RU2387986C2 - Способ неконтактной импульсной ультразвуковой диагностики - Google Patents
Способ неконтактной импульсной ультразвуковой диагностики Download PDFInfo
- Publication number
- RU2387986C2 RU2387986C2 RU2008124714/28A RU2008124714A RU2387986C2 RU 2387986 C2 RU2387986 C2 RU 2387986C2 RU 2008124714/28 A RU2008124714/28 A RU 2008124714/28A RU 2008124714 A RU2008124714 A RU 2008124714A RU 2387986 C2 RU2387986 C2 RU 2387986C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultrasonic
- ultrasonic wave
- depth
- frequency
- wave
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
Использование: для ультразвукового неразрушающего контроля объектов. Сущность заключается в том, что осуществляют неконтактное возбуждение мощным объемным импульсным электрическим разрядом в объекте ультразвуковой волны и ее регистрацию синхронизованным по времени в режиме отражения или прохождения света импульсным источником системы регистрации ультразвуковых волн в объекте, при этом для возбуждения ультразвуковой волны в объекте используется мощный объемный импульсный электрический разряд, у которого фронт ультразвукового импульса соответствует частоте с длиной волны меньше размеров дефектов и длительность ультразвукового импульса соответствует частоте ультразвуковой волны, проникающей на всю глубину объекта. Технический результат: увеличение глубины контроля дефектов при неконтактной ультразвуковой диагностике объектов. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области ультразвуковой диагностики, а именно к неконтактному способу по возбуждению и регистрации ультразвуковой (акустической) волны, и может быть использовано в неразрушающем дистанционном контроле различных силовых конструкций и ответственных деталей.
Известен способ лазерно-акустического контроля, заключающийся в генерации лазерного импульса, преобразовании его с помощью поглощающей световой импульс плоскопараллельной пластины в акустический сигнал, излучении акустического сигнала в исследуемую среду и регистрации отраженного сигнала [1]. Недостатком данного способа является низкая чувствительность оптической регистрации отраженного сигнала.
Известен способ [2] бесконтактной ультразвуковой дефектоскопии, использующий метод зондирования объекта диагностики последовательностью генерируемых ультразвуковых импульсов заданной интенсивности и формы с последующей регистрацией отраженных или прошедших сигналов, в котором в качестве зондирующих и приемных устройств используют источники когерентного электромагнитного излучения (например, лазеры), а для подвода и съема энергии в выбранных точках поверхности объекта диагностики применяют средства волоконной оптики. В данном способе оптико-акустическое преобразование осуществляется непосредственно в объекте исследования. Это дает возможность значительно увеличить мощность ультразвуковой волны в исследуемом объекте и позволяет оптическим методом увеличить чувствительность регистрации отраженной ультразвуковой волны. Вместе с тем, для достижения разрешающей способности групп нитевидных и объемных дефектов с поперечным сечением 10-100 мкм в стальных объектах необходимо ультразвуковое облучение с длинной волны 5-50 мкм. Это соответствует частоте ультразвуковой волны 100-1000 МГц. Акустические волны в этом частотном диапазоне эффективно поглощаются объектом. Поэтому для диагностики таких микродефектов, к примеру, в стальных объектах даже на глубине 2 см мощность ультразвуковой волны на поверхности объекта должна достигать не менее 1-10 МВт. Учитывая, что коэффициент поглощения света обычной поверхностью металлических образцов составляет 20-80%, а кпд преобразования лазерного импульса в акустический не более 0,1%, получим необходимую мощность лазерного импульса порядка 1-10 ГВт. При такой мощности лазерного воздействия исследуемый объект будет термически разрушаться. Это основной недостаток указанного метода.
