RU99615U1 - PIPE SURFACE Roughness Measurement Device - Google Patents
PIPE SURFACE Roughness Measurement Device Download PDFInfo
- Publication number
- RU99615U1 RU99615U1 RU2010127581/28U RU2010127581U RU99615U1 RU 99615 U1 RU99615 U1 RU 99615U1 RU 2010127581/28 U RU2010127581/28 U RU 2010127581/28U RU 2010127581 U RU2010127581 U RU 2010127581U RU 99615 U1 RU99615 U1 RU 99615U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultrasonic
- transducer
- pipe
- signal
- roughness
- Prior art date
Links
Abstract
Полезная модель относится к области ультразвукового контроля и может быть использовано для измерения шероховатости поверхности трубы. Решаемая техническая задача заключается в быстром и качественном измерении шероховатости внутренней поверхности трубы (например, газопроводов), что невозможно осуществить ультразвуковым устройством по прототипу. Решаемая техническая задача в устройстве ультразвукового измерения шероховатости поверхности трубы, содержащем ультразвуковой приемный преобразователь, генератор импульсов, выход которого соединен с ультразвуковым излучающим преобразователем, достигается тем, что введены последовательно соединенные микроконтроллер и электронно-вычислительная машина, ультразвуковой излучающий преобразователь выполнен в виде ультразвукового излучающего пьезоэлектрического преобразователя, ультразвуковой приемный преобразователь выполнен в виде ультразвукового приемного пьезоэлектрического преобразователя, который соединен со входом микроконтроллера, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, излучающий и приемный ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи объединены в ультразвуковой раздельно-совмещенный пьезоэлектрический преобразователь. 1 с.п. ф-лы. 1 ил. The utility model relates to the field of ultrasonic testing and can be used to measure the surface roughness of a pipe. The technical problem to be solved is a quick and high-quality measurement of the roughness of the inner surface of the pipe (for example, gas pipelines), which is impossible to accomplish with an ultrasonic device according to the prototype. The technical problem to be solved in an apparatus for ultrasonic measuring the surface roughness of a pipe containing an ultrasonic receiving transducer, a pulse generator whose output is connected to an ultrasonic emitting transducer, is achieved by introducing a microcontroller and an electronic computer in series, the ultrasonic emitting transducer is made in the form of an ultrasonic emitting piezoelectric transducer, ultrasonic receiving transducer is made in v de ultrasonic receiving piezoelectric transducer, which is connected to the input of the microcontroller, the other input of which is connected to the output of the pulse generator, the emitting and receiving ultrasonic piezoelectric transducers are combined in an ultrasonic separately-combined piezoelectric transducer. 1 s.p. f-ly. 1 ill.
Description
Полезная модель относится к области ультразвукового контроля и может быть использовано для измерения шероховатости поверхности трубы.The utility model relates to the field of ultrasonic testing and can be used to measure the surface roughness of a pipe.
Известно устройство ультразвукового измерения шероховатости поверхности, основанное на определении отношения амплитуд отраженных импульсов, несущие частоты которых различаются в 2 раза. В определенном интервале частот эти отношения в значительной степени зависят от шероховатости поверхности. (Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х кн. Под ред. В.В.Клюева. Кн.2. М., «Машиностроение», 1976., 326 с. с ил., с.251)A device for ultrasonic measurement of surface roughness is known, based on determining the ratio of amplitudes of reflected pulses, the carrier frequencies of which differ by a factor of 2. In a certain frequency range, these relations largely depend on the surface roughness. (Devices for non-destructive testing of materials and products. Handbook. In 2 books. Ed. By V.V. Klyuyev. Book 2. M., "Mechanical Engineering", 1976., 326 pp. Ill., P. 251 )
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран «Ультразвуковой дефектоскоп», описанный в патенте РФ №2006852, 1994 г. 01.30. «Способ ультразвукового контроля изделий с большим затуханием ультразвука», МПК. G01N 29/04. Устройство состоит из генератора, широкополосного излучающего преобразователя, широкополосного приемного преобразователя, синхронного детектора, включающего перемножитель и фильтр низких частот, генератора опорной частоты и индикатора в виде осциллографа. В способе ультразвукового контроля изделий с большим затуханием ультразвука в изделие вводят широкополосный ультразвуковой зондирующий сигнал, принимают отраженный от дефекта широкополосный эхо-сигнал, опорным гармоническим сигналом сдвигают спектр принятого сигнала в область низких частот, уменьшают частоту опорного сигнала до значения, равного несущей (или средней) частоте зондирующего сигнала, до значения, соответствующего максимуму амплитуды спектра принятого эхо-сигнала, фиксируют эту частоту, выделяют низкочастотную часть спектра принятого сигнала на частоте, равной или меньшей разности несущей (или средней) и зафиксированной частот, а по амплитуде выделенного эхо - сигнала судят о качестве изделия, патент РФ №2006852, 1994 г. 01.30. «Способ ультразвукового контроля изделий с большим затуханием ультразвука», МПК. G01N 29/04.As a prototype of the proposed utility model selected "Ultrasonic flaw detector" described in the patent of the Russian Federation No. 20066852, 1994 01.30. "The method of ultrasonic testing of products with high attenuation of ultrasound", IPC. G01N 29/04. The device consists of a generator, a broadband emitting transducer, a broadband receiving transducer, a synchronous detector, including a multiplier and a low-pass filter, a reference frequency generator and an indicator in the form of an oscilloscope. In the method of ultrasonic testing of products with high attenuation of ultrasound, a broadband ultrasonic probe signal is introduced into the product, a broadband echo signal reflected from the defect is received, the spectrum of the received signal is shifted by the reference harmonic signal to the low frequency region, the frequency of the reference signal is reduced to a value equal to the carrier (or average ) the frequency of the probing signal, to a value corresponding to the maximum amplitude of the spectrum of the received echo signal, fix this frequency, isolate the low-frequency part of the spectrum of the received signal at a frequency equal to or less than the difference of the carrier (or average) and the fixed frequencies, and the quality of the product is judged by the amplitude of the extracted echo signal, RF patent No. 20066852, 1994 01.30. "The method of ultrasonic testing of products with high attenuation of ultrasound", IPC. G01N 29/04.
