RU2365912C1 - Ultrasonic device for materials quality control - Google Patents
Ultrasonic device for materials quality control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2365912C1 RU2365912C1 RU2008109727/28A RU2008109727A RU2365912C1 RU 2365912 C1 RU2365912 C1 RU 2365912C1 RU 2008109727/28 A RU2008109727/28 A RU 2008109727/28A RU 2008109727 A RU2008109727 A RU 2008109727A RU 2365912 C1 RU2365912 C1 RU 2365912C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- indicator
- counter
- trigger
- series
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающим испытаниям материалов ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля качества и дефектоскопии твердых материалов в строительстве, горном деле, машиностроении.The invention relates to non-destructive testing of materials by the ultrasonic method and can be used to control the quality and inspection of solid materials in construction, mining, and mechanical engineering.
Известно ультразвуковое устройство для контроля качества материалов, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучающий преобразователь, приемный преобразователь, дифференцирующий усилитель и усилитель, к которому подключены два пороговых элемента, первый из которых связан с последовательно соединенными первым и вторым триггерами ворот, коммутатором и преобразователем временного интервала в цифровой код, а второй - подключен ко второму входу второго триггера ворот, при этом синхронизатор через первый триггер ворот связан с коммутатором [1]. Это устройство обеспечивает повышенную точность измерения времени распространения ультразвуковых колебаний, поскольку указанное время отсчитывается между излученным ультразвуковым импульсом и первым экстремумом принимающего ультразвукового импульса, а такой способ отсчета является более точным по сравнению с традиционно используемым отсчетом по некоторому пороговому уровню принимаемого сигнала.A known ultrasonic device for controlling the quality of materials, comprising a serially connected synchronizer, a probe pulse generator, an emitting transducer, a receiving transducer, a differentiating amplifier and an amplifier, to which two threshold elements are connected, the first of which is connected to the first and second gate triggers, the switch, and a time interval converter into a digital code, and the second is connected to the second input of the second gate trigger, while Torr through a first trigger gate is connected to the switch [1]. This device provides increased accuracy in measuring the propagation time of ultrasonic vibrations, since the indicated time is counted between the emitted ultrasonic pulse and the first extremum of the receiving ultrasonic pulse, and this method of reference is more accurate compared to the traditionally used reference at some threshold level of the received signal.
Недостатком известного устройства является низкая помехозащищенность контроля материалов с большими затуханиями ультразвуковых колебаний, обусловленная тем, что амплитуда первой информативной полуволны ультразвукового сигнала оказывается, в ряде случаев, ниже уровня акустических помех различной физической природы.A disadvantage of the known device is the low noise immunity of the control of materials with large attenuation of ultrasonic vibrations, due to the fact that the amplitude of the first informative half-wave of the ultrasonic signal is, in some cases, lower than the level of acoustic noise of various physical nature.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройство для ультразвукового контроля качества материалов, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор и излучающий акустический преобразователь, последовательно соединенные приемный акустический преобразователь, усилитель и первое пороговое устройство, цифровой счетчик-индикатор, связанный с синхронизатором и две схемы «И» [2]. Данное устройство, принятое авторами за прототип, позволяет исключить ложные срабатывания при действии помех с периодами следования, совпадающими с периодом зондирующих импульсов. В то же время недостатком устройства-прототипа является низкая точность контроля в тех случаях, когда объект исследования отличается повышенным затуханием упругих волн или затруднено обеспечение надежных контактных условий акустических преобразователей с поверхностями ввода и приема акустических сигналов. При этом устройство срабатывает не по первой положительной полуволне принятого сигнала, а по отрицательной полуволне или последующим положительным полуволнам, амплитуда которых существенно больше, чем у первой полуволны. В результате возникает погрешность измерения времени распространения ультразвукового сигнала, являющегося информативным параметром контроля.Closest to the proposed invention in technical essence is a device for ultrasonic quality control of materials, containing a serially connected synchronizer, a generator and a radiating acoustic transducer, serially connected a receiving acoustic transducer, an amplifier and a first threshold device, a digital counter indicator associated with the synchronizer and two circuits "AND 2]. This device, adopted by the authors as a prototype, eliminates false positives due to interference with repetition periods coinciding with the period of the probe pulses. At the same time, the disadvantage of the prototype device is the low accuracy of control in cases where the object of study is characterized by increased attenuation of elastic waves or it is difficult to ensure reliable contact conditions of acoustic transducers with input and reception surfaces of acoustic signals. In this case, the device is triggered not by the first positive half-wave of the received signal, but by the negative half-wave or the subsequent positive half-waves, the amplitude of which is significantly larger than that of the first half-wave. As a result, an error arises in measuring the propagation time of an ultrasonic signal, which is an informative control parameter.