Наиболее близким техническим решением к предложенному, принятым за прототип, является способ [3] неконтактной ультразвуковой диагностики, использующий для возбуждения ультразвуковой волны в исследуемом объекте мощный объемный импульсный электрический разряд, синхронизованный по времени с импульсным источником света системы регистрации ультразвуковых волн в объекте. Это дает возможность значительно увеличить мощность ультразвуковой волны в исследуемом объекте и, как следствие, позволяет при оптической регистрации падающей и отраженных ультразвуковых волн увеличить глубину контроля и разрешение дефектов в объекте. Вместе с тем, при разрешающей способности групп нитевидных и объемных дефектов с поперечным сечением 30-40 мкм в стальных объектах необходимо ультразвуковое облучение с длинной волны 15-20 мкм. При длительности объемного разряда t=4 нс это соответствует частоте ультразвуковой волны f=1/t=250 МГц. Акустические волны в этом частотном диапазоне эффективно поглощаются объектом (см. фиг.2). Поэтому для диагностики таких микродефектов, к примеру, в стальных объектах на глубине 4 см импульсная мощность ультразвуковой волны на поверхности объекта должна достигать не менее 10 МВт. Увеличение глубины регистрации дефектов в объекте с 4 см до 5 см (на 20%) потребует повышения мощности до 170 МВт, т.е. в семнадцать раз. При длительности объемного разряда t=0,8 нс (частота ультразвуковой волны f=1/t=1250 МГц) достигается разрешение нитевидных и объемных дефектов поперечным размером до 5 микрон. Но в этом случае достигнутая глубина регистрации не превышает уже 1 см. Таким образом, данный способ неконтактной ультразвуковой диагностики, основанный на возбуждении ультразвуковой волны в исследуемом объекте мощным объемным импульсным электрическим разрядом, имеет ограничение регистрации микродефектов по глубине, которое обусловлено сильным поглощением в объекте высокочастотных ультразвуковых волн. Это является недостатком данного метода.
Целью данного изобретения является создание способа, позволяющего увеличить глубину контроля дефектов при неконтактной ультразвуковой диагностике объектов.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «новизна».
Заявителю неизвестно из уровня техники о наличии следующих признаков:
1. Фронт ультразвукового импульса объемного газового разряда соответствует частоте с длиной волны меньше размеров дефектов.
2. Длительность ультразвукового импульса объемного газового разряда соответствует частоте ультразвуковой волны, проникающей на всю глубину объекта.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень». Кроме того, при взаимодействии признаков получается новый технический результат - существенно увеличивается глубина контроля объектов.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для реализации данного способа. На фиг.2 отображена зависимость коэффициента затухания ультразвуковой волны от частоты в стали.
Способ осуществляется следующим образом.
Поверхность контролируемого объекта (0) облучают наносекундным ультразвуковым импульсом, формируемым мощным генератором (1) объемного электрического разряда на воздухе. Генератор имеет устройство (2) регулировки длительности фронта и импульса объемного разряда. Падающий и отраженный от дефектов ультразвуковые импульсы регистрируются информационной оптической системой, которая состоит из импульсного источника света (3), объектива (4) фотоприемника (5). Оптический импульс посредством зеркал (6) подается под углом (фиг.1) на зашлифованную поверхность исследуемого объекта, отражается и регистрируется быстродействующим фотоприемником (5). Сигнал с фотоприемника (5) поступает на цифровой осциллограф (7). Работа мощного импульсного генератора объемного электрического разряда (плазменного генератора) (1) и импульсного источника света (3) синхронизованы во времени так, что генератор объемной плазмы (1) запускается после выхода импульсного источника света (3) на рабочий режим. При этом оптический импульс имеет длительность не менее времени двойного прохода ультразвуковой волны по глубине сварного шва объекта. Цифровой осциллограф (6) запускается по переднему фронту оптического импульса.
Пример 1. Контролируемый стальной объект толщиной 6 см облучают в деформированной области неконтактно на расстоянии 1 см посредством объемного газового разряда с фронтом 4 нс и длительностью 10 нс. Регистрацию наведенной мощной (10 МВт/см2) ультразвуковой волны до и после прохождения деформированной части объекта производят фотоприемником с временным разрешением 1 нс, на который подается отраженный оптический импульс длительностью 30 мкс от зашлифованной поверхности в области синхронно действующего объемного плазменного удара. В прямом эксперименте зарегистрированы нитевидные и объемные дефекты поперечным сечением 30-40 микрон на глубине их регистрации до 4 см. Данное разрешение обусловлено действием ультразвуковой волны с частотой f=250 МГц, которая соответствует фронту импульса объемного газового разряда tф=1/f=4 нс. С глубины 4 см и далее на глубину проникновения ультразвуковой волны на всю толщину объекта зарегистрированы дефекты диаметром 90-100 микрон. Данное разрешение обусловлено действием ультразвуковой волны с частотой f=100 МГц, которая соответствует длительности импульса объемного газового разряда t=1/f=10 нс. Таким образом, по сравнению с прототипом глубина регистрации микродефектов увеличена в 1,2 раза.
