SU125935A1

SU125935A1 - Method and device for reducing the dead zone of ultrasonic echo flaw detector

Info

Publication number: SU125935A1
Application number: SU626391A
Authority: SU
Inventors: Д.С. Брайбер; Б.Г. Голодаев
Original assignee: Д.С. Брайбер; Б.Г. Голодаев
Priority date: 1959-04-25
Filing date: 1959-04-25
Publication date: 1959-11-30

Description

Разрешающа способность ультразвуковых эхо-дефектоскопов определ етс длительностью возбуждающего импульса, длительностью переходных процессов и скоростью распространени унрутих колебаний в 1материале издели .The resolution of the ultrasonic echo flaw detectors is determined by the duration of the excitation pulse, the duration of the transient processes and the speed of propagation of the oscillations in the material of the product.

Мерой разрешающей снособности вл етс минимальное рассто ние от наружной поверхности иснытываемого издели до места расположени дефекта, в котором возможен прием отраженных от дефектного места сигналов.The measure of resolution ability is the minimum distance from the outer surface of the article being replaced to the location of the defect, in which signals reflected from the defective location can be received.

Разреп1ающа снособность дефектоскона онредел ет велнчнну «мертвой зоны, в пределах которой обнаружение дефектов невозможно. Эта мертва зона обуславливаетс отрезком времени, необходимым дл нрохожденн отраженной от дефекта волны до ньезоэлемента.The destructive ability of the defectosponon defines the well of the dead zone, within which the detection of defects is impossible. This dead zone is caused by the length of time required for the wave reflected from the defect to the bad element.

Если этот отрезок времени больше, чем суммарна длительность возбуждающего имнульса и нереходных процессов, то он может быть нрин т; в том же случае, когда имнульс достигнет приемника раньше, чем полностью прекратитс возбуждающий импул1зС, его прием и обнаружение дефекта невозможны.If this period of time is longer than the total duration of the excitatory impulse and non-transitional processes, then it may be the same; In the same case, when the impulse reaches the receiver before the excitation impulse stops completely, its reception and detection of the defect are impossible.

Таким образом, сокращение мертвой зоны ультразвукового дефектоскона возможно путем уменьшени длительности возбуждаюнлого нмпульса н нереходных процессов.Thus, the reduction of the dead zone of the ultrasonic defectospon is possible by reducing the duration of the exciting pulse and non-transient processes.

Особенность предложенного способа уменьшени мертвой зоны в ультразвуковых эхо-дефектосконах заключаетс в том, что дл нропзвольного уменьшени длительности возбуждающего нмпульса н нрекра№ 125935- 2 - цени возбужденных им колебаний через заданный промежуток времени , на льезоэлемент, со сдвигом но времени, нодают донолнительный имиульс , аналогичный ио частоте н форме возбуждающему имиульсу и направленный навстречу последнему.The peculiarity of the proposed method of reducing the dead zone in ultrasonic echo defectoscards is that, to spontaneously reduce the duration of the exciting pulse, and the pulse number 125935-2, the values of the oscillations excited by them after a specified time, similar to the frequency and form of the exciting imiuls and directed towards the latter.

На фиг. 1 изображены формы имиульсов, возбуждаемых в нровер емом нзделии; на фиг. 2 - принципиальна электрическа схема генератора дл возбуждени импульсов; на фиг. 3, 4 и 5 - различные формы выполнени устройств.FIG. 1 depicts the imiuls forms excited in the scanned product; in fig. 2 is a circuit diagram of a generator for driving pulses; in fig. 3, 4 and 5 - various forms of the device.

Возбуждающий импульс а от геиератора высокой частоты приводит пьезоэлемент в колебательное движение, форма которого изображена кривой б. Если в определенный момент времени / подать на ньезоэлемент комненсирующий импульс в соответствующей амплитуды и формы, воздсйствуюпцп па пьезоэлемеит в иротивофазе к совершаемым им колебани м , то в результате колебани пьезоэлемепта будут соответствовать кривой г, ибо начина с момента времени i, оба колебани взаимно уничтожагс . Измен имплитуду и момент подачи компенсирующего импульса на колеблющийс пьезоэлемент, можно в щироких пределах регулировать длнтельиость излучаемого импульса упругих колебаний.An excitation pulse a from a high frequency geerator causes the piezoelectric element to oscillate, the shape of which is depicted by curve b. If at a certain point in time / apply to a bad element the impulse in the corresponding amplitude and form, stimulating the piezoelement in the opposite phase to the oscillations it performs, then the oscillations of the piezoelement will correspond to the curve r, for starting from time i, both oscillations cancel each other. By changing the impulse and the moment of applying the compensating impulse to the oscillating piezoelectric element, it is possible to regulate within wide limits the length of the emitted impulse of elastic oscillations.

