RU2292544C2 - Method of improving noise immunity of ultrasonic inspection - Google Patents
Method of improving noise immunity of ultrasonic inspection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2292544C2 RU2292544C2 RU2005109969/28A RU2005109969A RU2292544C2 RU 2292544 C2 RU2292544 C2 RU 2292544C2 RU 2005109969/28 A RU2005109969/28 A RU 2005109969/28A RU 2005109969 A RU2005109969 A RU 2005109969A RU 2292544 C2 RU2292544 C2 RU 2292544C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- signal
- amplitude
- spectrum
- received
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в системах ультразвукового контроля, преимущественно установок для автоматизированного ультразвукового контроля листового и сортового проката и труб.The invention relates to the field of non-destructive testing and can be used in ultrasonic testing systems, mainly installations for automated ultrasonic testing of sheet and long products and pipes.
Преобразователь ультразвукового дефектоскопа излучает в изделие импульсы высокочастотных упругих колебаний. Излучение зондирующих импульсов происходит главным образом по нормали к поверхности контролируемых изделий, сотни или даже тысячи раз в секунду. Соответственно, приемный преобразователь (часто прием и излучение осуществляют с помощью одного и того же преобразователя) сотни или тысячи раз в секунду принимает из изделия отклики или, как их еще называют, «реализации».The transducer of an ultrasonic flaw detector emits pulses of high-frequency elastic vibrations into the product. The radiation of the probe pulses occurs mainly along the normal to the surface of the controlled products, hundreds or even thousands of times per second. Accordingly, the receiving transducer (often receiving and emitting using the same transducer) hundreds or thousands of times per second receives responses from the product or, as they are also called, “implementations”.
Каждая реализация содержит сигналы, отраженные от поверхностей проката и от дефектов, а также импульсы, обусловленные помехами, имеющими в большинстве случаев акустическую или электромагнитную природу [1].Each implementation contains signals reflected from the rental surfaces and from defects, as well as pulses due to interference, which in most cases is acoustic or electromagnetic in nature [1].
При отсутствии помех каждая реализация содержит в себе информацию, которая позволяет судить о толщине контролируемого изделия в месте расположения ультразвукового преобразователя, наличии или отсутствии несплошностей и т.д. Помехи способны исказить получаемую информацию, обусловить принятие неправильного решения о физических и потребительских свойствах контролируемого изделия.In the absence of interference, each implementation contains information that makes it possible to judge the thickness of the controlled product at the location of the ultrasonic transducer, the presence or absence of discontinuities, etc. Interference can distort the information received, cause the wrong decision to be made about the physical and consumer properties of the controlled product.
Для снижения уровня помех применяют различные методы, в частности когерентное (или некогерентное) накопление реализации. Полезные сигналы, «привязанные» к зондирующему импульсу и поэтому имеющие относительно медленно изменяющиеся от реализации к реализации амплитуды и фазы, эффективно суммируются. Помеха, время прихода, амплитуда и фаза которой имеют в большинстве своем случайный характер, суммируется в накопителе не столь эффективно. Поэтому когерентное (как впрочем и некогерентное) накопление в большинстве случаев позволяет эффективно повысить соотношение «полезный сигнал/помеха».Various methods are used to reduce the level of interference, in particular, coherent (or incoherent) accumulation of the implementation. Useful signals that are “tied” to the probe pulse and therefore have relatively slowly varying amplitudes and phases from realization to realization are effectively added up. The interference, arrival time, the amplitude and phase of which are mostly random in nature, is not so efficiently summed in the drive. Therefore, coherent (as well as incoherent) accumulation in most cases can effectively increase the ratio of "useful signal / interference".
Однако существуют специфические помехи, которые могут оказаться частично или полностью синхронизированными с зондирующими импульсами и, следовательно, с полезными сигналами. Такие помехи весьма опасны, поскольку способны накапливаться в когерентном (или некогерентном) накопителе. Примером источника синхронных помех является ЭВМ управляющего вычислительного комплекса, входящая в состав любой современной многоканальной системы автоматизированного ультразвукового контроля. Синхронной помехой во многих случаях являются также не затухшие в изделии колебания, обусловленные предыдущими зондирующими импульсами, или паразитные колебания частичек окалины, или пузырьков воздуха, попавших в рабочую область ультразвукового преобразователя (ЭМАП или ПЭП) [2], [3].However, there are specific disturbances that may turn out to be partially or completely synchronized with the probe pulses and, therefore, with useful signals. Such interference is very dangerous because it can accumulate in a coherent (or incoherent) drive. An example of a source of synchronous interference is a control computer complex, which is part of any modern multichannel system of automated ultrasonic monitoring. In many cases, synchronous interference is also oscillations not attenuated in the product caused by previous probing pulses, or stray vibrations of scale particles, or air bubbles that have fallen into the working area of an ultrasonic transducer (EMAT or probe) [2], [3].