Пример 2. Контролируемый стальной объект толщиной 12 см облучают неконтактно на расстоянии 1 см в области сварного шва посредством объемного газового разряда с фронтом 2 нс и длительностью 20 нс. Регистрацию наведенной мощной (10 МВт/см2) ультразвуковой волны до и после прохождения сварного шва в объекте производят фотоприемником с временным разрешением 1 нс, на который подается отраженный оптический импульс длительностью 50 мкс от зашлифованной поверхности сварного шва в области синхронно действующего объемного плазменного удара. В результате по сравнению с примером 1, не разрушая объект, зарегистрированы нитевидные и объемные дефекты поперечным сечением 12-15 микрон на глубине объекта до 2 см. Данное разрешение обусловлено действием ультразвуковой волны с частотой f=500 МГц, которая соответствует фронту импульса объемного газового разряда tф=1/f=2 нс. С глубины от 2 см и далее на глубину проникновения ультразвуковой волны на всю толщину объекта зарегистрированы дефекты диаметром 200 микрон. Данное разрешение обусловлено действием ультразвуковой волны с частотой f=50 МГц, которая соответствует длительности импульса объемного газового разряда t=1/f=20 нс. Таким образом, по сравнению с прототипом глубина регистрации микродефектов увеличена в 3 раза.
Пример 3. Контролируемый стальной объект толщиной 20 см облучают неконтактно на расстоянии 1 см в области сварного шва посредством объемного газового разряда с фронтом 0,8 нс и длительностью 40 нс. Регистрацию наведенной мощной (10 МВт/см2) ультразвуковой волны до и после прохождения сварного шва в объекте производят фотоприемником с временным разрешением 0,5 нс, на который подается отраженный оптический импульс длительностью 80 мкс от зашлифованной поверхности сварного шва в области синхронно действующего объемного плазменного удара. В результате по сравнению с примером 2, не разрушая объект, зарегистрированы нитевидные и объемные дефекты поперечным сечением 5 микрон на глубине объекта до 1 см. Данное разрешение обусловлено действием ультразвуковой волны с частотой f=1250 МГц, которая соответствует фронту импульса объемного газового разряда tф=1/f=0,8 нс. С глубины от 1 см и далее на глубину проникновения ультразвуковой волны на всю толщину объекта зарегистрированы дефекты диаметром 400-500 микрон. Данное разрешение обусловлено действием ультразвуковой волны с частотой f=25 МГц, которая соответствует длительности импульса объемного газового разряда t=1/f=40 нс. Таким образом, по сравнению с прототипом глубина регистрации микродефектов увеличена в 5 раз.
Таким образом, достижение цели изобретения подтверждено экспериментально. Использование предлагаемого изобретения по сравнению с известным изобретением дает следующее преимущества:
- увеличение глубины контроля объектов.
Источники информации
1. Патент США №5457997, кл. 73/643, от 17 октября 1995 г.
2. Авторское свидетельство №95109005. Способ бесконтактной ультразвуковой дефектоскопии и акустическое устройство дистанционной диагностики. От 10.01.1997 г. Кл. G01N 29/04. Братухин А.Б., Градов О.М. и др.
3. Положительное решение на выдачу патента на изобретение. Способ неконтактной ультразвуковой диагностики сварных соединений. Заявка №2006147080/28 (051429) на изобретение, приоритет от 27.12.2006 г. В.И.Барышников. Т.А.Колесникова, А.П.Хоменко (прототип).
