SU1385064A1 - Ультразвуковой дефектоскоп - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к нераз- ру.шающим испытан и м ультразвуковым методом и может быть использовано дл  контрол  материалов и изделий. Цель изобретени  - повышение достоверности и производительности контрол  за счет учета фактической зависимости чувствительности преобразовател  от рассто ни  до дефекта и его диаметра и качества акустического контакта. В дефектоскопе осуществл етс  выравнивание чувствительности каждого преобразовател  3-5 с помощью оперативного запоминающего устройства 17, цифроаналогового преобразовател  18, интегратора 19 и масштабного усилител  20, сигнал с выхода которого поступает на второй вход детектора 11, что повьш1ает . достоверность и производительность контрол . 2 з.п. ф-лы. 4 ил. i СО

Description

со

СХ) ел

о

О5

NI

Изобретение относитс  к неразрушающим испытани м ультразвуковым методом и может быть использовано дл  контрол  материалов и изделий в машиностроении , энергетике и других отрасл х промышленности.

Цель изобретени  - повьшение достоверности и производительности контрол  за счет учета фактической зависимости чувствительности преобразовател  от рассто ни  до дефекта и его диаметра.

На фиг. 1 представлена блок-схема ультразвукового дефектоскопа; -на фиг. 2 - аналогова  схема слежени  за качеством акустического контакта; на фиг. 3 - схема слежени  за амплитудой донного сигнала; на фиг.4 - временные диаграммы, по сн ющие рабо- ту устройства.

Ультразвуковой дефектоскоп срдер- жит последовательно соединенные синхронизатор 1 и распределитель 2 импульсов , п ультразвуковых преобразо- вателей 3-5, п генераторов 6-8 возбуждени  ультразвуковых колебаний, подключенных своими входами к соответствующим выходам распределител  2 импульсов, а выходами - к соответст- вующим ультразвуковым преобразовател м 3-5, последовательно соединенные коммутатор 9, первые п входов которого подключены к соответствующим ультразвуковым преобразовател м 3-5, а входы с п+1 по 2п - к выходам с 1 по п распределител  2 импульсов соответственно , где ,...,N, последовательно соединенные логарифмический усилитель 10, детектор 11 и пиковый детектор 12, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора 1, последовательно соединенные вькодной регистр 13 и компаратор 14, формирователь 15, подключенный входом к вы- ходу синхронизатора 1, а выходом-.- к третьему входу пикового детектог ра 12 и к второму входу выходного регистра 13, последовательно соединенные входной регистр 16, оперативное запоминающее устройство 17, цифроана- логовый преобразователь 18 (ЦАП), интегратор 19 и масштабный усилитель 20 выход которого подключен к второму входу детектора 11, тактовый генера- тор 21, входы которого подключены к соответствующим выходам распределител  2, а выход - к второму входу оперативного запоминающего устройства 17, аналого-цифровой преобразователь 22, первым входом подключенный к выходу пикового детектора 12, а выходом - к входу выходного регистра 1 3 .

Дефектоскоп содержит регулируемый источник 23 опорного напр жени , последовательно соединенные пиковый детектор 24 донного сигнала, первый вход которого подключен к выходу детектора 11, а второй вход - к второму выходу формировател  15, интегратор 25 донного сигнала, сумматор 26, второй вход которого подключен к регулируемому источнику 23 опорного напр жени , а выход - к второму входу масштабного усилител  20, и схему 27 совпадени , первый вход которой подключен к второму выходу формировател  15, второй вход - к выходу компаратора 14, а выход - к третьему входу пикового детектора 24 донного сигнала.

Дефектоскоп содержит последовательно соединенные преобразователь 28 код - адрес, вход которого подключен к второму выходу выходного регистра 13, второе оперативное запоминающее устройство 29, второй цифроанало- говый преобразователь 30, выход которого подключен к второму входу масштабного усилител  20, и схему 31 совпадени  j первый вход которой подключе

к второму выходу формировател  15, I ,

второй вход - к выходу компаратора 14, а выход - к третьему входу выходного регистра 13.

Ультразвуковой дефектоскоп (фиг.1 работает следующим образом.