Задачей изобретения является повышение точности контроля за счет исключения срабатывания устройства не по первой полуволне принятого ультразвукового сигнала.The objective of the invention is to increase the accuracy of control by eliminating the operation of the device not on the first half-wave of the received ultrasonic signal.
Решение указанной задачи достигается тем, что ультразвуковое устройство для контроля качества материалов, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор и излучающий акустический преобразователь, последовательно соединенные приемный акустический преобразователь, усилитель и пороговое устройство, цифровой счетчик-индикатор, связанный с синхронизатором, и первую и вторую схемы «И», дополнительно снабжено последовательно соединенными первым триггером, счетчиком импульсов и первым индикатором, последовательно соединенными инвертирующим усилителем и вторым пороговым устройством, включенными между приемным акустическим преобразователем и второй схемой «И», последовательно соединенными вторым триггером и вторым индикатором, счетчиком-делителем на три, включенным между синхронизатором и счетчиком импульсов, первый выход которого связан с управляющим входом генератора, а второй - со вторым входом цифрового счетчика-индикатора, каждая из схем «И» связана с первым входом соответствующего триггера, выходы триггеров перекрестно подключены ко вторым входам схем «И», а вторые входы - к синхронизатору, причем первое пороговое устройство подключено к первому входу первой схемы «И».The solution to this problem is achieved by the fact that an ultrasonic device for controlling the quality of materials, containing a serially connected synchronizer, a generator and a radiating acoustic transducer, serially connected a receiving acoustic transducer, an amplifier and a threshold device, a digital counter indicator associated with the synchronizer, and the first and second circuits “And” is additionally equipped with a first trigger connected in series, a pulse counter and a first indicator, connected in series connected by an inverting amplifier and a second threshold device connected between the receiving acoustic transducer and the second “I” circuit, connected in series by the second trigger and the second indicator, a three-divider counter connected between the synchronizer and the pulse counter, the first output of which is connected to the control input of the generator, and the second - with the second input of the digital counter-indicator, each of the “I” circuits is connected with the first input of the corresponding trigger, the outputs of the triggers are cross-connected to the second the “I” circuits, and the second inputs to the synchronizer, and the first threshold device is connected to the first input of the first “I” circuit.
На фиг.1 изображена блок-схема ультразвукового устройства для контроля качества материалов; на фиг.2 - эпюры напряжений (временные диаграммы), поясняющие работу устройства.Figure 1 shows a block diagram of an ultrasonic device for controlling the quality of materials; figure 2 - plot of stresses (timing diagrams), explaining the operation of the device.
Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов содержит синхронизатор 1, связанный через генератор 2 зондирующих импульсов с излучающим акустическим преобразователем 3, который акустически связан с объектом контроля, на противоположной стороне которого установлен с возможностью акустического контакта приемный преобразователь 4, подключенный ко входам усилителя 5 и инвертирующего усилителя 6. Выходы усилителей 5 и 6 подключены ко входам соответственно первого порогового устройства 7 и второго порогового устройства 8, которые, в свою очередь, подключены к первым входам соответственно первой схемы «И» 9 и второй схемы «И» 10. Первая схема «И» 9 и вторая схема «И» 10 связаны с R входами соответственно первого асинхронного RS триггера 11 и второго асинхронного RS триггера 12. Триггер 11 подключен к счетному входу счетчика импульсов 13 и второму входу второй схемы «И» 10, а триггер 12 - ко второму индикатору 14 и второму входу первой схемы «И» 9. Синхронизатор 1 связан с S входами первого RS триггера 11 и второго RS триггера 12, а также со входом счетчика-делителя на три 15, выход которого подключен ко входу установки в нулевое состояние счетчика импульсов 13. Счетчик импульсов 13 подключен своим первым выходом к управляющему входу генератора 2, а вторым - к первому индикатору 16 и второму входу цифрового счетчика-индикатора 17, первый вход которого связан с синхронизатором 1.The ultrasonic device for controlling the quality of materials contains a
Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов работает следующим образом.An ultrasonic device for controlling the quality of materials works as follows.