Недостатком устройства, выбранного в качестве прототипа является то, что им невозможно измерить величину шероховатости внутренней поверхности трубы из-за того, что ультразвуковые колебания распространяются по внешней поверхности трубы.The disadvantage of the device selected as a prototype is that it is impossible to measure the roughness of the inner surface of the pipe due to the fact that ultrasonic vibrations propagate along the outer surface of the pipe.
Решаемая техническая задача заключается в быстром и качественном измерении шероховатости внутренней поверхности трубы (например, газопроводов), что невозможно осуществить ультразвуковым устройством по прототипу.The technical problem to be solved is a quick and high-quality measurement of the roughness of the inner surface of the pipe (for example, gas pipelines), which is impossible to accomplish with an ultrasonic device according to the prototype.
Решаемая техническая задача в устройстве ультразвукового измерения шероховатости поверхности трубы, содержащем ультразвуковой приемный преобразователь, генератор импульсов, выход которого соединен с ультразвуковым излучающим преобразователем, достигается тем, что введены последовательно соединенные микроконтроллер и электронно-вычислительная машина, ультразвуковой излучающий преобразователь выполнен в виде ультразвукового излучающего пьезоэлектрического преобразователя, ультразвуковой приемный преобразователь выполнен в виде ультразвукового приемного пьезоэлектрического преобразователя, который соединен со входом микроконтроллера, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, излучающий и приемный ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи объединены в ультразвуковой раздельно-совмещенный пьезоэлектрический преобразователь.The technical problem to be solved in an apparatus for ultrasonic measuring the surface roughness of a pipe containing an ultrasonic receiving transducer, a pulse generator whose output is connected to an ultrasonic emitting transducer, is achieved by introducing a microcontroller and an electronic computer in series, the ultrasonic emitting transducer is made in the form of an ultrasonic emitting piezoelectric transducer, ultrasonic receiving transducer is made in v de ultrasonic receiving piezoelectric transducer, which is connected to the input of the microcontroller, the other input of which is connected to the output of the pulse generator, the emitting and receiving ultrasonic piezoelectric transducers are combined in an ultrasonic separately-combined piezoelectric transducer.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства ультразвукового измерения шероховатости поверхности трубы.Figure 1 presents a structural diagram of a device for ultrasonic measurement of surface roughness of a pipe.
На фиг.2 приведен алгоритм работы микроконтроллера на трех страницах. Алгоритм работы электронно-вычислительной машины приведен на странице 3 фиг.2.Figure 2 shows the algorithm of the microcontroller on three pages. The algorithm of the electronic computer is shown on page 3 of figure 2.
Устройство ультразвукового измерения шероховатости поверхности трубы (фиг.1) содержит ультразвуковой приемный пьезоэлектрический преобразователь 1, генератор 2 импульсов, выход которого соединен с ультразвуковым излучающим пьезоэлектрическим преобразователем 3, последовательно соединенные микроконтроллер 4 и электронно-вычислительная машина 5, ультразвуковой приемный пьезоэлектрический преобразователь 1, соединен со входом микроконтроллера 4, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов 1, излучающий и приемный ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи объединены в ультразвуковой раздельно-совмещенный пьезоэлектрический преобразователь 6. На фиг.1 изображена труба 7, внешняя гладкая поверхность которой смазана контактной жидкостью 8, внутренняя измеряемая поверхность 9 трубы 7.The ultrasonic device for measuring the roughness of the pipe surface (Fig. 1) contains an ultrasonic receiving piezoelectric transducer 1, a pulse generator 2, the output of which is connected to an ultrasonic emitting piezoelectric transducer 3, a microcontroller 4 connected in series, and an electronic computer 5, an ultrasonic receiving piezoelectric transducer 1, is connected with the input of the microcontroller 4, the other input of which is connected to the output of the pulse generator 1, emitting and receiving ult azvukovye piezoelectric ultrasonic transducers grouped into separately-combined piezoelectric transducer 6. Figure 1 shows a tube 7, the outer smooth surface which is lubricated contact fluid 8, the inner surface 9 of the measured tube 7.