Claims (1)
- Способ неконтактной импульсной ультразвуковой диагностики, включающий неконтактное возбуждение мощным объемным импульсным электрическим разрядом в объекте ультразвуковой волны и ее регистрацию синхронизованным по времени в режиме отражения или прохождения света импульсным источником системы регистрации ультразвуковых волн в объекте, отличающийся тем, что для возбуждения ультразвуковой волны в объекте используется мощный объемный импульсный электрический разряд, у которого фронт ультразвукового импульса соответствует частоте с длиной волны меньше размеров дефектов и длительность ультразвукового импульса соответствует частоте ультразвуковой волны, проникающей на всю глубину объекта.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008124714/28A RU2387986C2 (ru) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Способ неконтактной импульсной ультразвуковой диагностики |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008124714/28A RU2387986C2 (ru) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Способ неконтактной импульсной ультразвуковой диагностики |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008124714A RU2008124714A (ru) | 2009-12-27 |
| RU2387986C2 true RU2387986C2 (ru) | 2010-04-27 |
Family
ID=41642412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008124714/28A RU2387986C2 (ru) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Способ неконтактной импульсной ультразвуковой диагностики |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2387986C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105758936A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-07-13 | 中国石油天然气集团公司 | 震电信号的实验测量方法 |
| RU2635851C2 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ неконтактной импульсной ультразвуковой дефектоскопии |
-
2008
- 2008-06-16 RU RU2008124714/28A patent/RU2387986C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2635851C2 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ неконтактной импульсной ультразвуковой дефектоскопии |
| CN105758936A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-07-13 | 中国石油天然气集团公司 | 震电信号的实验测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008124714A (ru) | 2009-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8210045B2 (en) | Continuous laser generation of ultrasound | |
| CN101226148B (zh) | 紫外光学元件激光损伤阈值的探测方法及其装置 | |
| CN102866144B (zh) | 固体材料表面疲劳裂纹的无损检测方法 | |
| JP4386709B2 (ja) | レーザ超音波による材料非破壊検査方法及び装置 | |
| JP5128004B2 (ja) | 超音波試験システム | |
| JP5104833B2 (ja) | 構造物内部状態計測システム及び構造物内部状態計測方法 | |
| CN111257236A (zh) | 双脉冲激光超声波检测装置及其检测方法 | |
| KR20140115966A (ko) | 초음파 검사 장치 및 초음파 검사 방법 | |
| Stratoudaki et al. | Full matrix capture and the total focusing imaging algorithm using laser induced ultrasonic phased arrays | |
| Hayashi | High-speed non-contact defect imaging for a plate-like structure | |
| Hosoya et al. | Measurements of S0 mode Lamb waves using a high-speed polarization camera to detect damage in transparent materials during non-contact excitation based on a laser-induced plasma shock wave | |
| JP6682466B2 (ja) | 光学検査装置 | |
| RU2337353C1 (ru) | Способ неконтактной ультразвуковой диагностики сварных соединений | |
| Song et al. | Contactless inspection of CFRP artificial disbonds using combined laser thermography and laser ultrasonics with optical microphone | |
| RU2387986C2 (ru) | Способ неконтактной импульсной ультразвуковой диагностики | |
| RU2635851C2 (ru) | Способ неконтактной импульсной ультразвуковой дефектоскопии | |
| RU2653123C1 (ru) | Способ импульсно-периодического лазерно-ультразвукового контроля твердых материалов и устройство для его осуществления | |
| Kromine et al. | Detection of subsurface defects using laser based technique | |
| Stratoudaki et al. | Cheap optical transducers (CHOTs) for generation and detection of longitudinal waves | |
| Pelivanov et al. | Non-destructive evaluation of fiber-reinforced composites with a fast 2D fiber-optic laser-ultrasound scanner | |
| Caron et al. | Continuous laser generation of ultrasound for nondestructive evaluation | |
| CN214952997U (zh) | 一种激光元素分析及无损检测系统 | |
| Madaras et al. | Pseudo-random modulation of a laser diode for generating ultrasonic longitudinal waves | |
| Taylor et al. | The CO2 laser-a new ultrasound source | |
| Hayashi | Remote imaging of plate-like structures with E-camera |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130617 |