Синхронизатор 1 вырабатывает представленные на эпюре 18 периодические синхроимпульсы 19, 20, 21 и т.д., которые поступают на генератор 2. Электрические импульсы генератора 2 возбуждают излучающий акустический преобразователь 3. С помощью преобразователя 3 ультразвуковые импульсные колебания вводят в объект контроля, после прохождения которого эти колебания принимают и преобразуют в электрические сигналы приемным акустическим преобразователем 4. Электрические сигналы с выхода преобразователя 4 усиливают усилителем 5 и инвертирующим усилителем 6. При этом представленные на эпюре 22 электрические сигналы 24 и 25 с выхода усилителя 5 равны по амплитуде и противофазны сигналам 26 и 27 с выхода усилителя 6 в соответствующих периодах следования. Далее сигналы 24, 25 усилителя 5 и сигнала 26, 27 усилителя 6 поступают на пороговые устройства 7 и 8 соответственно. На выходах пороговых устройств 7 и 8, пороги 28 и 29 срабатывания которых одинаковы, появляются представленные на эпюрах 30 и 31 импульсы 32, 33 и 34, 35 положительной полярности. Причем время появления импульсов 32 и 33 соответствует моменту первого пересечения порогового уровня 28 сигналами 24 и 25 соответственно, а время появления импульсов 34 и 35 соответствует моменту первого пересечения порогового уровня 29 сигналами 26 и 27 соответственно.The
Рассмотрим нормальный режим работы ультразвукового устройства, т.е. когда затухание ультразвуковых колебаний в объекте контроля относительно невелико, а контактные условия акустических преобразователей с этим объектом надежные и амплитуда первой полуволны сигнала 24 больше порога 28 срабатывания первого порогового устройства 7.Consider the normal operation of the ultrasonic device, i.e. when the attenuation of ultrasonic vibrations in the control object is relatively small, and the contact conditions of the acoustic transducers with this object are reliable and the amplitude of the first half-wave of
Импульс 32 с выхода первого порогового устройства 7, опережающий по времени импульс 34 с выхода второго порогового устройства 8, поступает через первую схему «И» 9 на вход R первого асинхронного RS триггера 11 и импульс 36 на выходе последнего переходит в напряжение 37 логического нуля, представленные на эпюре 38. При этом нулевое напряжение 37 подается на второй вход второй схемы «И» 10 и запрещает прохождение через нее импульсов 34 с выхода второго порогового устройства 8.The
Одновременно задним фронтом импульса 36 с выхода первого RS триггера 11 переключается счетчик 13 импульсов и на его первом выходе появляется положительное напряжение 39, представленное на эпюре 40, которое поступает на управляющий вход генератора 2 импульсов. При этом амплитуда импульсов 25 генератора увеличивается в 1,5 раза по сравнению с импульсом 24 в первом периоде излучения.At the same time, the pulse counter 13 is switched from the output of the first RS of the trigger 11 to the trailing edge of the
Второй синхроимпульс 20 с выхода синхронизатора 1 поступает на S входы первого RS триггера 11 и второго RS триггера 12 и устанавливает их выходы в состояние логической единицы. Синхроимпульс 20 устанавливает также в исходное нулевое состояние цифровой счетчик-индикатор 17, на единицу изменяет состояние счетчика-делителя 15 на три и одновременно запускает генератор 2. При этом амплитуды излученного, а соответственно и принятого сигнала будут в 1,5 раза больше предыдущего.The
Далее работа прибора будет аналогична описанной выше и счетчик 13 импульсов изменит свое состояние на единицу, а на его втором выходе при приходе второго импульса 25 появится положительное напряжение 41 (см. эпюру 42), которое поступает на первый индикатор 16. При этом индикатор 16 сигнализирует о том, что измерения осуществляются по превышению порогового уровня 28 первой положительной полуволной принятого сигнала 25. Одновременно положительное напряжение 41 с выхода счетчика 13 импульсов поступает на второй вход цифрового счетчика-индикатора 17, и на его индикаторе отображается искомый результат измерений, то есть время распространения ультразвукового сигнала от излучающего акустического преобразователя 3 через объект контроля к приемному акустическому преобразователю 4.Further, the operation of the device will be similar to that described above and the counter 13 pulses will change its state by one, and at its second output, when the