Все блоки, составляющие предлагаемое устройство могут быть выполнены по известным опубликованным схемам.All the blocks that make up the proposed device can be made according to well-known published schemes.
Рассмотрим первый пример работы устройства ультразвукового измерения шероховатости поверхности трубы для диапазона измеряемых величин шероховатости внутренней поверхности трубы от 10 до 30 мкм.Consider the first example of the operation of the device for ultrasonic measuring the roughness of the pipe surface for the range of measured values of the roughness of the inner surface of the pipe from 10 to 30 microns.
Устанавливают ультразвуковой раздельно-совмещенный преобразователь 6 по нормали на внешнюю гладкую предварительно смазанную контактной жидкостью 8 поверхность первого контрольного образца Ramin, образец прямоугольной формы с толщиной равной толщине стенки контролируемой трубы с гладкой контактной поверхностью, Ra=0 и с шероховатой донной поверхностью, с шероховатостью, равной минимальному значению диапазона измеряемых величин шероховатости, например Ramin=10 мкм, периодически вводят в первый контрольный образец ультразвуковой сигнал с частотой 10 кГц, посредством передающего пьезоэлектрического преобразователя 3, изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на внешней поверхности первого контрольного образца в пределах не более величины первого критического угла, принимают отраженные сигналы от донной поверхности первого контрольного образца посредством приемного пьезоэлектрического преобразователя 1.The ultrasonic separately-combined transducer 6 is installed normal to the external smooth pre-lubricated contact fluid 8 surface of the first control sample Ra min , a rectangular sample with a thickness equal to the wall thickness of the tested pipe with a smooth contact surface, Ra = 0 and with a rough bottom surface, with roughness equal to the minimum value range of the measured roughness values, e.g. Ra min = 10 microns, are periodically introduced into the first control sample ultrasonic signal pilots at 10 kHz by the transmitting piezoelectric transducer 3, changing the angle of the ultrasonic transducer 6 at the outer surface of the first test sample within a maximum value of the first critical angle, receiving reflected signals from a bottom surface of the first reference sample by the receiving piezoelectric transducer 1.
Частота ввода ультразвукового сигнала в образцы и в трубу для первого и второго примера должна быть такой, чтобы ультразвуковые сигналы между контактной и донной поверхностью успевали затухать, во избежание их взаимного наложения, и должна быть достаточно высокой, чтобы время измерения величины шероховатости не превышало 10 секунд, иначе уменьшается производительность контроля. Частота ввода ультразвукового сигнала в образцы и в трубу лежит в диапазоне от 10 кГц до 300 Гц и может составлять, например, 10 кГц.The frequency of input of the ultrasonic signal into the samples and into the pipe for the first and second examples should be such that the ultrasonic signals between the contact and bottom surfaces have time to decay, in order to avoid overlapping, and should be high enough so that the measurement time of the roughness does not exceed 10 seconds otherwise the control performance decreases. The frequency of input of the ultrasonic signal into the samples and into the tube lies in the range from 10 kHz to 300 Hz and can be, for example, 10 kHz.
Первый критический угол - это угол падения ультразвукового сигнала, при котором угол преломления ультразвукового сигнала будет равен 90°.The first critical angle is the angle of incidence of the ultrasonic signal at which the angle of refraction of the ultrasonic signal will be 90 °.
Изменение угла установки ультразвукового преобразователя на образцах и на трубе для первого и второго примера в пределах не более величины первого критического угла обусловлено тем, что при превышении угла ввода ультразвукового сигнала в образцы и в трубу величины первого критического угла, возбуждаются поперечные колебания и амплитуда отраженного сигнала резко уменьшается. Таким образом, угол наклона ультразвукового преобразователя, установленного на образцах и на трубе может составлять, например ±5°.The change in the installation angle of the ultrasonic transducer on the samples and on the pipe for the first and second example within no more than the value of the first critical angle is due to the fact that when the angle of entry of the ultrasonic signal into the samples and the pipe exceeds the value of the first critical angle, transverse vibrations and the amplitude of the reflected signal are excited decreases sharply. Thus, the angle of the ultrasonic transducer mounted on the samples and on the pipe can be, for example, ± 5 °.
Рассмотрим прохождение ультразвукового сигнала в устройстве изображенном на фиг.1.Consider the passage of an ultrasonic signal in the device depicted in figure 1.
