимум (или просто максимум) АКФ наступит при аргументе, равном периоду повторения эхо-импульсов, поскольку при этом для вычисления АКФ будет использована почти вся длина отрезка реализации принятых колебаний за вычетом части, равной периоду повторения эхо-импульсов. Кроме того, при таком временном сдвиге совпадающие друг с другом эхо-импульсы в минимальной степени отличаются по форме, так как они являются соседними в принятых колебаниях. Найденное значение аргумента АКФ, не равного нулю, при котором АКФ равна максимуму, используется для вычисления измеряемой толщины изделия.The essence of the invention lies in the fact that to measure the propagation time of ultrasonic pulses from one surface of the product to the other and vice versa, which is used to calculate the measured thickness, use a rather lengthy part of the implementation of the vibrations adopted by the ultrasonic transducer. This part (segment) contains many echo signals that are repeated with a period equal to the propagation time of ultrasonic pulses from one surface of the product to another and vice versa. This segment is taken as long as possible. Limitations are the excess of the intrinsic reverberation noise of the ultrasonic transducer over the amplitude of the pulses received from the product material when determining the start of the gating of the segment and the decrease in the amplitude of the received pulses to the noise level in the receiving path of the thickness gauge when determining its end. With small thicknesses of the products, the echo signals in the implementation segment are repeated with a period shorter than their duration, therefore they overlap each other. The implementation segment in this case is a complex oscillating function. However, it still contains periodicity of the oscillation structure, and this period coincides with the measured time interval, since it is caused by repeated reflections from opposite surfaces of the product of the ultrasonic pulse sent to it. To extract information about the magnitude of this period, the normalized autocorrelation function (ACF) from the gated part of the received oscillations is calculated. As is known, ACF of a periodic function is also a periodic function with the same period. With a time shift (its argument) equal to zero, the ACF is equal to one. This is its maximum value, since with a zero argument the implementation interval of the accepted oscillations completely coincides with itself. With an increase in the argument, the ACF takes successively different values, reaching local maxima for such arguments when the repeated echo pulses in the interval of realization of the received oscillations will most exactly coincide with each other. The maximum maximum (or simply maximum) of the ACF occurs when the argument is equal to the period of repetition of the echo pulses, since in this case, to calculate the ACF, almost the entire length of the segment of realization of the received oscillations will be used minus the part equal to the period of repetition of the echo pulses. In addition, with such a time shift, coincident echo pulses are minimally different in shape, since they are adjacent in the received oscillations. The found value of the ACF argument, which is not equal to zero, at which the ACF is equal to the maximum, is used to calculate the measured thickness of the product.
Моменты времени начала и конца стробируемого отрезка реализации принятых колебаний выбирают исходя из условия превышения амплитуды полезных эхо-импульсов над уровнем помех.The moments of the beginning and end of the gated segment of the implementation of the received oscillations are selected based on the condition that the amplitude of the useful echo pulses exceeds the interference level.
При выборе начального момента времени сравнивают амплитуду полезных эхо-импульсов с уровнем собственного реверберационного шума УЗ-преобразователя, который затухает с течением времени после посылки зондирующего сигнала и в некоторый момент становится меньше амплитуды полезных эхо-импульсов. При использовании раздельно-совмещенного УЗ-преобразователя его собственный реверберационный шум часто бывает меньше амплитуды полезных эхо-импульсов даже при измерении минимальных толщин изделий в выбранном диапазоне, поэтому в этом случае начало стробирования выбирают в момент, соответствующий приему эхо-импульсов из изделия с нулевой толщиной. Этот момент, как известно, сдвинут во времени относительно момента возбуждения УЗ-преобразователя на время распространения УЗ-колебаний в протекторе или призмах УЗ-преобразователя.When choosing the initial moment of time, the amplitude of the useful echo pulses is compared with the level of intrinsic reverberation noise of the ultrasound transducer, which decays over time after sending the probe signal and at some point becomes smaller than the amplitude of the useful echo pulses. When using a separately combined ultrasonic transducer, its own reverberation noise is often less than the amplitude of the useful echo pulses even when measuring the minimum thickness of the products in the selected range, therefore, in this case, the start of gating is chosen at the moment corresponding to the reception of echo pulses from the product with zero thickness . This moment, as is known, is shifted in time relative to the moment of excitation of the ultrasonic transducer by the time of propagation of ultrasonic vibrations in the protector or prisms of the ultrasonic transducer.