Электрическа компенсаци колебаний иьезоэлемента может быть осуществлена по схеме, иоказанпой па фиг. 2, где: 7 - геператор импульсов , 2-хронизатор, 5 - блок задержки импульсов и 4 - блок гп1тани всей схемы.Electrical compensation of oscillations of an element can be carried out according to the scheme, and shown in FIG. 2, where: 7 is a pulse generator, a 2-chronizer, 5 is a pulse delay block, and 4 is a gp1tani block of the entire circuit.

Генератор / посылает импульс колебаний на управл ющую сетку лампы 5. Одновременно на третью сетку этой лампы поступает П-образный нмпульс, открывающий лампу иа заданное врем . Нагрузкой лампы вл етс колебательный контур 6, 7. параллельно которому подключен ньезоэлемергг 8. Усилепиый лампой 5 импульс генератора возбуждает пьезоэлемепт, но в заданный момент времени срабатывает тиратрон 9 и возбуждает и контуре 6, 7 комиенсируюн1ий нмпульс, форма и амплитуда которого регулируютс сопротивлени ми 0 и //. Врем срабатываии тиратрона и, следовательно, момент подачи компенсируюидего нмпульса измен ютс с помощью блока 3 регулируемой задержки.The generator / sends an oscillation pulse to the control grid of the lamp 5. At the same time, a U-shaped pulse arrives on the third grid of this lamp, which opens the lamp for a specified time. The lamp is loaded with an oscillating circuit 6, 7. in parallel with which is connected a electrical element 8. An amplified pulse 5 of the generator excites the piezoelectric element, but at a given moment of time the thyratron 9 triggers and excites the impulse 6, 7, the pulse and the amplitude of which and //. The response time of the thyratron and, consequently, the time at which the compensating pulse is applied, is varied by means of an adjustable delay unit 3.

Возможно также осуществл ть уменьщение мертвой зоны на основе акустической компенсации колебаний гп; езоэлемента в режиме нриема при возбуждении его хо-сигиалом от передней rpain-i конт)олируемого издели .It is also possible to reduce the dead zone on the basis of acoustic compensation of the oscillations of hn; Ezoelement in the mode of reception at the excitation of its ho-sigial from the front rpain-i contact) of the product under test.

Нри этом колебани иьезоэлемента 8 (фиг. 3). номещениого в воде и возбуждаемого высокочастотным импульсом, могут электрически компенсироватьс описаниым выще снособом. Короткие импульсы упругих колебаний излучаютс в обе стороиы. Зондирующий имнульс раснростран етс по наиравлеиню к контролируемому изделию И, отражаетс от передней eio грани и в виде эхо-сигнала возврандаетс к гп езозлементу, заставл последний колебатьс . В качестве компеисирующего импульса используетс нмпульс, излучаемый обратной стороиой гп езоэлемента 8 и распростран ющийс в противоположном направлении, где он встречает отражатель О, расположенный в воде на таком же рассто нии от пьезоэлемента, что и контролируемое изделие. Отражатель О может быть выиолнен, наиример, в виде иластииы полуволповой толщины из материала, подход щего по акустическим характеристикам. Друга сторона отражател граничит с воздухом В. Нри этом условии отражение импульса упругих колебаний от поверхности отражател произойдет так же, как 01 границы раздела вода - воздух, т. е. с потерей полуволны.In this case, the vibration element 8 (Fig. 3). Water-induced and excited by a high-frequency pulse can be electrically compensated for by the method described above. Short pulses of elastic vibration are radiated to both sides. The probing impulse spreads along Na-ray to the monitored product AND, reflects from the front eio of the face and returns as an echo to the semi-nozlement, causing the latter to oscillate. An impulse emitted by the reverse side of the hp of the element 8 and propagating in the opposite direction, where it meets the reflector O, located in the water at the same distance from the piezoelement as the controlled product, is used as the compaction pulse. The reflector O can be made, for example, in the form of an elastic of half-wave thickness from a material that is suitable for its acoustic characteristics. The other side of the reflector is bordered by air B. In this condition, the reflection of a pulse of elastic oscillations from the surface of the reflector will occur in the same way as the 01 interface between water and air, that is, with the loss of the half-wave.

Отраженный компенсирующий нмпульс попадет на пьезоэлемепт «дновремеппо с эхо-сигналом от передней грани издели , но в противофазе по отиощению i иему.Reflected compensating impulses will fall on the piezoelement “with a time signal with an echo signal from the front edge of the product, but in antiphase as it is, i and it.