Синхронизатор 1 вырабатьшает синхронизирующие сигналы дл  отдельных блоков дефектЪскопа. На выходе синхронизатора 1 включен распределитель 2 импульсов, коммутирующий синхроимпульсы по каналам таким образом что первый синхроимпульс, поступающий с выхода синхронизатора 1, запускает первый генератор 6 возбуждени  ультразвуковых колебаний, второй синхроимпульс - второй генератор 7 и т.д. После прихода п-го синхроимпульса , запускающего п-й генератор 8, цикл вновь повтор етс .

Каждый генератор (6-8) возбуждает соответствующий ультразвуковой Преобразователь (3-5) и последний посылает импульс ультразвука в контролируемое изделие (не показано). Отраженные от неоднородностеи материала сигналы принимаютс  тем же или другим преобразователем и через коммутатор 9 подаютс  к входу логарифмического усилител  10. Коммутатор 9 управл етс  сигналами распределител  2, обеспечива  последовательное прохождение прин тых отраженных сиг- налрв с соответствующих преобразователей (3-5). Усиленные логарифмическим усилителем 10 с широким динамическим диапазоном сигналы поступают на детектор 11.

Известно, что преобразователь каждого типа характеризуетс  своей АРД-диаграммой, определ ющей зависимость чувствительности преобразовател  от рассто ни  до дефекта и его диам етра, т.е. чувствительность электроакустического преобразовател  неодинакова при разной глубине залегани  дефекта, особенно в ближней зоне.

Дл  индивидуального выравнивани  чувствительности каждого преобразовател  с помощью известного у стройст- ва ввода-вывода ЭВМ (не показано), через входной регистр 16 в ОЗУ 17

ТОБОЙ частоты. В состав тактового генератора 21 входит счетчик адреса (не показан), который с тактовой частотой начинает опрос ОЗУ 17.

При поступлении первого адреса (т.е. начальной точки КВЧ) в ОЗУ 17 из него в виде цифрового кода выдаетс  информаци  об амплитуде начальной точки, поступающа  на ЦАП 18, где она преобразуетс  в аналоговый сигнал . В следующий момент (определ етс  тактовой частотой) счетчик адреса выдает второй адрес, т.е. адрес второй точки КВЧ и т.д. Так как ЦАП 18 вьщает аналоговый сигнал в ступенчатом виде, на его выходе включен интегратор 19, сглаживающий эту кривую . Сформированна  таким образом КВЧ подаетс  на масштабный усилитель 20 с регулируемым усилением, с выхода которого, усиленна  до необходимой величины, она подаетс  на детектор 11, на первый вход которого поступает сигнал с логарифмического усилител  10. В детекторе 11 оба напр жени  (сигнал с выхода усилител  10 и напр жение КВЧ с вьшода блока 20) алгебраически складываютс  и

дефектоскопа, в цифровой форме запи- на его выходе по вл етс  сигнал.

40

сываютс  кривые выравнивани  чувствительности (далее - КВЧ) дл  используемых в данном режиме контрол  преобразователей . В случае использовани  дефектоскопа совместно с ЭВМ в посто нном запоминающем устройстве (ПЗУ) после; ней (не показано) могут быть записаны кривые выравнивани  чувствительности дл  всех типов (конкретных образцов) используемых и имеющихс  в наличии преобразователей, что особенно важно в многоканальных установках , разные каналы которых могут работать с разными типами преобразователей . Тогда в каждом конкретном случае контрол  из ПЗУ ЭВМ в ОЗУ 17 дефектоскопа переписываютс  нужные кривые. В ОЗУ 17 хранитс  информаци  об амплитуде каждой точки КВЧ в функции от временного положени  этой точки.

Тактовый генератор 21 запускаетс  синхроимпульсом, соответствующим на-- чалу каждого цикла в случае контактного варианта контрол  или в. случае иммерсионного варианта - первым по- верхностньгм импульсом, который выдел етс  известными способами (не показано ), и вырабатывает импульсы так45

50

55

ответствующий прин тому преобраз телем 3, но с учетом КВЧ. Далее подаетс  на пиковый детектор 12, третий вход которого подаетс  ст импульс зоны контрол  с выхода ф ровател  15. Напр жение с выхода кового детектора 12, соответству максимальной амплитуде зхосигнал дефекта выделенной строб-импульс зоны контрол , поступает вход АЦП 22, где преобразуетс  в соот ствующий цифровой код, который ч выходной регистр 13 поступает на вый вход компаратора 14, на втор вход которого с известного устро ввода-вывода ЭВМ (не показано) в ден цифровой код порога регистра При превьппении дефектом порога р страции на выходе компаратора .14  вл етс  сигнал о наличии дефект

Сброс пикового детектора 12 о ществл .етс  очередным синхроимпу сом по его второму входу. Запись выходной регистр 13 может, напри осуществл тьс  по заднему фронту строб-импульса зоны контрол , по пающему на его второй вход.