Момент окончания стробирования реализации принятых колебаний определяют из сравнения амплитуды полезных эхо-импульсов со средним уровнем различных шумов в приемном тракте. Эти шумы представляют собой смесь помех от других типов акустических волн (поперечной, Рэлеевской), помех от контактной смазки УЗ-преобразователя, структурного шума контролируемого материала, шума усилителя и иногда не достаточно затухшего реверберационного шума УЗ-преобразователя.The moment of completion of the gating implementation of the received oscillations is determined by comparing the amplitudes of the useful echo pulses with the average level of various noise in the receiving path. These noises are a mixture of interference from other types of acoustic waves (transverse, Rayleigh), interference from contact lubrication of the ultrasound transducer, structural noise of the material being monitored, amplifier noise, and sometimes not sufficiently damped reverberation noise of the ultrasound transducer.
Фиг.1 поясняет суть предлагаемого способа измерений толщины. На ней изображена осциллограмма 1 реализации колебаний, принятых УЗ-преобразователем при измерении толщины стенки стальной трубы, и АКФ 2 отрезка этой реализации, моменты начала 3 и конца 4 которого отмечены на осциллограмме вертикальными штриховыми линиями. На графике АКФ точечной линией 5 показано положение максимума АКФ, значение аргумента которой используется для вычисления измеряемой толщины.Figure 1 explains the essence of the proposed method for measuring thickness. It depicts
Предложенный способ измерения толщины изделий можно реализовать с помощью различных аналоговых или цифровых устройств. Наиболее рационально все операции с колебаниями, принятыми УЗ-преобразователем, выполнять в цифровом виде. Функциональная схема УЗ-толщиномера, реализующего предложенный способ, показана на фиг.2. Толщиномер состоит из следующих блоков: генератора 1 зондирующих импульсов (ГЗИ), УЗ-преобразователя 2 (УЗП), приемного усилителя 3 (ПУ), аналого-цифрового преобразователя 4 (АЦП), блока 5 программируемой логики (БПЛ) с оперативным запоминающим устройством 6 (ОЗУ), центрального процессора 7 (ЦП) со своим ОЗУ 8 (ОЗУП) и блока 9 индикации БИ. БПЛ запрограммирован на выполнение всех операций с оцифрованной реализацией принятых колебаний, включая вычисление АКФ и по ее аргументу измеряемой толщины. ЦП служит для управления работой всего толщиномера и вывода результатов измерений на индикатор.The proposed method for measuring the thickness of products can be implemented using various analog or digital devices. It is most rational to perform all operations with vibrations received by the ultrasonic transducer in digital form. The functional diagram of the ultrasonic thickness gauge that implements the proposed method is shown in figure 2. The thickness gauge consists of the following blocks:
Толщиномер работает следующим образом. Генератор 1 зондирующих импульсов периодически возбуждает УЗ-преобразователь 2 электрическими импульсами. Период их повторения выбран на несколько порядков больше периода повторения полезных эхо-импульсов при максимальной толщине рабочего диапазона измерений. Это сделано для того, чтобы процесс многократных отражений УЗ-импульсов в измеряемом изделии успевал затухнуть к моменту следующей посылки в изделие зондирующего импульса.The thickness gauge works as follows. The
Приемный усилитель 3 усиливает электрические колебания, поступающие от УЗ-преобразователя, и в АЦП 4 происходит преобразование их в цифровую форму. После каждой посылки зондирующего импульса в изделие в ОЗУ 6 записывается вектор данных, представляющий собой реализацию принятых из изделия колебаний. Реализация записывается в интервале времени от нуля, то есть от момента посылки зондирующего импульса до некоторого момента времени, превышающего в 10-20 раз период повторения полезных эхо-импульсов при максимальной толщине измеряемого изделия. Затем вычисляется огибающая функция этой реализации. Когда УЗ-преобразователь не установлен на измеряемое изделие, то в записанной реализации присутствует только собственный реверберационный шум УЗ-преобразователя и шум усилителя. Огибающая такой реализации (назовем ее опорной) служит для определения факта появления полезных сигналов (при установке УЗ-преобразователя на изделие) и для нахождения моментов начала и конца стробирования принятых колебаний, то есть для определения границ отрезка реализации, который затем будет подвергнут автокорреляционной обработке.The