Генератор 2 вырабатывает электрические сигналы, которые воздействуют на передающий пьезоэлектрический преобразователь 3 ультразвукового преобразователя 6. Электрические сигналы за счет обратного пьезоэлектрического эффекта преобразуются в ультразвуковой сигнал, который через слой контактной жидкости 8 вводится в первый контрольный образец. От донной поверхности первого контрольного образца ультразвуковой сигнал отражается. Отраженные ультразвуковые сигналы через слой контактной жидкости 8 воздействуют на приемный пьезоэлектрический преобразователь 1, который за счет прямого пьезоэлектрического эффекта преобразует их в электрические сигналы, воздействующие на вход микроконтроллера 4. Обработка сигнала микроконтроллером 4 и электронно-вычислительной машины 5 осуществляется согласно приведенному алгоритму на фиг.2. Изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на первом контрольном образце в пределах не более величины первого критического угла, из всей совокупности принятых отраженных сигналов, определяет максимальную величину амплитуды первого отраженного сигнала Umax1 запоминает ее микроконтроллер 4.The generator 2 generates electrical signals that act on the transmitting piezoelectric transducer 3 of the ultrasonic transducer 6. The electrical signals are converted into an ultrasonic signal through the inverse piezoelectric effect, which is introduced into the first control sample through a layer of contact liquid 8. An ultrasonic signal is reflected from the bottom surface of the first control sample. The reflected ultrasonic signals through the layer of contact liquid 8 act on the receiving piezoelectric transducer 1, which, due to the direct piezoelectric effect, converts them into electrical signals acting on the input of the microcontroller 4. The signal is processed by the microcontroller 4 and the electronic computer 5 according to the algorithm in FIG. 2. Changing the installation angle of the ultrasonic transducer 6 on the first control sample within no more than the value of the first critical angle, from the entire set of received reflected signals, determines the maximum amplitude of the first reflected signal Umax 1 remembers its microcontroller 4.
Устанавливают ультразвуковой преобразователь 6 по нормали на внешнюю гладкую предварительно смазанную контактной жидкостью 8 поверхность второго контрольного образца Ramax, образец прямоугольной формы с толщиной равной толщине стенки контролируемой трубы с гладкой контактной поверхностью, Ra=0 и с шероховатой донной поверхностью, с шероховатостью, равной максимальному значению диапазона измеряемых величин шероховатости, например Ramax=30 мкм, периодически вводят во второй контрольный образец ультразвуковой сигнал с частотой 10 кГц, посредством передающего пьезоэлектрического преобразователя 3, при этом изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на внешней поверхности второго контрольного образца в пределах не более величины первого критического угла, принимают отраженные сигналы от донной поверхности второго контрольного образца посредством приемного пьезоэлектрического преобразователя 1. Рассмотрим прохождение ультразвукового сигнала в устройстве изображенном на фиг.1.The ultrasonic transducer 6 is mounted normal to the external smooth previously lubricated with contact liquid 8 surface of the second control sample Ra max , a rectangular sample with a thickness equal to the wall thickness of the tested pipe with a smooth contact surface, Ra = 0 and with a rough bottom surface, with a roughness equal to the maximum value range of the measured roughness values, e.g. Ra max = 30 m, intermittently introduced into the second control sample ultrasonic signal with a frequency of 10 kHz, RVBR By transmitting the piezoelectric transducer 3, while changing the installation angle of the ultrasonic transducer 6 on the outer surface of the second control sample within no more than the first critical angle, receive reflected signals from the bottom surface of the second control sample by means of the receiving piezoelectric transducer 1. Consider the passage of the ultrasonic signal in the device depicted in figure 1.
Генератор 2 вырабатывает электрические сигналы, которые воздействуют на передающий пьезоэлектрический преобразователь 3 ультразвукового преобразователя 6. Электрические сигналы за счет обратного пьезоэлектрического эффекта преобразуются в ультразвуковой сигнал, который через слой контактной жидкости 8 вводится во второй контрольный образец. От донной поверхности второго контрольного образца ультразвуковой сигнал отражается. Отраженные ультразвуковые сигналы через слой контактной жидкости 8 воздействуют на приемный пьезоэлектрический преобразователь 1, который за счет прямого пьезоэлектрического эффекта преобразует их в электрические сигналы, воздействующие на вход микроконтроллера 4. Обработка сигнала микроконтроллером 4 и электронно-вычислительной машины 5 осуществляется согласно приведенному алгоритму на фиг.2. Изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на втором контрольном образце в пределах не более величины первого критического угла, из всей совокупности принятых отраженных сигналов, определяет максимальную величину амплитуды первого отраженного сигнала Umax2 запоминает ее микроконтроллер 4.The generator 2 generates electrical signals that act on the transmitting piezoelectric transducer 3 of the ultrasonic transducer 6. The electrical signals are converted into an ultrasonic signal through the inverse piezoelectric effect, which is introduced into the second control sample through a layer of contact liquid 8. An ultrasonic signal is reflected from the bottom surface of the second control sample. The reflected ultrasonic signals through the layer of contact liquid 8 act on the receiving piezoelectric transducer 1, which, due to the direct piezoelectric effect, converts them into electrical signals acting on the input of the microcontroller 4. The signal is processed by the microcontroller 4 and the electronic computer 5 according to the algorithm in FIG. 2. Changing the installation angle of the ultrasonic transducer 6 on the second control sample within no more than the value of the first critical angle, from the entire set of received reflected signals, determines the maximum amplitude of the first reflected signal Umax 2 remembers its microcontroller 4.
