RU2272280C1 - Способ определения координат статических дефектов - Google Patents
Способ определения координат статических дефектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2272280C1 RU2272280C1 RU2004131113/28A RU2004131113A RU2272280C1 RU 2272280 C1 RU2272280 C1 RU 2272280C1 RU 2004131113/28 A RU2004131113/28 A RU 2004131113/28A RU 2004131113 A RU2004131113 A RU 2004131113A RU 2272280 C1 RU2272280 C1 RU 2272280C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulse
- duration
- coordinates
- excitation
- amplitude
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Использование: для определения координат статических дефектов. Сущность: заключается в том, что с возбуждением световых импульсов твердотельным лазером производится запуск генератора электрических импульсов, вырабатывающего ступенчатый электрический импульс. Амплитуда первой ступени этого импульса соответствует максимальному пропусканию электрооптического модулятора света и имеет регулируемую длительность в пределах 10-8-10-4 с, а амплитуда второй ступени в 100-1000 раз меньше первой и имеет длительность 10-3 с, тем самым на выходе электрооптического модулятора света световой импульс имеет ту же форму, длительность и соотношение между амплитудами, что и электрический. При изменении длительности возбуждающего импульса меняется спектральный состав основного лепестка спектра в сторону увеличения амплитуды низкочастотной составляющей для смещения основной энергии спектра в низкочастотную область, тем самым изменяется проникающая способность сигнала. Для последующих расчетов координат статических дефектов принимают минимальное значение времени распространения сигнала от точек возбуждения до точек приема из всех длительностей для каждого канала приема. Технический результат: повышение точности и информативности определения места дефектов структуры в массивах горных пород. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля структурных несовершенств строения массивов горных пород при отработке открытых и подземных месторождений полезных ископаемых.
Известен эхо-импульсный ультразвуковой способ определения координат дефекта [1].
По этому способу возбуждают в объекте ультразвуковые импульсы с помощью пьезоэлектрических преобразователей, измеряют время t приема отраженных волн и по известной скорости v распространения волн вычисляют расстояние r до дефекта (r=v·t), а затем по углу ввода колебаний γ вычисляют координаты х, у дефекта (х=r·sinγ, γ=r·cosγ).
Недостатками известного способа определения места дефекта являются низкая точность из-за нестабильности акустического контакта и погрешностей оценки скорости, времени пробега и угла ввода колебаний, а также недостаточная информативность из-за невозможности определить место образования и развития новых дефектов.
Известен также способ контроля поверхностных дефектов (Патент РФ 1453317 от 17.07.89), в котором возбуждаются ультразвуковые колебания с помощью импульсного лазера, а прием колебаний, прошедших через контролируемый участок, осуществляется с помощью лазера непрерывного действия и оптического преобразователя.
Недостатком способа является невозможность определить координаты дефекта, а также его форму и размеры.
Технический результат предлагаемого способа - повышение информативности контроля статических дефектов в массивах горных пород.
Технический результат достигается тем, что в способе определения координат статических дефектов, включающем возбуждение акустических колебаний импульсным твердотельным лазером, на первом выходе которого установлен электрооптический модулятор света, управляемый генератором электрических импульсов, прием отраженных импульсов от дефекта лазерным интерферометром, состоящим из лазера непрерывного действия и антенны из пяти идентичных измерительных головок, измерение времени распространения акустических импульсов, вычисление координат дефекта по значениям скорости распространения колебаний и углу ввода с возбуждением световых импульсов твердотельным лазером, производится запуск генератора электрических импульсов, вырабатывающего ступенчатый электрический импульс, причем амплитуда первой ступени этого импульса соответствует максимальному пропусканию электрооптического модулятора света и имеет регулируемую длительность в пределах 10-8-10-4 с, а амплитуда второй ступени в 100-1000 раз меньше первой и имеет длительность 10-3 с, тем самым на выходе электрооптического модулятора света световой импульс имеет ту же форму, длительность и соотношение между амплитудами, что и электрический, изменяя длительность возбуждающего импульса, меняется спектральный состав основного лепестка спектра в сторону увеличения амплитуды низкочастотной составляющей для смещения основной энергии спектра в низкочастотную область, тем самым изменяется проникающая способность сигнала, а для последующих расчетов координат статических дефектов принимают минимальное значение времени распространения сигнала от точек возбуждения до приема из всех длительностей для каждого канала приема.