При установке УЗ-преобразователя 2 на поверхность измеряемого изделия в реализации принятых колебаний появляются полезные эхо-импульсы. Эта реализация (назовем ее рабочей) также записывается в ОЗУ и вычисляется ее огибающая. Далее происходит сравнение этой огибающей с опорной.When installing the
Момент начала стробирования определяется из условия отклонения опорной огибающей от рабочей, то есть от огибающей реализации, содержащей полезные эхо-импульсы. В начальные моменты времени, когда собственный реверберационный шум УЗ-преобразователя превалирует над всеми остальными сигналами, обе огибающие совпадают. В более поздние моменты времени затухающий реверберационный шум УЗ-преобразователя становится меньше полезных эхо-импульсов и опорная огибающая принимает значения меньшие, чем значения рабочей огибающей. Момент времени, при котором происходит это отклонение, и выбирается в качестве момента начала стробирования реализации принятых колебаний.The moment of the start of gating is determined from the condition of the deviation of the reference envelope from the working one, that is, from the envelope of the implementation containing useful echo pulses. At the initial moments of time, when the intrinsic reverberation noise of the ultrasonic transducer prevails over all other signals, both envelopes coincide. At later times, the damped reverberation noise of the ultrasonic transducer becomes smaller than the useful echo pulses and the reference envelope takes values smaller than the values of the working envelope. The moment of time at which this deviation occurs, and is selected as the moment of the start of gating the implementation of the received oscillations.
Момент окончания стробирования в некоторых случаях также определяется из условия отклонения опорной огибающей от рабочей. Но только в моменты времени, далеко отстоящие от момента, когда затухающий реверберационный шум УЗ-преобразователя становится меньше полезных эхо-импульсов, то есть от момента начала стробирования. Эти случаи бывают при контроле изделий с плохо отражающими ультразвук поверхностями, например когда поверхности сильно шероховатые. Тогда амплитуда УЗ-импульсов, многократно отражающихся в изделии, быстро уменьшается при каждом отражении и в реализации принятых колебаний оказывается всего несколько (5-10) импульсов. Амплитуда последнего из них уже сравнима с уровнем шума приемного усилителя 3. Этот момент времени, когда опорная огибающая и рабочая огибающая снова начинают совпадать, и берется в качестве момента окончания стробирования реализации принятых колебаний.The end of the gating in some cases is also determined from the condition of the deviation of the reference envelope from the working. But only at times that are far from the moment when the decaying reverberation noise of the ultrasonic transducer becomes less than the useful echo pulses, that is, from the moment the gating starts. These cases occur when inspecting products with poorly reflecting ultrasound surfaces, for example when surfaces are very rough. Then the amplitude of the ultrasonic pulses reflected many times in the product rapidly decreases with each reflection, and only a few (5-10) pulses appear in the realization of the received vibrations. The amplitude of the last of them is already comparable with the noise level of the receiving
Но чаще всего в изделиях поверхности обладают достаточно хорошей отражающей способностью и в принятой реализации амплитуда повторяющихся эхо-импульсов не падает ниже шума усилителя даже в самые поздние моменты времени, находящиеся в конце записываемой реализации принимаемых колебаний. Именно такой случай и приведен на фиг.1. В этом случае момент окончания стробирования выбирается просто вблизи конца записываемой реализации или даже равным последнему моменту времени (моменту записи последнего отсчета реализации). Эта разница не имеет существенного значения.But most often in surface products they have a fairly good reflectivity and in the adopted implementation, the amplitude of the repeated echo pulses does not fall below the amplifier noise even at the very latest time points at the end of the recorded implementation of the received vibrations. It is such a case that is shown in figure 1. In this case, the end time of the gating is chosen simply near the end of the recorded implementation or even equal to the last moment of time (the moment of recording the last count of the implementation). This difference is not significant.