С приходом следующего синхрои пульса на один из п входов такто

со на его выходе по вл етс  сигнал.

0

5

0

5

ответствующий прин тому преобразователем 3, но с учетом КВЧ. Далее он подаетс  на пиковый детектор 12, на третий вход которого подаетс  строб- импульс зоны контрол  с выхода формировател  15. Напр жение с выхода пи-, кового детектора 12, соответствующее максимальной амплитуде зхосигнала от дефекта выделенной строб-импульсом зоны контрол , поступает вход АЦП 22, где преобразуетс  в соответствующий цифровой код, который через выходной регистр 13 поступает на первый вход компаратора 14, на второй вход которого с известного устройства ввода-вывода ЭВМ (не показано) введен цифровой код порога регистрации. При превьппении дефектом порога регистрации на выходе компаратора .14 по вл етс  сигнал о наличии дефекта.

Сброс пикового детектора 12 осу- ществл .етс  очередным синхроимпульсом по его второму входу. Запись в выходной регистр 13 может, например, осуществл тьс  по заднему фронту строб-импульса зоны контрол , поступающему на его второй вход.

С приходом следующего синхроимпульса на один из п входов тактового генератора 21 в данном цикле (т.е. с началом работы другого канала) или с приходом следующего поверхностного импульса счетчик адреса осуществл ет переход по адресу первой точки следующей кривой выравнивани  чувствительности дл  данного сочетани  передающего и приемного преобразователей .

Дефектоскоп, как частньй случай, может работать в одноканальном варианте . В этом случае надобность в коммутаторе и распределителе отпадает.

Таким образом, использование пред- которого подаетс  опорное напр жение,

варительно записанных в ОЗУ 17 кривых выравнивани  чувствительности позвол ет точно подобрать необходимую кривую дл  каждого используемого превеличину которого можно регулировать в необходимых пределах. При заведомо хорошем акустическом контакте, т.е. при настройке установки, опорное наобразовател  и сочетани  их, что поз-20 пр жение выбирают, например,таким.

чтобы напр жение на выходе сумматора 26 было равно нулю. Тогда масшта HbDi усилитель 20 передает КВЧ без смещени  ее уровн  по посто нному напр жению. В случае ухудшени  акус тического контакта, т.е-, когда и до ный сигнал, и сигнал от возможного дефекта уменьшаютс , на выходе сумм тора 26 по вл етс  напр жение, пост пающее на второй вход масштабного усилител  20, т.е. напр жение смеще ни , в результате чего КВЧ понижае с  и амплитуда уменьшившихс  сигна лов на выходе детектора 11 возраста ет до прежнего значени , т.е. проис ходит автоматическа  компенсаци  ухудшени  акустического контакта.

вол ет более точно скомпенсировать изменение чувствительности преобразователей по глубине, повысить достоверность контрол  и качертво контролируемых изделий.

Устройство .(фиг. 2) работает следующим образом. Усиленные и скомпенсированные с помощью КВЧ сигналы с детектора 11 (фиг, 4а) поступают на вход пикового детектора 12. На его третий, стробирующий, вход с формировател  15 поступает строб-импульс зоны контрол  (фиг. 46). Выделенный с помощью пикового детектора 12 сигнал от дефекта (фиг.4в) проходит дальнейшую обработку согласно вышеописанному . Сброс пикового детекто- ра 12 осуществл етс  очередным синхроимпульсом по его второму входу (см, фиг, 4в),