С приходом импульса 21 синхронизации триггеры 11 и 12 и цифровой счетчик-индикатор 17 устанавливаются в исходное состояние, а на выходе счетчика-делителя 15 на три появляется импульс, который поступает на вход установки в нулевое состояние счетчика 13 импульсов. Таким образом, все устройство устанавливается в исходное состояние.With the arrival of the
Теперь рассмотрим случай, когда амплитуда первой положительной полуволны сигнала 24 с выхода усилителя 5 меньше порога 28 первого порогового устройства 7, а амплитуда первой отрицательной полуволны сигнала 24 на выходе усилителя 6 больше порога первого порогового устройства 7. При этом очевидно, что амплитуда первой положительной полуволны сигнала 26 на выходе инвертирующего усилителя 6 больше порога 29 второго порогового устройства 8. В этом случае первым появится импульс 34 на выходе второго порогового устройства 8, который через вторую схему 10 «И» поступит на вход R второго асинхронного RS триггера 12, на выходе которого при этом появится напряжение 44 логического «нуля», представленное на эпюре 43. Это напряжение 44 поступит на второй вход первой схемы «И» 9 и запретит прохождение через нее импульсов 32. Одновременно напряжение 44 поступит на вход второго индикатора 14. При этом произойдет включение второго индикатора 14, что будет сигнализировать о невозможности получения в данном конкретном случае точного результата измерения времени распространения ультразвукового сигнала в объекте контроля.Now consider the case where the amplitude of the first positive half-wave of
Экспериментальная проверка работоспособности и эффективности предлагаемого устройства для контроля качества материалов осуществлялась путем измерения с его помощью скорости распространения импульсного ультразвукового сигнала частотой 60 кГц в гранитном блоке с базой L=0,5 м. При идеальных контактных условиях излучающего и приемного пьезопреобразователей с гранитным блоком, достигаемых применением контактной смазки и повышенным давлением на преобразователи, устройство срабатывало по первой полуволне принятого сигнала, о чем свидетельствовало срабатывание индикатора. При этом измеренное время tp1 составило 102 мкс, а Сp1=L/tp1=0,5/102 мкс=4902 м/с. Затем измерения были проведены без принятия специальных мер обеспечения надежных контактных условий преобразователей с блоком гранита. При этом измеренное время tp2 составило 110,3 мкс, Сp2=L/tp2=4533 м/с, а соответствующая относительная погрешность δср=[Сp1-Сp2)/Сp1≈7,5%. Однако, поскольку во втором случае сработал второй индикатор 14, сигнализирующий о том, что срабатывание устройства произошло по отрицательной полуволне принятого сигнала, значение Сp2 не было принято за истинный результат измерения, что позволило также исключить неправильную оценку качества контролируемого блока. При измерении с помощью устройства-прототипа скорости распространения ультразвука Сp3 в том же блоке гранита (без принятия специальных мер по обеспечению надежных контактных условий с ним преобразователей) были получены значения tp3=118,6 мкс, Сp3=L/tp3=4216 м/с и δср≈14%.An experimental check of the operability and effectiveness of the proposed device for controlling the quality of materials was carried out by measuring with it the propagation velocity of a pulsed ultrasonic signal with a frequency of 60 kHz in a granite block with a base L = 0.5 m. Under ideal contact conditions of a radiating and receiving piezoelectric transducers with a granite block, achieved using contact grease and increased pressure on the transducers, the device was triggered by the first half-wave of the received signal, as you will see The indicator flashed. In this case, the measured time t p1 was 102 μs, and C p1 = L / t p1 = 0.5 / 102 μs = 4902 m / s. Then the measurements were carried out without taking special measures to ensure reliable contact conditions of the transducers with a granite block. In this case, the measured time t p2 was 110.3 μs, С p2 = L / t p2 = 4533 m / s, and the corresponding relative error δ avg = [С p1 -С p2 ) / С p1 ≈7.5%. However, since in the second case the second indicator 14 worked, signaling that the device was triggered by the negative half-wave of the received signal, the value of C p2 was not taken as a true measurement result, which also allowed to exclude an incorrect assessment of the quality of the controlled unit. When measuring the propagation speed of ultrasound With p p3 in the same granite block using a prototype device (without taking special measures to ensure reliable contact conditions with the transducers), the values t p3 = 118.6 μs, C p3 = L / t p3 = 4216 m / s and δ avg ≈14%.