Встречаются также случаи, когда выбор момента окончания стробирования реализации принятых колебаний производится не по опорной и рабочей огибающим, а только по рабочей огибающей. Это бывает, когда к полезным эхо-импульсам в некоторые моменты времени добавляется какая-либо импульсная помеха, превышающая по амплитуде полезные сигналы. Например, при контроле толщины стенки трубы вблизи сварного шва возможно попадание на УЗ-преобразователь сигнала, отраженного от дефекта в сварном шве. Тогда достаточно правильный закон экспоненциального изменения во времени рабочей огибающей будет нарушен этой импульсной помехой. Момент времени, когда рабочая огибающая отклоняется от ее же экстраполированного (по экспоненте) продолжения и выбирается в этих (достаточно редких) случаях за момент окончания стробирования реализации принятых колебаний.There are also cases where the choice of the moment of completion of the gating of the implementation of the received oscillations is made not by the reference and working envelopes, but only by the working envelope. This happens when some impulse noise is added to the useful echo pulses at some points in time, exceeding the useful signals in amplitude. For example, when controlling the thickness of the pipe wall near the weld, it is possible that a signal reflected from a defect in the weld can get on the ultrasonic transducer. Then a fairly correct law of the exponential change in time of the working envelope will be violated by this impulse noise. The moment of time when the working envelope deviates from its extrapolated (exponentially) continuation and is selected in these (rather rare) cases at the time of completion of the gating implementation of the received oscillations.
После определения моментов начала и конца стробирования реализации принятых колебаний из нее выбирается отрезок, заключенный между этими моментами времени, и вычисляется АКФ этого отрезка. Далее находится аргумент этой АКФ, при котором функция достигает максимума. И, наконец, значение этого аргумента умножается на значение скорости ультразвука в материале изделия (хранящегося в памяти) и после деления на 2 результат подается на блок индикации 9 толщиномера.After determining the moments of the beginning and end of the gating of the implementation of the received oscillations, a segment concluded between these time points is selected from it, and the ACF of this segment is calculated. Next is the argument of this ACF, in which the function reaches its maximum. And finally, the value of this argument is multiplied by the value of the ultrasound speed in the material of the product (stored in memory) and after dividing by 2, the result is fed to the
Таким образом, анализ поведения принятых УЗ-преобразователем колебаний на протяжении достаточно длительного отрезка времени повышает достоверность измерений времени распространения УЗ-импульсов в материале изделия по сравнению с известным эхо-импульсным способом, в котором для этого используют всего несколько мгновенных значений принятых колебаний при сравнении их с заданным порогом. Отдельные мгновенные значения колебаний гораздо сильнее подвержены помехам, шуму, нарушениям акустического контакта и другим влияниям, чем множество значений, составляющих анализируемый с помощью корреляционной обработки отрезок принятых колебаний.Thus, the analysis of the behavior of the vibrations received by the ultrasonic transducer over a sufficiently long period of time increases the reliability of measurements of the propagation time of ultrasonic pulses in the product material compared to the known echo-pulse method, which uses only a few instantaneous values of the received vibrations when comparing them with a given threshold. Individual instantaneous values of vibrations are much more susceptible to noise, noise, disturbances of acoustic contact and other influences than the set of values that make up the segment of received vibrations analyzed using correlation processing.
Повышение точности измерений при использовании предлагаемого способа происходит благодаря тому, что измеряемый интервал времени определяют в результате вычисления коэффициента корреляции между отрезком реализации принятых колебаний, содержащим несколько (5-10 и более) эхо-сигналов, и этим же отрезком, сдвинутым во времени на один период повторения эхо-сигналов. Это и есть случай, когда АКФ достигает максимума. То есть измеряемый интервал времени формируется всеми повторяющимися эхо-сигналами, всеми интервалами между ними. То есть измеряемый интервал - это как бы среднее значение интервалов между эхо-сигналами, которые только в идеале (без шумов, помех и искажений сигналов) равны между собой. В ближайшем аналоге предлагаемого изобретения измеряемый интервал времени формируется лишь одним (первым донным), либо двумя (первым и вторым или вторым и третьим) эхо-импульсами. И любое изменение формы этих отдельных эхо-импульсов под действием шумов непосредственно ведет к ошибке измерения интервала времени и вычисления толщины.Improving the accuracy of measurements when using the proposed method is due to the fact that the measured time interval is determined by calculating the correlation coefficient between the segment of the implementation of the received oscillations, containing several (5-10 or more) echo signals, and the same segment, shifted in time by one echo repetition period. This is the case when the ACF reaches its maximum. That is, the measured time interval is formed by all repeated echo signals, all intervals between them. That is, the measured interval is, as it were, the average value of the intervals between echo signals, which are only ideally (without noise, interference and distortion of signals) equal. In the closest analogue of the invention, the measured time interval is formed by only one (first bottom), or two (first and second or second and third) echo pulses. And any change in the shape of these individual echo pulses under the influence of noise directly leads to an error in measuring the time interval and calculating the thickness.