Сигналы с детектора 11 поступают также на первый вход пикового детектора 24 донного сигнала, на второй, стробирующий, вход которого поступает строб-импульс донного сигнала (фиг,4г). При этом, очевидно, действие кривой выравнивани  чувствительности должно по времени оканчиватьс  до прихода донного сигнала, так что последний поступает на вход пикового детектора 24 без амплитудной коррекции . Сброс пикового детектора 24 осуществл етс  по сигналу, соответствующему переднему фронту строб-импульса донного сигнала, поступающего с второго выхода формировател  15 через схему 27 совпадени  (фиг.4е). Причем на ее втором входе поддерживаетс  уровень логической 1 с выхо

да компаратора 14 (фиг.4д), что обеспечивает прохождение строб-импульса через схему 27 совпадени , (Услови  по влени  логической 1 на выходе компаратора 14 будут рассмотрены ниже). Сигнал с выхода пикового детектора 24, соответствующий амплитуде донного сигнала (фиг. 4ж), сглаживаетс  интегратором 25 донного сигнала в непрерывную кривую (фиг.4и), С выхода интегратора 25 донного сигнала эта крива  поступает на первый вход сумматора 26, на второй вход

которого подаетс  опорное напр жение,

величину которого можно регулировать в необходимых пределах. При заведомо хорошем акустическом контакте, т.е. при настройке установки, опорное на0 пр жение выбирают, например,таким.

5

0

5

0

5

0

5

чтобы напр жение на выходе сумматора 26 было равно нулю. Тогда масштаб- HbDi усилитель 20 передает КВЧ без смещени  ее уровн  по посто нному напр жению. В случае ухудшени  акустического контакта, т.е-, когда и донный сигнал, и сигнал от возможного дефекта уменьшаютс , на выходе сумматора 26 по вл етс  напр жение, поступающее на второй вход масштабного усилител  20, т.е. напр жение смещени , в результате чего КВЧ понижаетс  и амплитуда уменьшившихс  сигналов на выходе детектора 11 возрастает до прежнего значени , т.е. происходит автоматическа  компенсаци  ухудшени  акустического контакта.

На практике может встретитьс  случай , когда при хорошем акустическом контакте донный сигнал уменьшаетс  из-за достаточно большого, прот женного или близкорасположенного дефекта . При этом амплитуда сигнала от дефекта может превьшгать амплитуду донного сигнала. Это может вызвать ложное срабатывание устройства. Во избежание этого с выходного регистра 13 сигнал от дефекта в цифровом коде поступает на первый вход компаратора 14. На его второй вход с известного программатора (не показан) или устройства ввода-вывода ЭВМ (не показано) введен цифровой код, соответствующий амплитуде такого условно максимального дефекта, при превьше- нии которого амплитуда донного сигнала уменьшаетс . В случае, когда обнаруженный в изделии дефект меньше условно прин того максимального де

.7

фекта, на выходе компаратора 14 присутствует сигнал логической 1, что обеспечивает работу устройства в описанном режиме - автоматической компенсации изменени  качества а|сусти- ческого контакта.

Если обнаруженньш дефект превьпна- ет условный максимальный дефект, то на .выходе компаратора 14 по витс  уровень О, что закроет схему 27 совпадени  и строб-импульс донного сигнала, не попадет на третий вход пикового детектора 24 донного сигнала и, следовательно, не сбросит его в результате чего информаци  на выходе пикового дефёктора 24, а следовательно , и на выходе сумматора 26 не изменитс , т.е. .устройство не прореагирует на изменение амплитуды донного сигнала, вызванное крупным дефектом .

Таким образом, устройство позвол ет автоматически производить компенсацию изменени  качества акустического контакта в каждом такте без участи  оператора, что особенно важно в многоканальных автоматизированных установках контрол , причем описанна  схема позвол ет производить дальнейший контроль при ухудшенном качестве акустического контакта. Кроме того, устройство не реагирует на изменени  донного сигнала, вызванные крупными дефектами, что исключает его ложное срабатывание, повышает достоверность и производительность контрол  и, как следствие, качество контролируемых изделий.

Устройство (фиг.З) работает следующим образом. Усиленные и скомпенсированные с помощью КВЧ сигналы с детектора 11 поступают на вход пикового детектора 12. На его второй.

стробирующий, вход с формировател  маци  о котором поступила с оператив-.