Устанавливают ультразвуковой преобразователь 6 по нормали на предварительно подготовленную внешнюю гладкую смазанную контактной жидкостью 8 поверхность измеряемой трубы 7, периодически вводят в трубу ультразвуковой сигнал с частотой 10 кГц, посредством передающего пьезоэлектрического преобразователя 3, при этом изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на внешней поверхности трубы в пределах не более величины первого критического угла, принимают отраженные сигналы от донной поверхности трубы 7 посредством приемного пьезоэлектрического преобразователя 1. Рассмотрим прохождение ультразвукового сигнала в устройстве изображенном на фиг.1.The ultrasonic transducer 6 is mounted normal to the previously prepared external smooth lubricated contact liquid 8 surface of the measured tube 7, an ultrasonic signal with a frequency of 10 kHz is periodically introduced into the tube by means of a transmitting piezoelectric transducer 3, while changing the installation angle of the ultrasonic transducer 6 on the outer surface of the pipe to within no more than the value of the first critical angle, receive reflected signals from the bottom surface of the pipe 7 by means of a receiving pie dezoelectric transducer 1. Consider the passage of an ultrasonic signal in the device depicted in figure 1.
Генератор 2 вырабатывает электрические сигналы, которые воздействуют на передающий пьезоэлектрический преобразователь 3 ультразвукового преобразователя 6. Электрические сигналы за счет обратного пьезоэлектрического эффекта преобразуются в ультразвуковой сигнал, который через слой контактной жидкости 8 вводится в трубу 7. От внутренней поверхности трубы 9 ультразвуковой сигнал отражается. Отраженные ультразвуковые сигналы через слой контактной жидкости 8 воздействуют на приемный пьезоэлектрический преобразователь 1, который за счет прямого пьезоэлектрического эффекта преобразует их в электрические сигналы, воздействующие на вход микроконтроллера 4. Обработка сигнала микроконтроллером 4 и электронно-вычислительной машины 5 осуществляется согласно приведенному алгоритму на фиг.2. Изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на внешней поверхности трубы 7 в пределах не более величины первого критического угла, из всей совокупности принятых отраженных сигналов, определяет максимальную величину амплитуды первого отраженного сигнала Uтр запоминает ее микроконтроллер 4.The generator 2 generates electrical signals that act on the transmitting piezoelectric transducer 3 of the ultrasonic transducer 6. The electrical signals are converted into an ultrasonic signal due to the inverse piezoelectric effect, which is introduced through the layer of contact liquid 8 into the tube 7. An ultrasonic signal is reflected from the inner surface of the pipe 9. The reflected ultrasonic signals through the layer of contact liquid 8 act on the receiving piezoelectric transducer 1, which, due to the direct piezoelectric effect, converts them into electrical signals acting on the input of the microcontroller 4. The signal is processed by the microcontroller 4 and the electronic computer 5 according to the algorithm in FIG. 2. Changing the installation angle of the ultrasonic transducer 6 on the outer surface of the pipe 7 within no more than the value of the first critical angle, from the entire set of received reflected signals, determines the maximum value of the amplitude of the first reflected signal U mp remembers its microcontroller 4.
Величина шероховатости внутренней поверхности трубы определяется микроконтроллером 4 по формуле:The roughness of the inner surface of the pipe is determined by the microcontroller 4 according to the formula:
где Ra - величина шероховатости внутренней поверхности трубы, мкм;where R a - the roughness of the inner surface of the pipe, microns;
Uтр - максимальная амплитуда сигнала, отраженного от донной поверхности трубы, В;U Tr - the maximum amplitude of the signal reflected from the bottom surface of the pipe, V;
Ramin - величина шероховатости первого контрольного образца, мкм;Ra min - the roughness of the first control sample, microns;
Umax1 - максимальная амплитуда сигнала, отраженного от донной поверхности первого контрольного образца. В;Umax 1 is the maximum amplitude of the signal reflected from the bottom surface of the first control sample. AT;
Ramax - величина шероховатости второго контрольного образца, мкм;Ra max - the roughness of the second control sample, microns;
Umax2 - максимальная амплитуда сигнала, отраженного от донной поверхности второго контрольного образца, В;Umax 2 is the maximum amplitude of the signal reflected from the bottom surface of the second control sample, V;
k1 - коэффициент, В;k 1 - coefficient, V;
k2 - коэффициент, 1/мкм.k 2 - coefficient, 1 / μm.
Рассмотрим второй пример работы устройства ультразвукового измерения шероховатости поверхности трубы для диапазона измеряемых величин шероховатости внутренней поверхности трубы от 30 до 100 мкм.Consider the second example of the operation of the device for ultrasonic measuring the roughness of the pipe surface for the range of measured values of the roughness of the inner surface of the pipe from 30 to 100 microns.