Для случайной, но достаточно мощной и длительной по времени действия помехи также существует вероятность «прорваться» через накопитель. Этому способствует следующее обстоятельство.For random, but quite powerful and long-term interference, there is also the possibility of “breaking through" the drive. The following circumstance contributes to this.
Известные способы регистрации сигналов импульсных ультразвуковых дефектоскопов предполагают применение широкополосных фильтров, что обусловлено необходимостью селекции дефектов, расположенных достаточно близко к естественным отражателям, которые, как правило, формируют мощные "донные" сигналы.Known methods for recording signals from pulsed ultrasonic flaw detectors require the use of broadband filters, which is due to the need for selection of defects located fairly close to natural reflectors, which, as a rule, form powerful "bottom" signals.
Широкополосный фильтр обеспечивает прием сигналов без "заваливания" их фронтов, что благоприятно сказывается на разрешающей способности. Однако помехозащищенность такого фильтра в ряде практических случаев может оказаться неудовлетворительной.A broadband filter provides reception of signals without “falling over” their fronts, which favorably affects the resolution. However, the noise immunity of such a filter in some practical cases may be unsatisfactory.
При попытках согласовать характеристику фильтра со спектром принимаемых сигналов форма последних существенно искажается, Фронты сигналов "заваливаются", и это неблагоприятно сказывается на возможности обнаружения дефектов, особенно при контроле листового проката относительно небольшой толщины.When trying to match the filter characteristics with the spectrum of the received signals, the shape of the latter is significantly distorted, the signal fronts “fall over”, and this adversely affects the possibility of detecting defects, especially when controlling sheet metal of relatively small thickness.
В условиях отсутствия помех широкополосный прием обеспечивает существенные преимущества.In the absence of interference, broadband reception provides significant advantages.
Способ поясняется иллюстрациями.The method is illustrated by illustrations.
Фиг.1. Широкополосный фильтр-приемник. Вид типичных для листового и сортового проката реализации.Figure 1. Broadband filter receiver. Type of sales typical for sheet and long products.
Фиг.2. Приемник с согласованной фильтрацией. Влияние полосы пропускания приемника импульсного ультразвукового дефектоскопа на выявляемость дефектов, расположенных вблизи естественных отражателей, гдеFigure 2. Consistent filtering receiver. The influence of the passband of the receiver of a pulsed ultrasonic flaw detector on the detection of defects located near natural reflectors, where
1 - зондирующий импульс;1 - probe pulse;
2, 3 - первый и второй "донные" импульсы;2, 3 - the first and second "bottom" pulses;
4 - сигналы от дефектов.4 - signals from defects.
Фиг.3. Слияние импульсов 2 и 3 для случая уменьшения толщины проката в четыре раза.Figure 3. The confluence of
Фиг.4. Прием сигналов широкополосным приемником.Figure 4. Reception of signals by a broadband receiver.
Фиг.5. Пример разбиения принимаемого сигнала на зоны, гдеFigure 5. An example of dividing the received signal into zones where
А - зона действия зондирующего импульса;A - zone of action of the probe pulse;
В, D - зоны ожидания сигналов, отраженных от дефектов;B, D - waiting zones for signals reflected from defects;
С, Е - зоны ожидания "донных" сигналов;C, E - waiting zones of "bottom" signals;
1, 2, 3, 4 - как на фиг.1.1, 2, 3, 4 - as in figure 1.
Преимущества применения широкополосных приемников заключаются в следующем.The advantages of using broadband receivers are as follows.
1. Сигналы на выходе широкополосного приемника имеют значительно (иногда в несколько раз) более короткую "мертвую зону". На фиг.1 зондирующий импульс намного короче, чем аналогичный на фиг.2. Из-за этого один из импульсов, обусловленных несплошностью, видимый на фиг.1 «пропал» в «мертвой зоне» на фиг.2 (первый после зондирующего импульса).1. The signals at the output of the broadband receiver have a significantly (sometimes several times) shorter "dead zone". In Fig. 1, the probe pulse is much shorter than that in Fig. 2. Because of this, one of the pulses due to the discontinuity, visible in figure 1, "disappeared" in the "dead zone" in figure 2 (the first after the probe pulse).