последовательно поступают строб-импульсы зоны контрол  и донного сигнала . Сброс пикового детектора 12 производитс  по его второму входу по фронту.очередного строб-импульса. С выхода пикового детектора 12 сигналы попадают на АЦП 22, где преобразуютс  в цифровую форму и поступа- ют на информационную шину выходного регистра 13.-Код, соответствующий сигналу от дефекта, записываетс  в первую  чейку выходного регистра 13 по заднему фронту строб-импульса зоны контрол , поступающему на второй

50

55

ного запоминающего устройства 29.

В процессе работы в случае нормального акустического контакта и отсутстви  крупных дефектов амплитуда донного сигнала практически не измен етс , что обеспечивает неизменность информации во второй  чейке выходного регистра 13. С ее второго выхода она поступает на преобразователь 28 код - адрес, где преобразуетс  в адрес , поступающий в оперативное запоминающее устройство 29, и на выход последнего поступает информаци  об уровне посто нной составл ющей напр 0

j

вход записи в первую  чейку с третьего выхода формировател  15. Код, соответствующий донному сигналу, записываетс  во вторую  чейку выходного , регистра 13 по заднему фронту строб- импульса донного сигнала, поступающему на третий вход записи во вторую  чейку регистра 13 с второго выхода формировател  15 через схему 31 совпадени . При этом на ее втором входе поддерживаетс  уровень логической 1 с выхода компаратора 14, услови  по влени  которого рассмотрены ниже.

Таким образом, в каждом такте в выходном регистре 13 оказываютс  записанными цифровые коды сигнала от возможного дефекта и донного сигнала, причем сигнал от дефекта приходит 0 обработанным с помощью КВЧ, а донный сигнал - в чистом виде, т.е. КВЧ

по времени блокируетс  раньше прихода донного сигнала.

В оперативное запоминак цее устройство 29 с помощью известного программатора или устройства ввода-вывода ЭВМ (не показаны), подключаемые к его второй информационной шине, записываетс  информаци  об уровн х смещени  КВЧ по вертикали, т.е. информаци  о посто нной составл ющей КВЧ. При подаче на первую адресную шину оперативного запоминающего устройства 29 . определенного адреса из него считываетс  цифровой код, записанньй по этому адресу, попадает на ЦАП 30, где преобразуетс  в аналоговый сигнал и поступает на второй вход масштабного усилител  20, на первый вход которого поступает КВЧ с интегратора 19 (фиг. 1). Масштабный усилитель 20 в этом случае не только усиливает КВЧ, но и производит необходимое смещение ее по посто нному напр жению, информаци  о котором поступила с оператив-.

ного запоминающего устройства 29.

В процессе работы в случае нормального акустического контакта и отсутстви  крупных дефектов амплитуда донного сигнала практически не измен етс , что обеспечивает неизменность информации во второй  чейке выходного регистра 13. С ее второго выхода она поступает на преобразователь 28 код - адрес, где преобразуетс  в адрес , поступающий в оперативное запоминающее устройство 29, и на выход последнего поступает информаци  об уровне посто нной составл ющей напр жени  КБЧ, Далее она преобразуетс  с помощью ДАЛ 30 и поступает на второй вход масштабного усилител  20. При ухудшении акустического контакта- амплитуда донного сигнала уменьшаетс  и во вторую  чейку выходного регистра 13 записываетс  друга  информаци , соответствующа  новой, уменьшившейс  амплитуде донного сигнала. Эта нова  информаци  преобразуетс  в новый адрес , в результате чего из оперативно го запоминающего устройства 29 будет считан новый код, соответствующий новому , пониженному уровню смещени  КВЧ по посто нному напр жени . В итоге КВЧ изменитс  настолько по уровню посто нной составл ющей, что амплитуда сигналов от дефектов на выходе детектора 11 восстановитс  до прежнего значени .

На практике может встретитьс  слу- чай, когда при хорошем акустическом контакте амплитуда донного сигнала уменьшаетс  из-за достаточно большого , прот женного или близкорасположенного дефекта. При этом амплитуда сигнала от дефекта по абсолютной величине может превысить амплитуду донного сигнала. Во избежание ложного срабатывани  устройства в этом случае с  чейки выходного регистра 13 код, соответствующий сигналу от дефекта, поступает на первый вход компаратора 14. На его второй вход с известного программатора или устройства ввода-вывода ЭВМ (не показаны ) введен цифровой код, соответствующий амплитуде такого условно максимального дефекта, при превышении которого возможно уменьшение амплитуды донного сигнала. Когда обнаружен- ньй в изделии дефект меньше условно прин того максимального дефекта, на выходе компаратора 14 присутствует сигнал логической 1, что обеспечивает работу устройства в вьш1е описанном режиме автоматической компенса-- ции изменени  качества акустического

контакта.

