SU1559282A1 - Устройство дл измерени времени распространени ультразвука в материале - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к неразрушающему испытанию ультразвуковым методом материалов и может быть использовано дл  контрол  физико-механических характеристик. Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет компенсации искажений формы сигнала в целом, не только по крутизне фронта. Прошедший материал сигнал искажаетс  за счет потери высокочастотной составл ющей. Часть приемного сигнала проходит через делитель напр жени  и поступает на первый вход сумматора, на второй вход которого поступает продифференцированный приемный сигнал. На выходе блока коррекции получаетс  сигнал, близкий по форме к излученному сигналу. Этот сигнал далее обрабатываетс  в пороговом блоке и формируетс  измер емый временной интервал. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

(Я

с

Изобретение относитс  к области неразрушающих испытаний ультразвуковым методом и может быть использовано дл  контрол  физикс-механичес- ких характеристик строительных материалов ,

Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет компенсации искажений формы сигнала в целом.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема блока коррекции; на фиг.З - принципиальна  схема блока коррекции; на фиг.4 - временные диаграммы , по сн ющие работу устройства.

Устройство дл  измерени  времени распространени  ультразвука содержит синхронизатор 1, выход которого соединен с генератором 2 зондирующих импульсов. Выход генератора 2 соединеь . с излучателем 3 ультразвуковых колебаний, акустически св занным через контролируемый материал 4 с приемником 5 ультразвуковых кольба- ний. Выход приемника 5 соединен с входом блока 6 коррекции искажений сигнала, выход которого соединен с входом усилител  7, Выход усилител  7 соединен с входом порогового блока 8, выход которого подключен к входу формировател  9 временных интервалов , второй, вход которого подключен к выходу синхронизатора 1. Выход формировател  9 временных интервалов соединен с входом преобразовател  10 временных интервалов в цифровой код, выход которого подключен к индикатору 11.

Блок 6 коррекции (фнг.2) содержит делитель 12 напр жени  и дифференСП

ел со fro

00

to

цирующий блок 13, входы которых соединены с выходом приемника 5. Выход делител  12 подключен к первому входу сумматора 14, выход дифференцирующего блока 13 - к второму входу сумматора 14, а выход сумматора 14 соединен с входом усилител  7.

В блоке 6 коррекции в качестве делител  напр жени  использованы после- довательно соединенные конденсаторы С и С, выход делител  12 напр жени  (точки 1, 2) одновременно  вл етс  первым входом сумматора 14. В качестве дифференцирующего блока 13 ис- пользованы последовательно соединенные конденсаторы С, Cf и резистор R, с переменным сопротивлением, выход дифференцирующего устройства 13 (точки 2, 3) одновременно  вл етс  вто- рым входом сумматора 14. В качестве сумматора 14 использованы последовательно соединенные конденсатор С,, и резистор R, выходное напр жение сумматора 14 (между точками 1-3)  вл ет- с  суммой выходных напр жений делител  1 2 и дифференцирующего блока 13.

Устройство работает следующим образом .

Синхронизатор 1 вырабатывает пери- одически следующие импульсы дл  запуска генератора 2 импульсов, а также импульсы , определ ющие момент излучени  импульсов в контролируемый материал 4. Электрические импульсы с вы- хода генератора 2 преобразуютс  излу- чателем 3 в импульсы ультразвука (УЗК), излучаемые в контролируемый материал 4. Прошедшие через материал 4 импульсы УЗК преобразуютс  приемки- ком 5 в электрические и через блок 6 коррекции поступают на усилитель 7, обеспечивающий приведение амплитуды первого полупериода прин тых импульсо УЗК к нормированному уровню Т1М на входе порогового блока 8. Пороговый блок 8 срабатывает на пороговом уровне Uc первого полупериода прин тых импульсов УЗК и формирует импульс который своим передним фронтом определ ет момент приема импульсов УЗК. Этот импульс и импульс с выхода синхронизатора 1, определ ющий момент излучени  импульсов УЗК, поступают на формирователь 9 временных интервалов, который формирует импульс, длительность которого равна временному интервалу между моментами излучени  и приема импульсов УЗК. Длительность

д 5

0

5

импульса.с выхода формировател  прет- образуетс , в цифровой код преобразователем 10 и отсчитываетс  индикатором 1 1.