Схема установки для реализации способа изображена на чертежах. На фиг.1 представлена схема установки для реализации способа определения места дефекта; на фиг.2 - схема изменения напряжения на выходе генератора электрических сигналов.
Блок возбуждения и приема 1 содержит импульсный твердотельный лазер 2, на первом выходе которого установлен электрооптический модулятор света 3, управляемый генератором электрических импульсов 4, а на втором выходе подключен первый фотопреобразователь 5. Электрооптический модулятор света 3 через полупрозрачное зеркало 6 оптически связан с опорным зеркалом 7, поверхностью объекта контроля 8 и поверхностью дефекта 18, а также фотоприемником - вторым фотопреобразователем 9, выход которого подключен к измерителю времени 10.
Блок приема 11 представляет собой лазерный интерферометр, включающий лазер непрерывного действия 12 и антенну из пяти идентичных измерительных головок 13, каждая из которых содержит полупрозрачное зеркало 14, подсвечиваемое через поворотные призмы 15 лазером непрерывного действия 12, фотопреобразователь 16 и измеритель времени 17, электрически связанные с выходом фотоприемника - второго фотопреобразователя 9.
В режиме определения координат статических дефектов способ осуществляется следующим образом.
Электрооптический модулятор света 3 настроен так, что при отсутствии в нем напряжения его пропускание равно нулю. С началом генерации импульсным твердотельным лазером 2 блока возбуждения и приема 1 при помощи фотоприемника - первого фотопреобразователя 5 передним фронтом импульсного твердотельного лазера 2 производится запуск генератора электрических импульсов 4, который вырабатывает ступенчатый электрический импульс, представленный на фиг.2.
Амплитуда первой ступеньки этого импульса соответствует максимальному пропусканию электрооптического модулятора света 3 и имеет регулируемую длительность в пределах 10-8-10-4 с, а амплитуда второй ступеньки в 100-1000 раз меньше первой и имеет длительность 10-3 с. На выходе электрооптического модулятора света 3 световой импульс имеет ту же форму, длительность и соотношение между амплитудами, что и электрический.
При облучении световым импульсом поверхности объекта контроля 8 в последнем возбуждается акустический импульс с длительностью, равной длительности первой ступеньки светового импульса. По мере распространения импульса высокочастотные составляющие его спектра затухают из-за рассеивания на неоднородностях структуры объекта и на поверхности дефекта, а приемника достигают более низкочастотные составляющие спектра возбуждения. Изменением длительности возбуждающего импульса меняется спектральный состав основного лепестка спектра в сторону увеличения амплитуды низкочастотной составляющей. Следовательно, изменением длительности импульса основная энергия спектра смещается в низкочастотную область и изменяется проникающая возможность сигнала
Если измерять время распространения сигнала от точек возбуждения до приема при различных длительностях возбуждаемых импульсов, то время будет различным, и для последующих расчетов координат дефектов надо принимать его минимальное значение из всех длительностей для каждого канала приема.
Интенсивность второй ступеньки служит только для освещения фотоприемника - второго фотопреобразователя 9 блока возбуждения и приема 1. Одновременно с возбуждением акустического импульса при помощи фотоприемника - второго фотопреобразователя 9 производится запуск измерителя времени 10 и других измерителей временных интервалов 17 блока приема 11.
После отражения импульса объемных волн от поверхности дефекта 18 и прихода его обратно на выходе фотоприемника - второго фотопреобразователя 9, измерителя времени 10 и на других соответственно аналогичных фотопреобразователях 16 и измерителях времени 17 блока приема 11 с лазером непрерывного действия 12 поворотными призмами 15 и полупрозрачными зеркалами 14 вырабатывается электрический импульс, соответствующий времени t пробега акустического импульса от точки ввода i до точек приема j, измеряемое измерителями времени 10, 17, то есть измеряется ti и tj.