Если при этом амплитуды обоих импульсов будут равпы (что пструд110 осуществит)), то они взаимно компеисиру отс и колебани пьезоэлемснта не возникнут. В то же врем от любого, скол1 угодно близко расиоложеппого к передней грани издели дефекта Д, будет отражатьс эхо-сигнал, который возбудит колебани пьезоэлемента и будет четко виден па экране прибораАкустическа компенсаци колебаний ги езоэлемента может быть осуигествлена и без отражател , если примепить дифференциальную схему . Два одинаковых пьезоэлемента S; и Sz (фпг. 4) возбуждаютс одновременно импульсами одппаковой амплитуды п формы. Будучи ориентированы CBoeii пол рпостыо навстречу один другому, пьезоэле.мспты посылают в сторопу контролируемого издели два импульса упругих колебаний , сдвинутые но фазе на 180. Эти импульсы одновременно отражаютс от передней грани издели И и, будхчи прин ты пьезоэлементами. складываюте в виде эле1 трпческих п.мпульсов равной амплитуды, но протнвоположной пол рности, дава в сумме нуль.If, in this case, the amplitudes of both impulses will be rabbi (which pdrud110 will carry out)), then they will mutually combine the oscillations and oscillations of the piezoelectric element will not occur. At the same time, an echo signal, which will oscillate the piezoelement and will be clearly visible on the instrument's screen, will be reflected from any one, which is as close as possible to the front face of the product D, and will be clearly visible on the screen of the device. . Two identical piezoelectric elements S; and Sz (phpg. 4) are simultaneously excited by pulses of odpak amplitude n shape. Being oriented by CBoeii half way towards one another, piezoelectric sensors send to the monitored product two impulses of elastic oscillations shifted 180 degrees but phase away. These impulses are simultaneously reflected from the front face of the product And, and, accepted by piezoelectric elements. add up in the form of elec tropic p.pulses of equal amplitude, but of opposite polarity, giving a total of zero.

Таким образом, на входе приемно-усилительного тракта не будет никакого импульса до тех пор, пока не- нарушитс ба,папс. Нарушение баланса нроизойдет, когда один из ПМНУЛЬСОВ войдет в изделие в тако.м месте, где под поверхностью расположеп какой-либо дефект. Отражен1 е от дефекта, сколь угодно близко лежащего под передней пздели . попадет в виде эхо-еигнала на соответствующий элемент, а затем - на вход присмногО устройства.Thus, there will be no impulse at the input of the receiving-amplifier path as long as the ba, paps is not disturbed. The imbalance of the balance will occur when one of the PMNULS enters the product in such a place where there is a defect under the surface. Reflected from the defect, which is arbitrarily close to the front of the front panel. will get in the form of an echo signal to the corresponding element, and then to the input of a predominantly device.

Можно осуи1ествить аналогичную схему и с одним пьезоэлементом.You can insist on a similar circuit with one piezoelectric element.

Дл этого два импульса, излучаемые пьезоэлементом 8 в разные стороны (фиг. 5j, отклон ютс двум отражател ми О и направл ютс па поверхность издели Я. Один из отражателей выполнен таким образом, что при однократном отражении от иего происходит сдвиг колебани по фазе на 90. Тогда колебани , отраженные от передней грани пзде..М1 , придут на пьезоэлемент в противофазе и взапмпо екомпенсируютс , эхосигнал же от дефекта даст импульс на входе прпемно-уеи,лительного тракта.For this, two pulses emitted by the piezoelectric element 8 in different directions (Fig. 5j, are deflected by two reflectors O and are directed to the surface of the product I.) One of the reflectors is designed so that, once reflected, it oscillates in phase by 90 Then the oscillations reflected from the front face of the box .. M1, will come to the piezoelectric element in antiphase and in the future will be compensated, the echo signal from the defect will give an impulse at the input of the input-literal path.

Можно ирсдставить себе и другие приемы осуществлени предложенного способа частичной электрической и акустичеекой комненсанпп колебаний гп езоэлемента.You can also imagine other methods of implementing the proposed method of partial electrical and acoustic coupling of the oscillations of the hp of the element.