2. Возможность выявлять дефекты, расположенные в непосредственной близости к естественным отражателям. По фиг.2 мы не можем с уверенностью отметить факт наличия или отсутствия некоторых сигналов, отраженных от дефектов, которые, тем не менее, отчетливо видны на фиг.1.2. The ability to identify defects located in close proximity to natural reflectors. In FIG. 2, we cannot confidently note the fact of the presence or absence of some signals reflected from defects, which, nevertheless, are clearly visible in FIG.
3. Широкополосный прием обеспечивает более широкий диапазон толщин проката, которые могут быть проконтролированы. Например, при уменьшении толщины в четыре раза контроль с применением согласованного приемника невозможен: импульсы 2 и 3 на фиг.3 практически сольются. В то же время, для широкополосного приемника (Фиг.4) контроль будет возможен, поскольку зазор между импульсами 2 и 3 будет все еще достаточным, чтобы регистрировать в нем импульсы, отраженные от дефектов.3. Broadband reception provides a wider range of rolled thicknesses that can be controlled. For example, when the thickness is reduced by four times, control using a matched receiver is impossible:
Еще одним достоинством широкополосного приемника является его возможность обеспечивать существенно более высокую точность при определении расстояния между "донными" импульсами. Это чрезвычайно важно, например, при проведении ультразвуковой толщинометрии.Another advantage of a broadband receiver is its ability to provide significantly higher accuracy in determining the distance between the "bottom" pulses. This is extremely important, for example, when performing ultrasonic thickness measurement.
Однако все эти достоинства широкополосного приема проявляются только в условиях, когда отсутствует помеха.However, all these advantages of broadband reception appear only in conditions when there is no interference.
При наличии помех, например индустриальных импульсных электромагнитных возмущений, широкополосный прием приводит к ложным срабатываниям дефектоскопической аппаратуры. Эти ложные срабатывания приводят к необоснованной перебраковке и в большинстве случаев являются совершенно неприемлемыми для производителя металлопродукции.In the presence of interference, for example, industrial pulsed electromagnetic disturbances, broadband reception leads to false positives of flaw detection equipment. These false positives lead to unreasonable rejection and in most cases are completely unacceptable to the manufacturer of metal products.
Особенно это касается случаев применения высокопроизводительных многоканальных систем автоматизированного ультразвукового контроля, стоящих непосредственно в технологическом потоке производства проката. Важным свойством таких систем, в отличие от ручных дефектоскопов, является необходимость осуществлять контроль по принципу «за один проход». Вернуться к проконтролированному участку весьма затруднительно, а зачастую и физически невозможно.This is especially true for cases of the use of high-performance multichannel systems of automated ultrasonic testing, standing directly in the technological stream of rolled metal production. An important property of such systems, unlike manual flaw detectors, is the need to carry out monitoring on a “one pass” basis. It is very difficult, and often physically impossible, to return to the controlled area.
С другой стороны, оптимизация полосы пропускания приемного тракта всегда носит компромиссный характер и в ряде случаев не приносит желаемого результата. Как правило, такие системы не обладают ни требуемой помехозащищенностью, ни удовлетворительной разрешающей способностью.On the other hand, the optimization of the reception channel bandwidth is always a compromise and in some cases does not bring the desired result. As a rule, such systems have neither the required noise immunity nor satisfactory resolution.
Предлагаемый способ позволяет эффективно устранить указанное противоречие. В основу настоящего изобретения положена задача создания способа ультразвукового контроля с повышенной помехозащищенностью, исключающий искажение принимаемых сигналов и обеспечивающий высокую достоверность результатов контроля.The proposed method can effectively eliminate this contradiction. The present invention is based on the task of creating an ultrasonic monitoring method with increased noise immunity, eliminating the distortion of received signals and providing high reliability of the monitoring results.