1 --

Если обнаруженный дефект превьш1а- ет условньш максимальный дефект, то на выходе компаратора 14 по витс  уровень О, что закроет схему 31 совпадени  и строб-импульс донного сигнала не попадет на третий вход записи во вторую  чейку выходного регистра 13, в результате чего информаци  на ее выходе не изменитс  и не

5064 О

произойдет смещени  КВЧ по уровню посто нного напр жени , т.е. устройство не прореагирует на изменение амплитуды донного сигнала,- вызванное крупным дефектом. ;

Таким образом, устройство позвол ет автоматически, без участи  оператора , производить компенсацию изменени  качества акустического контакта . в каждом такте путем коррекции КВЧ ..по уровню посто нного напр жени , восстанавлива  амплитуды прин тых сигналов на входе регистрирующих устройств (не показаны) до первоначального значени , т.е. до значени  прио нормальном акустическом контакте, что особенно важно дл  повьш1ени  производительности контрол  в автоматизированных установках с применением ЭВМ. Кроме TorOj устройство не реагирует на изменени  донного сигнала, вызванные крупными дефектами, что исключает его ложное срабатывание.

0

5

0

5

0

5

Claims (3)

1. Ультразвуковой дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные синхронизатор и распределитель импульсов , п ультразвуковых преобразователей , п генераторов возбуждени  ультразвуковых колебаний, подключенных своими входами к соответствующим входам распределител  импульсов, а выходами - к соответствующим ультра- f звуковым преобразовател м, последовательно соединенные коммутатор, . первые п входов которого подключены к соответствующим ультразвуковым преобразовател м , а входы с п+1 по 2п - к выходам с 1 по п распределител  импульсов соответственно, где п 1,..с,N, последовательно соединенные логарифмический усилитель, детектор и пиковый детектор, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора , последовательно соединенные выходн.ой регистр и компаратор, формирователь , подключённый-входом к выходу синхронизатора, а выходом - к третьему входу пикового детектора и к второму входу выходного регистра, отличающийс  тем, что, с целью повышени  достоверности и производительности контрол , он снабжен последовательно соединенными входным.регистром, оперативным

запоминающим устройстном, цифроанало- говым преобразователем, интегратором и масштабным усилителем, выход которого подключен к второму входу детектора , тактовым генератором, п входов которого подключены к соответствующим выходам распределител , а выход - к второму входу оперативного запоминающего устройства, аналого-цифровьм преобразователем, первым входом подключенным к выходу пикового детектора , а выходом - к входу выходного регистра.

2. Дефектоскоп по п. 1, отличающийс  тем, что он снабжен регулируемым источником опорного напр жени , последовательно соединенными пиковым детектором донного сигнала , первый вход которого подключен к выходу детектора, а второй вход - к второму выходу формировател , интегратором донного сигнала, сумматором , второй вход которого подключен

От синхрони- зото/за f

От НОН ffу- тотораз

8506412

к регулируемому источнику опорного напр жени , а выход - к второму входу масштабного усилител , и схемой совпадени , первый вход которой подключен к второму выходу формировател , второй вход - к выходу компарато10

15

20

ра, а выход - к третьему входу пико- во,го детектора донного сигнала.

3. Дефектоскоп по п. 1, о т л и- ,чающийс  тем, что, он снабжен последовательно соединенными преобразователем код - адрес, вход которого подключен к второму выходу выходного регистра, вторым оперативным запоминающим устройством и вторым цифроаналоговым преобразователем, выход которых подключен к второму входу масштабного усилител , и схемой совпадени , первый вход которой подключен к второму выходу формировател , второй вход - к выходу цифрового компаратора, а выход - к третьему входу выходного регистра.

От инте spafnopafS

фие. 2

От низатс аТ

От татвро 9

От интерероторо 19

фие.З

дс

зи

зи

iirlll

s л

a

д

TL

n

и

Фиг k

l

Z.

3ff

ДС L

TL

JT

- t

FT