Устанавливают ультразвуковой раздельно-совмещенный преобразователь 6 по нормали на внешнюю гладкую предварительно смазанную контактной жидкостью 8 поверхность первого контрольного образца Ramin, образец прямоугольной формы с толщиной равной толщине стенки контролируемой трубы с гладкой контактной поверхностью, Ra=0 и с шероховатой донной поверхностью, с шероховатостью, равной минимальному значению диапазона измеряемых величин шероховатости, например Ramin=30 мкм, периодически вводят в первый контрольный образец ультразвуковой сигнал с частотой 10 кГц, посредством передающего пьезоэлектрического преобразователя 3, изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на внешней поверхности первого контрольного образца в пределах не более величины первого критического угла, принимают отраженные сигналы от донной поверхности первого контрольного образца посредством приемного пьезоэлектрического преобразователя 1. Рассмотрим прохождение ультразвукового сигнала в устройстве изображенном на фиг.1.The ultrasonic separately-combined transducer 6 is installed normal to the external smooth pre-lubricated contact fluid 8 surface of the first control sample Ra min , a rectangular sample with a thickness equal to the wall thickness of the tested pipe with a smooth contact surface, Ra = 0 and with a rough bottom surface, with roughness equal to the minimum value of the range of measured roughness values, e.g. Ra min = 30 microns, are periodically introduced into the first control sample ultrasonic signal at a frequency of 10 kHz, by means of a transmitting piezoelectric transducer 3, changing the installation angle of the ultrasonic transducer 6 on the outer surface of the first control sample within no more than the first critical angle, receive reflected signals from the bottom surface of the first control sample by means of a receiving piezoelectric transducer 1. Consider the passage of the ultrasonic signal in the device depicted in figure 1.
Генератор 2 вырабатывает электрические сигналы, которые воздействуют на передающий пьезоэлектрический преобразователь 3 ультразвукового преобразователя 6. Электрические сигналы за счет обратного пьезоэлектрического эффекта преобразуются в ультразвуковой сигнал, который через слой контактной жидкости 8 вводится в первый контрольный образец. От донной поверхности первого контрольного образца ультразвуковой сигнал отражается. Отраженные ультразвуковые сигналы через слой контактной жидкости 8 воздействуют на приемный пьезоэлектрический преобразователь 1, который за счет прямого пьезоэлектрического эффекта преобразует их в электрические сигналы, воздействующие на вход микроконтроллера 4. Обработка сигнала микроконтроллером 4 и электронно-вычислительной машины 5 осуществляется согласно приведенному алгоритму на фиг.2. Изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на первом контрольном образце в пределах не более величины первого критического угла, из всей совокупности принятых отраженных сигналов, определяет максимальную величину амплитуды второго отраженного сигнала Umax1 запоминает ее микроконтроллер 4.The generator 2 generates electrical signals that act on the transmitting piezoelectric transducer 3 of the ultrasonic transducer 6. The electrical signals are converted into an ultrasonic signal through the inverse piezoelectric effect, which is introduced into the first control sample through a layer of contact liquid 8. An ultrasonic signal is reflected from the bottom surface of the first control sample. The reflected ultrasonic signals through the layer of contact liquid 8 act on the receiving piezoelectric transducer 1, which, due to the direct piezoelectric effect, converts them into electrical signals acting on the input of the microcontroller 4. The signal is processed by the microcontroller 4 and the electronic computer 5 according to the algorithm in FIG. 2. Changing the installation angle of the ultrasonic transducer 6 on the first control sample within no more than the value of the first critical angle, from the entire set of received reflected signals, determines the maximum amplitude of the second reflected signal Umax 1 remembers its microcontroller 4.
Устанавливают ультразвуковой преобразователь 6 по нормали на внешнюю гладкую предварительно смазанную контактной жидкостью 8 поверхность второго контрольного образца Ramax, образец прямоугольной формы с толщиной равной толщине стенки контролируемой трубы с гладкой контактной поверхностью, Ra=0 и с шероховатой донной поверхностью, с шероховатостью, равной максимальному значению диапазона измеряемых величин шероховатости, например Ramax=100 мкм, периодически вводят во второй контрольный образец ультразвуковой сигнал с частотой 10 кГц, посредством передающего пьезоэлектрического преобразователя 3, при этом изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на внешней поверхности второго контрольного образца в пределах не более величины первого критического угла, принимают отраженные сигналы от донной поверхности второго контрольного образца посредством приемного пьезоэлектрического преобразователя 1. Рассмотрим прохождение ультразвукового сигнала в устройстве изображенном на фиг.1.The ultrasonic transducer 6 is mounted normal to the external smooth previously lubricated with contact liquid 8 surface of the second control sample Ra max , a rectangular sample with a thickness equal to the wall thickness of the tested pipe with a smooth contact surface, Ra = 0 and with a rough bottom surface, with a roughness equal to the maximum the value of the range of measured roughness values, for example, Ra max = 100 μm, an ultrasonic signal with a frequency of 10 kHz is periodically introduced into the second control sample, Using the transmitting piezoelectric transducer 3, while changing the installation angle of the ultrasonic transducer 6 on the outer surface of the second control sample within no more than the first critical angle, receive reflected signals from the bottom surface of the second control sample by means of the receiving piezoelectric transducer 1. Consider the passage of the ultrasonic signal in the device depicted in figure 1.