Повышение временной стабильности характеристик толщиномера, в котором применен предлагаемый способ измерений, по сравнению с толщиномером, реализующим способ-аналог, вызвано двумя причинами.The increase in the temporal stability of the characteristics of the thickness gauge in which the proposed measurement method is applied, in comparison with the thickness gauge that implements the analogue method, is caused by two reasons.
Во-первых, любые изменения параметров УЗ-преобразователей вследствие износа (снижение коэффициента преобразования, рост шумов, изменение времени задержки в протекторе или призме УЗ-преобразователя, ухудшение стабильности акустического контакта из-за нарушений геометрии рабочей поверхности преобразователя и т.д.) в меньшей степени сказываются на результатах измерений, так как результаты формируются множеством полезных эхо-импульсов, причем в основном их периодом повторения. А амплитуда и форма отдельных эхо-импульсов влияют слабо.Firstly, any changes in the parameters of ultrasonic transducers due to wear (reduction of the conversion coefficient, increase in noise, change in the delay time in the protector or prism of the ultrasonic transducer, deterioration in the stability of acoustic contact due to violations of the geometry of the working surface of the transducer, etc.) to a lesser extent affect the measurement results, since the results are formed by many useful echo pulses, and mainly by their repetition period. But the amplitude and shape of individual echo pulses are weak.
Во-вторых, при использовании в толщиномере предлагаемого способа измерений излучение и прием УЗ-импульсов производят совмещенным УЗ-преобразователем, который сам намного более износоустойчив и стабилен во времени, чем раздельно-совмещенный УЗ-преобразователь, чаще всего используемый в толщиномерах, работающих на основе способа-аналога.Secondly, when using the proposed measurement method in the thickness gauge, the radiation and reception of ultrasonic pulses are produced by a combined ultrasonic transducer, which itself is much more wear-resistant and stable in time than a separately combined ultrasonic transducer, most often used in thickness gauges based on analogue method.
Таким образом, предложенный способ обеспечивает решение поставленной задачи с достижением ожидаемого технического результата.Thus, the proposed method provides a solution to the problem with the achievement of the expected technical result.
Заявленное изобретение может найти широкое применение в толщинометрии и дефектоскопии различных изделий из таких материалов, как металлы, сплавы, пластмассы, керамика, стекло, стеклопластики, углепластики и т.д., а также для измерений расстояний в жидких средах.The claimed invention can find wide application in thickness and flaw detection of various products from materials such as metals, alloys, plastics, ceramics, glass, fiberglass, carbon fiber, etc., as well as for measuring distances in liquid media.
Источники информацииSources of information
1. Гребенник B.C. Физические основы ультразвуковых методов измерения толщины. М.: Машиностроение, 1968, 40 с.1. Comb B.C. The physical basis of ultrasonic methods for measuring thickness. M.: Mechanical Engineering, 1968, 40 p.