Указанная задача достигается тем, что в способе повышения помехозащищенности ультразвукового контроля, включающем широкополосный прием при помощи ультразвуковых преобразователей, регистрацию и обработку ультразвуковых сигналов, согласно изобретению, принимаемый ультразвуковым преобразователем сигнал условно разбивают на несколько временных зон, с помощью, например, коммутирующих устройств осуществляют физическое разделение сигналов, расположенных в различных временных зонах, как минимум, от основного сигнала отделяют его составляющие, расположенные в зонах ожидания сигналов, отраженных от дефектов, сигналы из разных зон подвергают независимой обработке, например, сигналы из зон действия зондирующего импульса и ожидания «донных» сигналов подают на достаточно широкополосные усилители, обеспечивающие сохранение формы импульсов и крутизну их фронтов, сигналы из зон ожидания сигналов, отраженных от дефектов, подвергают фильтрации, обеспечивающей максимальное соотношение сигнал/помеха на выходе соответствующего устройства, определяют максимальную амплитуду сигнала в зонах ожидания сигналов, отраженных от дефекта, значение этой амплитуды сравнивают с предельно допустимым значением и по результатам этого сравнения принимают решение о наличии или отсутствии дефекта, по результатам этой оценки принимают дополнительное решение о необходимости проведения повторного контроля всего изделия или только его «подозрительного» участка, в спектре сигналов, находящихся в зонах ожидания сигналов, отраженных от дефекта, определяют амплитуды частотных составляющих, характерных и нехарактерных для спектра зондирующих импульсов или спектра принимаемых полезных сигналов, сравнивают значения амплитуды «полезных» составляющих с амплитудой частотных составляющих, не характерных для спектра полезного сигнала, по результатам этого сопоставления судят о достоверности решения об обнаружении несплошности, для очистки сигналов от регулярной составляющей осуществляют не только основные циклы когерентного или некогерентного накопления принимаемых сигналов, но и вспомогательные циклы, а реализацию, очищенную от регулярной составляющей, получают путем вычитания суммарных реализаций, полученных в результате относительно короткого и относительно длинного циклов накоплений.This task is achieved by the fact that in the method of increasing the noise immunity of ultrasonic testing, including broadband reception using ultrasonic transducers, registration and processing of ultrasonic signals, according to the invention, the signal received by the ultrasonic transducer is conventionally divided into several time zones, using, for example, switching devices to perform physical the separation of signals located in different time zones, at least from the main signal, its composition is separated Signals located in the waiting zones of signals reflected from defects are subjected to independent processing, for example, signals from the zones of operation of the probing pulse and waiting for "bottom" signals are fed to sufficiently broadband amplifiers, which ensure the preservation of the shape of the pulses and the steepness of their edges, signals from the waiting areas of signals reflected from defects, they are filtered, providing the maximum signal / noise ratio at the output of the corresponding device, the maximum signal amplitude is determined In the waiting areas of signals reflected from the defect, the value of this amplitude is compared with the maximum permissible value and, based on the results of this comparison, a decision is made on the presence or absence of a defect, and an additional decision is made on the results of this assessment about the need to re-check the entire product or only its “suspicious” "Of the plot, in the spectrum of signals located in the waiting areas of signals reflected from the defect, determine the amplitudes of the frequency components, characteristic and uncharacteristic of the spectrum probe pulses or the spectrum of the received useful signals, compare the values of the amplitude of the “useful” components with the amplitude of the frequency components that are not characteristic of the spectrum of the useful signal, according to the results of this comparison, the reliability of the decision to detect a discontinuity is judged, not only the main cycles are performed to clear the signals from the regular component coherent or incoherent accumulation of received signals, but also auxiliary cycles, and the implementation, cleared of the regular component, gets t by subtracting the total realizations derived from relatively short and relatively long accumulation cycles.
Например, если в спектре сигналов, принятых в зоне В и D, преобладают частотные составляющие, не характерные для полезного сигнала, делают заключение о ненадежности вывода об обнаружении несплошности. Весьма вероятно, что превышение допустимого порога произошло в результате действия помехи.For example, if the frequency components that are not characteristic of the useful signal prevail in the spectrum of signals received in zone B and D, they conclude that the conclusion about the detection of discontinuity is unreliable. It is very likely that exceeding the allowable threshold occurred as a result of interference.
Заявляемый способ дополнительно предполагает также возможность очистки сигнала в зонах ожидания импульсов, отраженных от дефектов, от регулярной составляющей, которая в прокате может быть обусловлена, например, незатухшими колебаниями или наличием паразитных волн, возбуждаемых пьезоэлектрическим или электромагнитно-акустическим преобразователями.The inventive method additionally also assumes the possibility of cleaning the signal in the waiting areas of pulses reflected from defects from the regular component, which at the box office can be caused, for example, by undamped oscillations or by the presence of spurious waves excited by piezoelectric or electromagnetic-acoustic transducers.