Генератор 2 вырабатывает электрические сигналы, которые воздействуют на передающий пьезоэлектрический преобразователь 3 ультразвукового преобразователя 6. Электрические сигналы за счет обратного пьезоэлектрического эффекта преобразуются в ультразвуковой сигнал, который через слой контактной жидкости 8 вводится во второй контрольный образец. От донной поверхности второго контрольного образца ультразвуковой сигнал отражается. Отраженные ультразвуковые сигналы через слой контактной жидкости 8 воздействуют на приемный пьезоэлектрический преобразователь 1, который за счет прямого пьезоэлектрического эффекта преобразует их в электрические сигналы, воздействующие на вход микроконтроллера 4. Обработка сигнала микроконтроллером 4 и электронно-вычислительной машины 5 осуществляется согласно приведенному алгоритму на фиг.2. Изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на втором контрольном образце в пределах не более величины первого критического угла, из всей совокупности принятых отраженных сигналов, определяет максимальную величину амплитуды второго отраженного сигнала Umax2 запоминает ее микроконтроллер 4.The generator 2 generates electrical signals that act on the transmitting piezoelectric transducer 3 of the ultrasonic transducer 6. The electrical signals are converted into an ultrasonic signal through the inverse piezoelectric effect, which is introduced into the second control sample through a layer of contact liquid 8. An ultrasonic signal is reflected from the bottom surface of the second control sample. The reflected ultrasonic signals through the layer of contact liquid 8 act on the receiving piezoelectric transducer 1, which, due to the direct piezoelectric effect, converts them into electrical signals acting on the input of the microcontroller 4. The signal is processed by the microcontroller 4 and the electronic computer 5 according to the algorithm in FIG. 2. Changing the installation angle of the ultrasonic transducer 6 on the second control sample within no more than the value of the first critical angle, from the entire set of received reflected signals, determines the maximum value of the amplitude of the second reflected signal Umax 2 remembers its microcontroller 4.
Устанавливают ультразвуковой преобразователь 6 по нормали на предварительно подготовленную внешнюю гладкую смазанную контактной жидкостью 8 поверхность измеряемой трубы 7, периодически вводят в трубу ультразвуковой сигнал с частотой 10 кГц, посредством передающего пьезоэлектрического преобразователя 3, при этом изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на внешней поверхности трубы в пределах не более величины первого критического угла, принимают отраженные сигналы от донной поверхности трубы 7 посредством приемного пьезоэлектрического преобразователя 1. Рассмотрим прохождение ультразвукового сигнала в устройстве изображенном на фиг.1.The ultrasonic transducer 6 is mounted normal to the previously prepared external smooth lubricated contact liquid 8 surface of the measured tube 7, an ultrasonic signal with a frequency of 10 kHz is periodically introduced into the tube by means of a transmitting piezoelectric transducer 3, while changing the installation angle of the ultrasonic transducer 6 on the outer surface of the pipe to within no more than the value of the first critical angle, receive reflected signals from the bottom surface of the pipe 7 by means of a receiving pie dezoelectric transducer 1. Consider the passage of an ultrasonic signal in the device depicted in figure 1.
Генератор 2 вырабатывает электрические сигналы, которые воздействуют на передающий пьезоэлектрический преобразователь 3 ультразвукового преобразователя 6. Электрические сигналы за счет обратного пьезоэлектрического эффекта преобразуются в ультразвуковой сигнал, который через слой контактной жидкости 8 вводится в трубу 7. От внутренней поверхности трубы 9 ультразвуковой сигнал отражается. Отраженные ультразвуковые сигналы через слой контактной жидкости 8 воздействуют на приемный пьезоэлектрический преобразователь 1, который за счет прямого пьезоэлектрического эффекта преобразует их в электрические сигналы, воздействующие на вход микроконтроллера 4. Обработка сигнала микроконтроллером 4 и электронно-вычислительной машины 5 осуществляется согласно приведенному алгоритму на фиг.2. Изменяя угол установки ультразвукового преобразователя 6 на внешней поверхности трубы 7 в пределах не более величины первого критического угла, из всей совокупности принятых отраженных сигналов, определяет максимальную величину амплитуды второго отраженного сигнала Uтр запоминает ее микроконтроллер 4.The generator 2 generates electrical signals that act on the transmitting piezoelectric transducer 3 of the ultrasonic transducer 6. The electrical signals are converted into an ultrasonic signal due to the inverse piezoelectric effect, which is introduced through the layer of contact liquid 8 into the tube 7. An ultrasonic signal is reflected from the inner surface of the pipe 9. The reflected ultrasonic signals through the layer of contact liquid 8 act on the receiving piezoelectric transducer 1, which, due to the direct piezoelectric effect, converts them into electrical signals acting on the input of the microcontroller 4. The signal is processed by the microcontroller 4 and the electronic computer 5 according to the algorithm in FIG. 2. Changing the installation angle of the ultrasonic transducer 6 on the outer surface of the pipe 7 within no more than the value of the first critical angle, from the entire set of received reflected signals, determines the maximum magnitude of the amplitude of the second reflected signal U mp remembers its microcontroller 4.
Величина шероховатости внутренней поверхности трубы определяется микроконтроллером 4 по формуле:The roughness of the inner surface of the pipe is determined by the microcontroller 4 according to the formula:
где Ra - величина шероховатости внутренней поверхности трубы, мкм;where R a - the roughness of the inner surface of the pipe, microns;
Uтр - максимальная амплитуда сигнала, отраженного от донной поверхности трубы, В;U Tr - the maximum amplitude of the signal reflected from the bottom surface of the pipe, V;
Ramin - величина шероховатости первого контрольного образца, мкм;Ra min - the roughness of the first control sample, microns;
Umax1 - максимальная амплитуда сигнала, отраженного от донной поверхности первого контрольного образца. В;Umax 1 is the maximum amplitude of the signal reflected from the bottom surface of the first control sample. AT;
Ramax - величина шероховатости второго контрольного образца, мкм;Ra max - the roughness of the second control sample, microns;
Umax2 - максимальная амплитуда сигнала, отраженного от донной поверхности второго контрольного образца, В;Umax 2 is the maximum amplitude of the signal reflected from the bottom surface of the second control sample, V;
k1 - коэффициент, В;k 1 - coefficient, V;
k2 - коэффициент, 1/мкм.k 2 - coefficient, 1 / μm.