2. Королев М.В. Эхо-импульсные толщиномеры. М.: Машиностроение, 1980, 111 с.2. Korolev M.V. Echo-pulse thickness gauges. M .: Engineering, 1980, 111 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003105205/28A RU2231753C1 (en) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | Procedure measuring thickness of article with use of ultrasonic pulses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003105205/28A RU2231753C1 (en) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | Procedure measuring thickness of article with use of ultrasonic pulses |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2231753C1 true RU2231753C1 (en) | 2004-06-27 |
| RU2003105205A RU2003105205A (en) | 2004-09-10 |
Family
ID=32846811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003105205/28A RU2231753C1 (en) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | Procedure measuring thickness of article with use of ultrasonic pulses |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2231753C1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2570097C1 (en) * | 2014-09-16 | 2015-12-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method of ultrasonic echo-pulse thickness gauging |
| RU2607359C1 (en) * | 2015-08-20 | 2017-01-10 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Method of determining accurate volume of remote metal of corrosion defects by ultrasonic ili data |
| RU2648292C1 (en) * | 2016-12-01 | 2018-03-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Resonance method of ultrasonic thickness measurement |
| RU2660307C1 (en) * | 2017-07-13 | 2018-07-05 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Method of investigation of geometric parameters of cavern of underground gas storage |
| RU2664785C1 (en) * | 2017-11-28 | 2018-08-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Resonance method of ultrasonic thickness measurement |
| RU2687086C1 (en) * | 2018-10-11 | 2019-05-07 | Акционерное общество "ИнтроСкан Технолоджи" | Method of ultrasonic monitoring of pipeline wall thickness |
| RU2760512C1 (en) * | 2021-05-11 | 2021-11-25 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products |
| RU2779755C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-09-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Resonance method for ultrasonic thickness measurement |
-
2003
- 2003-02-25 RU RU2003105205/28A patent/RU2231753C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2570097C1 (en) * | 2014-09-16 | 2015-12-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method of ultrasonic echo-pulse thickness gauging |
| RU2607359C1 (en) * | 2015-08-20 | 2017-01-10 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Method of determining accurate volume of remote metal of corrosion defects by ultrasonic ili data |
| RU2648292C1 (en) * | 2016-12-01 | 2018-03-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Resonance method of ultrasonic thickness measurement |
| RU2660307C1 (en) * | 2017-07-13 | 2018-07-05 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Method of investigation of geometric parameters of cavern of underground gas storage |
| RU2664785C1 (en) * | 2017-11-28 | 2018-08-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Resonance method of ultrasonic thickness measurement |
| RU2687086C1 (en) * | 2018-10-11 | 2019-05-07 | Акционерное общество "ИнтроСкан Технолоджи" | Method of ultrasonic monitoring of pipeline wall thickness |
| RU2760512C1 (en) * | 2021-05-11 | 2021-11-25 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products |
| RU2779755C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-09-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Resonance method for ultrasonic thickness measurement |
| RU2787562C1 (en) * | 2022-04-04 | 2023-01-10 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method for ultrasonic non-destructive quality control of glass-reinforced plastics after impregnation with organosilicon resins |
| RU2788337C1 (en) * | 2022-06-17 | 2023-01-17 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Method for controlling the depth of defects of the “fold” type in products made of fiberglass materials by ultrasonic method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Prosser et al. | Time-frequency analysis of the dispersion of Lamb modes | |
| US8225665B2 (en) | Method and system of measuring material loss from a solid structure | |
| Mariani et al. | Location specific temperature compensation of guided wave signals in structural health monitoring | |
| US5383366A (en) | Ultrasonic two probe system for locating and sizing | |
| US7240554B2 (en) | Method and device for sizing a crack in a workpiece using the ultrasonic pulse-echo technique | |
| EP1474680B1 (en) | System and method for detecting defects in a manufactured object | |
| JP2013130572A (en) | Ultrasonic thickness measurement method and instrument | |
| EP0716301B1 (en) | High resolution measurement of a thickness using ultrasound | |
| RU2231753C1 (en) | Procedure measuring thickness of article with use of ultrasonic pulses | |
| RU2422769C1 (en) | Method of ultrasound echo-pulse thickness measurement | |
| CN103075981A (en) | Ultrasonic thickness measuring method | |
| US20180356370A1 (en) | Combined pulse echo inspection of pipeline systems | |
| US4759221A (en) | Apparatus for the determination of surface cracks | |
| RU2089896C1 (en) | Method of examination of defects of pipe-lines and device for its implementation | |
| RU2714868C1 (en) | Method of detecting pitting corrosion | |
| JP2001343365A (en) | Thickness resonance spectrum measuring method for metal sheet and electromagnetic ultrasonic measuring method for metal sheet | |
| US5168469A (en) | Thickness and flaw detection using time mapping into memory technique | |
| CN113983976A (en) | Ultrasonic pipeline thickness measuring method based on FPGA | |
| JPH0346070B2 (en) | ||
| RU2687846C1 (en) | Method of determining pipeline wall thickness in zone of defect of "metal loss" type based on statistical stabilization of signal parameters according to ultrasonic section wm | |
| JP3510137B2 (en) | Ultrasonic thickness measurement method and device | |
| RU2442106C2 (en) | Method for ultrasonic thickness gauging | |
| RU2123687C1 (en) | Multivariate flaw detector | |
| Gushchina et al. | Development of the experimental equipment for measuring the velocity of ultrasonic waves with high accuracy | |
| Yeo et al. | Guided ultrasonic wave inspection of corrosion at ship hull structures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060226 |