Таким образом, предлагаемое устройство для контроля качества материалов обеспечивает повышение точности контроля, так как исключает срабатывание устройства не по первой полуволне принятого ультразвукового сигнала.Thus, the proposed device for controlling the quality of materials provides an increase in the accuracy of control, since it excludes the operation of the device beyond the first half-wave of the received ultrasonic signal.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство SU 1133545, G01N 29/04, опубл. БИ 1, 07.01.85.1. Copyright certificate SU 1133545,
2. Авторское свидетельство SU 1174846, G01N 29/04, опубл. БИ 31, 23.08.85.2. Copyright certificate SU 1174846,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008109727/28A RU2365912C1 (en) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Ultrasonic device for materials quality control |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008109727/28A RU2365912C1 (en) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Ultrasonic device for materials quality control |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2365912C1 true RU2365912C1 (en) | 2009-08-27 |
Family
ID=41149963
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008109727/28A RU2365912C1 (en) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Ultrasonic device for materials quality control |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2365912C1 (en) |
-
2008
- 2008-03-17 RU RU2008109727/28A patent/RU2365912C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4903032B2 (en) | Aerial ultrasonic flaw detection system | |
US6842716B1 (en) | Method and apparatus for measuring the propagation time of a signal, in particular a ultrasonic signal | |
CN103777202B (en) | Based on the method for ultrasonic measurement distance having free decaying vibration | |
RU2365912C1 (en) | Ultrasonic device for materials quality control | |
JP2017090201A (en) | Aerial ultrasonic flaw detection device and aerial ultrasonic flaw detection system | |
CN203366611U (en) | Ultrasonic measurement device used for physics teaching | |
RU68148U1 (en) | ULTRASONIC FLOW METER | |
RU147257U1 (en) | HYDROLOGICAL PROBE FOR MEASURING SOUND SPEED IN THE SEA | |
RU2362184C1 (en) | Sounding signal generator | |
RU2265833C2 (en) | Method of ultrasonic defectoscopy of sheet and bar | |
RU85664U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE SPEED OF ULTRASONIC WAVES | |
KR20070087877A (en) | Reverberation eliminating method of the ultrasonic transmitting driver | |
RU88460U1 (en) | ULTRASONIC FLOW METER (OPTIONS) | |
Murav’ev et al. | An instrument for measuring acoustic wave velocities in metals and alloys | |
RU2530450C1 (en) | Method of product thickness gauging by ultrasonic impulses | |
SU1357709A1 (en) | Ultrasonic echo-pulse thickness gauge | |
Huber et al. | Ultrasonic Flowmeter for Leakage Detection in Water Mains | |
RU2195635C1 (en) | Method of measurement of level of liquid and loose media | |
JP2010160005A (en) | Flow rate measurement apparatus | |
SU1446469A1 (en) | Ultrasonic thickness meter | |
RU2069841C1 (en) | Device measuring ultrasound velocity | |
RU2582898C2 (en) | Generating channel of parametric sonar | |
RU2410647C1 (en) | Method to measure flow of liquid mediums and ultrasonic flow metre (versions) | |
RU1820230C (en) | Device for measuring speed of propagation of ultrasonic oscillations | |
Cannas et al. | Numerical Simulations of Ultrasonic Non Destructive Techniques of Masonry Buildings. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140318 |