Превышение допустимого порога может происходить в результате действия помехи.Exceeding the permissible threshold may occur as a result of interference.
Регулярная составляющая в прокате может быть обусловлена, например, незатухшими колебаниями или наличием паразитных волн, возбуждаемых пьезоэлектрическим или электромагнитно-акустическим преобразователями.The regular component in the rental may be due, for example, undamped oscillations or the presence of spurious waves excited by piezoelectric or electromagnetic-acoustic transducers.
Источники информацииInformation sources
1. Й.Крауткремер, Г.Крауткремер. Ультразвуковой контроль материалов. Справочное пособие. Пер. с нем. - М.: Металлургия, 1991, 752 с.1. J. Krautkremer, G. Krautkremer. Ultrasonic control of materials. Reference manual. Per. with him. - M.: Metallurgy, 1991, 752 p.
2. Патент РФ 2123401.2. RF patent 2123401.
3. А.В.Кириков, А.Н.Забродин. Особенности применения ЭМАП при УЗК проката. Журнал «В мире неразрушающего контроля», N1, март 2002, С.5-8.3. A.V. Kirikov, A.N. Zabrodin. Features of the use of EMAT with ultrasound testing. The magazine "In the world of non-destructive testing", N1, March 2002, S. 5-8.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005109969/28A RU2292544C2 (en) | 2005-04-07 | 2005-04-07 | Method of improving noise immunity of ultrasonic inspection |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005109969/28A RU2292544C2 (en) | 2005-04-07 | 2005-04-07 | Method of improving noise immunity of ultrasonic inspection |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005109969A RU2005109969A (en) | 2006-10-20 |
RU2292544C2 true RU2292544C2 (en) | 2007-01-27 |
Family
ID=37437389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005109969/28A RU2292544C2 (en) | 2005-04-07 | 2005-04-07 | Method of improving noise immunity of ultrasonic inspection |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2292544C2 (en) |
-
2005
- 2005-04-07 RU RU2005109969/28A patent/RU2292544C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005109969A (en) | 2006-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shiroishi et al. | Bearing condition diagnostics via vibration and acoustic emission measurements | |
US7779693B2 (en) | Method for nondestructive testing of pipes for surface flaws | |
JP5644986B1 (en) | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus | |
CN109196350B (en) | Method for detecting defects in materials by ultrasound | |
Zeng et al. | Waveform separation and image fusion for Lamb waves inspection resolution improvement | |
Moll et al. | Time-varying inverse filtering of narrowband ultrasonic signals | |
RU2550825C1 (en) | Method of dynamic calibration of ultrasonic detector | |
RU2292544C2 (en) | Method of improving noise immunity of ultrasonic inspection | |
JP5497448B2 (en) | Method for enhancing interference protection in ultrasonic testing and apparatus for carrying out this method | |
Broberg et al. | Improved corner detection by ultrasonic testing using phase analysis | |
JP5904154B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus | |
US10620162B2 (en) | Ultrasonic inspection methods and systems | |
RU2371716C2 (en) | Device for increasing noise-immunity for ultrasonic control | |
Cicero et al. | Potential and limitations of a deconvolution approach for guided wave structural health monitoring | |
RU2246724C1 (en) | Method of ultrasonic testing of material quality | |
RU2613567C1 (en) | Method for ultrasonic nondestructive inspection | |
US20220196398A1 (en) | Automation of thickness measurements for noisy ultrasonic signals | |
Siegel et al. | New methods for multisource PD localization on power transformers by an acoustic sensor array | |
RU2029300C1 (en) | Method of ultrasonic flaw detection of cylindrical articles | |
Mirchev et al. | Application of Synthetic Aperture Focusing Technique for inspection of plate-like structures using EMAT generated Lamb waves | |
RU2690975C1 (en) | Method of determining signal from pipe wall according to power lines statistics pid cd data | |
Cerniglia et al. | Analysis of laser-generated lamb waves with wavelet transform | |
Kachanov et al. | Requirements for choosing the parameters of broadband transducers for testing objects with high damping of ultrasonic signals | |
JP2001074703A (en) | Ultrasonic flaw detecting apparatus | |
SU1049798A1 (en) | Process for reflection-transmission ultrasonic inspecting of parts with constant cross-section |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20080828 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20090810 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140408 |