Использование третьего и последующих отраженных сигналов является нецелесообразным, так как на величину их амплитуды оказывает большое влияние шероховатость контактной поверхности образцов и трубы, и становится практически невозможным подготовить контактную поверхность с величиной шероховатости на один или два порядка меньшей величины, минимально измеряемой шероховатости по предлагаемой полезной модели.The use of the third and subsequent reflected signals is impractical, since the magnitude of their amplitude is greatly affected by the roughness of the contact surface of the samples and the pipe, and it becomes practically impossible to prepare the contact surface with a roughness value of one or two orders of magnitude smaller than the minimum measured roughness according to the proposed utility model .
Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемая полезная модель устройства ультразвукового измерения шероховатости поверхности трубы позволяет быстро и качественно измерять шероховатость внутренней поверхности трубы (например, газопроводов), что невозможно осуществить ультразвуковым устройством по прототипу.Thus, in comparison with the prototype, the proposed utility model of the device for ultrasonic measuring the roughness of the pipe surface allows you to quickly and accurately measure the roughness of the inner surface of the pipe (for example, gas pipelines), which is impossible to implement with the ultrasonic device of the prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010127581/28U RU99615U1 (en) | 2010-07-02 | 2010-07-02 | PIPE SURFACE Roughness Measurement Device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010127581/28U RU99615U1 (en) | 2010-07-02 | 2010-07-02 | PIPE SURFACE Roughness Measurement Device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99615U1 true RU99615U1 (en) | 2010-11-20 |
Family
ID=44058916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010127581/28U RU99615U1 (en) | 2010-07-02 | 2010-07-02 | PIPE SURFACE Roughness Measurement Device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU99615U1 (en) |
-
2010
- 2010-07-02 RU RU2010127581/28U patent/RU99615U1/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2659584C2 (en) | Methods for measuring properties of multiphase oil-water-gas mixtures | |
| US4763525A (en) | Apparatus and method for determining the quantity of gas bubbles in a liquid | |
| CN103148815B (en) | Based on the thickness of thin layer supersonic detection method of sound pressure reflection coefficient autocorrelation function | |
| CN102608212B (en) | Method for measuring acoustic impedance and acoustic attenuation of thin layer based on sound pressure reflection coefficient power spectrum | |
| US10908131B2 (en) | Acoustic gas volume fraction measurement in a multiphase flowing liquid | |
| WO2004003492A2 (en) | Noninvasive characterization of a flowing multiphase fluid using ultrasonic interferometry | |
| US20190004014A1 (en) | Apparatus, systems, and methods for determining nonlinear properties of a material to detect early fatigue or damage | |
| Goujon et al. | Behaviour of acoustic emission sensors using broadband calibration techniques | |
| CN102607479A (en) | Method for measuring round-trip time of ultrasound in thin layered medium based on sound pressure reflection coefficient power spectrum | |
| RU99615U1 (en) | PIPE SURFACE Roughness Measurement Device | |
| KR100542651B1 (en) | Nondestructive Acoustic Evaluation Device and Method by using Nonlinear Acoustic Responses | |
| JPH07248315A (en) | Density measuring device | |
| RU66029U1 (en) | INTEGRATED DEVICE FOR MEASURING FLOW, DENSITY AND VISCOSITY OF OIL PRODUCTS | |
| CN113916165A (en) | Lamb wave thickness resonance method for measuring thickness of each layer of double-layer plate | |
| RU187411U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING ELASTIC SOLID CONSTANTS | |
| Pal | Fourier transform ultrasound spectroscopy for the determination of wave propagation parameters | |
| Wei et al. | Complex Young's modulus measurement by incident wave extracting in a thin resonant bar | |
| RU2529634C1 (en) | Method to measure longitudinal and shift impedances of liquids | |
| RU2587536C1 (en) | Method of measuring attenuation coefficient of ultrasound | |
| Battaglini et al. | The use of pulse compression and frequency modulated continuous wave to improve ultrasonic non destructive evaluation of highly-scattering materials | |
| JP2008107101A (en) | Nondestructive inspection method | |
| RU2431135C1 (en) | Method of ultrasound tube surface roughness measurement (versions) | |
| Gushchina et al. | Development of the experimental equipment for measuring the velocity of ultrasonic waves with high accuracy | |
| RU2532143C1 (en) | Method of determination of nonlinear ultrasonic parameter of liquids and device for its implementation | |
| Khuri‐Yakub et al. | Ultrasonic excitation and detection of capillary waves for the measurement of surface film properties |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB1K | Licence on use of utility model |
Free format text: LICENCE Effective date: 20121022 |