Первыми вступают поверхностные волны, по времени tпj распространения которых определяют координаты (хi, уi, zi) точки возбуждения и скорости Vп распространения этих волн путем решения системы (j=2, 3, 4, 5) уравнений:
rij=Vп·tпj
где rij=[(xi-xj)2+(yi-уj)2+(zi-zj)2]1/2 - расстояние между точками возбуждения (i) и приема (j);
xj уj zj - координаты точек приема.
Вычисленные значения координат точки возбуждения сравнивают с их известными значениями, измеренными маркшейдерскими методами, по результатам которых судят о правильности работы системы возбуждения и приема.
Затем вычисляют координаты дефекта (xо, уо, zо), времени to и скорости Vо пробега импульса от точки возбуждения до точки на поверхности дефекта решением системы уравнений, характеризующей расстояния ri и rj от поверхности дефекта до точек приема.
Расстояние ri, rj от поверхности дефекта 18 до точек приема j(xj, yj, zj), (j-1) можно представить в виде
ri=vo(ti-to), ri=[(xc-xi)2+(ус-уi)2+(zc-zi)2]1/2
rj=vo(tj-to), rj=[(xc-xj)2+(ус-уj)2+(zc-zj)2]1/2,
где vo - скорость распространения колебаний; to - время пробега импульса от точки возбуждения до поверхности дефекта 18; xо, уо, zo - координаты точки отражения импульса от поверхности дефекта 18; хi, уi, zi - координаты точки ввода импульса; xj, уj, zj - координаты точки приема отраженных импульсов.
Один из вариантов упрощения системы уравнений заключается в следующем. Возведем в квадрат выражение для ri(j) и вычтем из первого второе, после преобразований получим систему уравнений
Система содержит пять неизвестных xo, уo, zo, to и v0 2. Пять уравнений составляется для данных: i=1; j=2, 3, 4, 5, 6, то есть необходимы данные от пяти точек приема j.
Если в блоке приема 11 имеется только один приемник, то переносом его последовательно в точки j=2, 3, 4, 5, 6 с известными координатами xj, уj, zj, и возбуждением в точке i колебаний можно после измерения времени ti и tj получить тот же результат, что и с помощью антенны из пяти приемников в точках j.
Если же менять положение точки возбуждения i, то можно получать различные значения xо, уо, zо то есть можно выявить пространственную конфигурацию дефекта или структурной неоднородности.
В режиме измерения координат развивающихся дефектов (в режиме пассивного приема сигналов акустической эмиссии) устройство работает следующим образом. Возбуждаемые дефектом 18 сигналы воспринимаются всеми измерительными головками 13 k (i, j), приемными устройствами блока приема 11. С выхода приемника - измерительной головки 13, принявшего сигнал первым, запускаются измерители времени 17 всех каналов, которые прерываются сигналами, принятыми этими каналами. Так измеряется разность времени вступления волн Δtk1. В предположении о сферическом характере распространения колебаний от поверхности дефекта 18 до точек приема j расстояние до приемника - измерительной головки 13 можно записать в виде
rk=r+v·Δtk1
r=[(xc-x)2+(ус-у)2+(zc-z)2]1/2
где rk=[(хc-xk)+(ус-уk)+(zс-zk)]1/2
где r - расстояние от дефекта с координатами xс, ус, zc до приемника, принявшего сигнал первым с координатами х, у, z,
v - скорость распространения колебаний.
Возведем в квадрат, то есть
rk 2=r2=r2+2rv·Δtk1+v2Δtk1 2
После преобразований приходим к системе
Решением системы являются координаты, расстояние от дефекта с координатами xс, ус, zc до приемника r и скорость распространения колебаний v.
Способ повышает информативность и обеспечивает точность определения места структурных дефектов горных пород.
Источники информации
1. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник, т.2, М.: Машиностроение, 1974, с.216.
2. Патент РФ 1453317 А1 от 17.07.87, G 01 N 29/04 (прототип).