Пред м с т п 3 о б р е т е н и Prev m s m ore 3

1. Способ повышени разрешаюнкй епособности ультразвуковой ан аратуры . осиоваиной па принципе исиользовани эхо-метода, иапример, дл умен щепи мертвой зоны ультразвукового эхо-дефектоскопа, о т .т и ч а ю П1 и с те.м, что, с целью пропзвольного уменьшени длительИОСТ1 возбуждающего и.М ульса и прекращенп возбужденных им колебаиий , через заданный 1ромежуток времени, на пьезоэлемепт, со сдв гом 10 времени, подают дополнитель з Й компенеирующий импульс, аналогичный по частоте и форме возбуждаюи1ему и.мпульсу и 1аправлеппы 1 австречу оследнем .1. A method for increasing the resolvability of an ultrasound anaptura. This is based on the principle of using the echo method, for example, for clever chips of the dead zone of an ultrasonic echo flaw detector, as well as on P1 and so that, in order to decrease the length and length of the exciting pulse and stop excited they oscillate, after a predetermined period of time, on the piezoelempe, with a pressure of 10 times, serve an additional compensating impulse similar in frequency and shape to the excitation of the pulse and the right impulse of the next one.

2- Способ i. 1, отличающийс тем. что. с целью создани акустичеекого ком 1енсирующего импульса и устранени эхо-сигналов, отраже ныл от передней грани контролируемого издели , на пьезоэлемепт , работающпй в режиме приема, одновременно с импульсом упругих колебаний, отраженных от передней грани издели , подают в противофазе аналогичный пмпул е, полученный, например, путем отражен 1 основAfb i 25935 4 -2- Method i. 1, characterized in that. what. in order to create an acoustic-sensitive pulse pulse and eliminate echo signals reflected from the front face of the product under test, a piezoelectric element operating in reception mode, simultaneously with the elastic wave pulse reflected from the front face of the product, is fed in antiphase similar to that obtained, for example, by reflecting 1 basisAfb i 25935 4 -

Hbix колебаний пьезоэлемента от специального отражател , либо путем формировани его при помощи отдельного пьезоэлемента.Hbix oscillations of a piezoelectric element from a special reflector, or by forming it with a separate piezoelectric element.

3.Устройство дл осуществлени способа по пп. 1 и 2, от л и ч а ющеес применением установленного в искательной головке отражател колебаний, например, выполненного в виде пластины полуволновой толщины, расположенного относительно пьезоэлемента со стороны, противоположной контролируемому изделию на рассто нии, равном рассто нию последнего от пьезоэлемента, и снабженного регулировочным приспособлением дл возможности изменени фазы отраженных колебаний на 80° относительно непосредственно отраженных от поверхности издели колебаний, в цел х акустической компенсации последних.3. Device for implementing the method according to claims. 1 and 2, from an oscillation reflector installed in the search head, for example, a half-wave thickness made in the form of a plate, located relative to the piezoelectric element on the side opposite to the controlled product at a distance equal to the distance of the piezoelement and equipped with an adjusting a device for changing the phase of the reflected oscillations by 80 ° relative to the oscillations directly reflected from the surface of the product, for the purpose of acoustic compensation of the latter.

4.Устройство дл осуществлени способа по пп. 1 и 2, от л и ч а ющ е е с применением пьезоэлемента, плоскость которого расположена перпендикул рно к поверхности контролируемого издели , и двух отражателей , расположенных симметрично но обе стороны пьезоэлемента иод одинаковыми угла.ми и предназначенных дл направлени колебаний пьезоэлемента на два смежных участка новерхности издели таким образом , чтобы отраженные от издели колебани попадали обратно на ньезоэлемент в нротивофазе, взаимно компенсиру сь.4. Device for carrying out the method according to claims. 1 and 2, from the reference unit using a piezoelectric element, the plane of which is perpendicular to the surface of the product under test, and two reflectors symmetrically but both sides of the piezoelectric element iodine with the same angle and intended to direct the oscillations of the piezoelectric element to two adjacent the area of the product surface in such a way that the oscillations reflected from the product fall back on the bad element in the frontal phase, mutually compensate.

5.Устройство дл осуществлеии способа по пП. 1 и 2, отл ич а ющеес применением дифференциально соединенных пьезоэлемеитов, расположенных в одной плоскости, параллельной поверхности контролируемого издели , но ориентированных по их пол рности в противоположные стороиы и предназначенных дл излучени колебаний, сдвинутых между собой на 180° но фазе, на два смежных участка новерхности издели таким образом, чтобы отраженные от этих участков обратно на пьезоэлементы колебани взаимно компенсировались, не вызыва отклонени индикатора.5. Device for carrying out the method according to PP. 1 and 2, distinguished by the use of differentially connected piezoelemites, located in one plane, parallel to the surface of the tested product, but oriented in opposite directions by their polarity and intended to emit oscillations that are shifted between themselves 180 ° but in phase, to two adjacent the area of the product surface in such a way that the oscillations reflected from these sections back onto the piezoelectric elements mutually compensate without causing the indicator to deviate.

Риг 3Rig 3

Фиг Fig