Claims (1)
- Способ определения координат статических дефектов, включающий возбуждение акустических колебаний импульсным твердотельным лазером, на первом выходе которого установлен электрооптический модулятор света, управляемый генератором электрических импульсов, прием отраженных импульсов от дефекта лазерным интерферометром, состоящим из лазера непрерывного действия и антенны из пяти идентичных измерительных головок, измерение времени распространения акустических импульсов, вычисление координат дефекта по значениям скорости распространения колебаний и углу ввода, отличающийся тем, что с возбуждением световых импульсов твердотельным лазером производится запуск генератора электрических импульсов, вырабатывающего ступенчатый электрический импульс, причем амплитуда первой ступени этого импульса соответствует максимальному пропусканию электрооптического модулятора света и имеет регулируемую длительность в пределах 10-8-10-4 с, а амплитуда второй ступени в 100-1000 раз меньше первой и имеет длительность 10-3 с, тем самым на выходе электрооптического модулятора света световой импульс имеет ту же форму, длительность и соотношение между амплитудами, что и электрический, изменяя длительность возбуждающего импульса меняется спектральный состав основного лепестка спектра в сторону увеличения амплитуды низкочастотной составляющей для смещения основной энергии спектра в низкочастотную область, тем самым изменяется проникающая способность сигнала, а для последующих расчетов координат статических дефектов принимают минимальное значение времени распространения сигнала от точек возбуждения до приема из всех длительностей для каждого канала приема.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004131113/28A RU2272280C1 (ru) | 2004-10-25 | 2004-10-25 | Способ определения координат статических дефектов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004131113/28A RU2272280C1 (ru) | 2004-10-25 | 2004-10-25 | Способ определения координат статических дефектов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2272280C1 true RU2272280C1 (ru) | 2006-03-20 |
Family
ID=36117344
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004131113/28A RU2272280C1 (ru) | 2004-10-25 | 2004-10-25 | Способ определения координат статических дефектов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2272280C1 (ru) |
-
2004
- 2004-10-25 RU RU2004131113/28A patent/RU2272280C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6727308B2 (ja) | 改良型ビーム整形音響信号伝搬時間差式流量計 | |
CN104808208B (zh) | 一种基于激光声源探测水下目标方位及尺寸的测量系统及其测量方法 | |
US7089796B2 (en) | Time-reversed photoacoustic system and uses thereof | |
EP0713090B1 (en) | Detecting method and detecting device | |
CN102053254B (zh) | 一种激光超声波检测系统及其检测方法 | |
RU2015110055A (ru) | Система и способ для измерений звуковых волн с использованием источника акустического пучка | |
US10309934B2 (en) | Method and system of deducing sound velocity using time-of-flight of surface wave | |
JP6700054B2 (ja) | 非接触音響探査システム | |
CN108037311A (zh) | 一种基于声光效应的高精度海水流速测量方法 | |
CN104807886A (zh) | 激光超声探伤方法 | |
CN104142326A (zh) | 一种衰减系数检测方法 | |
CN103471998A (zh) | 超声材料反射和透射系数激光测量系统 | |
CA2810630C (en) | Measuring apparatus and measuring method for metallic microstructures or material properties | |
JP2013545077A (ja) | ボアホールを囲む層の線形及び非線形特性を画像処理する装置及び方法 | |
JP3722211B2 (ja) | コンクリート構造物の診断方法及び装置 | |
EP0212899A2 (en) | Ultrasonic testing of materials | |
EP0053034A1 (en) | Method of determining stress distribution in a solid body | |
CN102721457B (zh) | 超声散斑水下稳态振动测量方法 | |
CN100489557C (zh) | 利用复合鉴相对信号飞行时间测量的方法及其装置 | |
RU2272280C1 (ru) | Способ определения координат статических дефектов | |
JP2005337848A (ja) | 超音波測距装置 | |
JPH01156661A (ja) | 接合部探査装置 | |
RU2390801C1 (ru) | Способ поиска объектов искусственного происхождения в земле и устройство для его осуществления | |
US3763693A (en) | Pulsed acousto-optical echo imaging method and apparatus | |
JP2001255308A (ja) | 超音波探傷方法及びその装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091026 |