Коррекци  результатов измерени  производитс  следующим образом. Устанавливают исходное значение переменного сопротивлени  R, равное нулю. Затем величину R. постепенно увеличивают , при этом результат (измеренное врем  распространени ), наблюдаемый на индикаторе 11, уменьшаетс  и при значении достигает минималь-. ного значени , которое остаетс  неизменным при увеличении R , (до значени  R ц л. 2R ш) .

При дальнейшем увеличении R результат начинает увеличиватьс  и в пределе при становитс  равным исходному значению Т (при R,, 0). Установление на устройстве индикации минимального результата  вл етс  признаком того, что в результате коррекции осуществлена полна  компенсаци  погрешности, обусловленна  затуханием в контролируемом материале.

Общий принцип коррекции, осуществл емый в предлагаемом устройстве, объ сн етс  следующим образом„ Из-за частотной зависимости затухани  в контролируемом материале 4 (возрастание затухани  с частотой) материал воздействует на форму ультразвукового сигнала, как низкочастотный (НЧ) фильтр. Поэтому при отсутствии коррекции в спектре прин того импульса s (фиг.4) уменьшаетс  дол  высокочастотных (ВЧ) составл ющих по. сравнению с со спектром прин того импульса s(t) при отсутствии затухани , В результате фронт импульса „(t) зат гиваетс  по сравнению с фронтом импульса so(t) (фиг,4), и момент пересечени  фиксированного относительного порогового уровн  1Г0, определ ющий резуль- ат измерени  времени распространени , смещаетс  на величину &t, котора  определ ет погрешность измерени  времени распространени , обусловленную наличием затухани  в материале.

При наличии блока коррекции спектр и, следовательно, форма сигнала на выходе делител  12 напр жени  совпадают со спектром и формой сигнала s(t) при отсутствии коррекции, т.е. в нем подавлены ВЧ составл ющие. В спектре сигнала на выходе дифференцирующего блока 13, который осуществл ет ВЧ фильтрацию, увеличиваетс  дол  ВЧ составл ющих, но при этом подавл ютс  НЧ составл ющие. При суммировании сигналов с выхода делител  12 и дифференцирующего устройства 13 эти два эффекта взаимно компенсируютс ; подавление ВЧ составл ющих за счет затухани  в сигнале на выходе делител  12 компенсируетс  повышением уров- н  ВЧ составл ющих в спектре поодиф- фереицированного сигнала, а снижение доли КЧ составл ющих в спектре продифференцированного сигнала компенсируетс  преобладанием этих частот в спектре сигнала на выходе делител  12. При соответствующем выборе коэффициента передачи делител  12 и посто нной времени дифференцирующего блока 13 можно осуществить при суммиро- вании полную взаимную компенсацию, при этом частотна  характеристика системы материал 4 - блок 6 коррекции становитс  равномерной (частотно-независимой ) , а спектр и, следователь- но, форма сигнала s(t) на выходе сумматора 14 (на входе усилител ) точно повтор ют спектр и форму прин того импульса s0(t) при отсутствии затухани , в результате чего погрешность измерени  fct становитс  равной нулю.

35

Дл  объ снени  возможности конкретной реализации общего принципа коррекции проанализируем работу блока коррекции 6.

При отсутствии коррекции спектр S(Q) прин того импульса s(t) на выходе усилител  7 определ етс  выражением40

S(0) Sfl (CCO K GO),

(1)

де S 0(СО) - спектр прин того импульса so(t) при отсутствии затухани ; Q - кругова  частота; К (со) частотна  характеристика материала, котора  аналогична частотной характеристике низкочастотного RC-фильтра и, следовательно, описываетс  выражением

Ко

(2)

где Ј0 - посто нна  времемени материала , определ ема  коэффициентом частотной зависимости затухани  и базой измерени 

Частотна  характеристика блока 6 коррекции с помощью известных законов электротехники описываетс  выражением

К, (СО)

1 + j . t (3)

i +JWTTc75

Спектр прин того импульса на выходе блока коррекции определ етс  выражением

s0((ca),,

s(to

К(сэ)К0(0ЬК(Јд)

-

(4)

(1 +jorfe) (1 +J0-R i ) (5)

l+jt).

77c7c

 вл етс  частотной характеристикой , системы материал 4 - блок 6 коррекции При значении переменного сопротивлени  в блоке коррекции из (4) и (5) следует

K(cU К0(0

1

1

)

что соответствует коррекции, при этом спектр прин того импульса определ етс  выражением (1), а погрешность ftt и, следовательно, измеренное врем  распространени  имеют максимальное значение. i ь

При увеличении R верхн   граница частотной характеристики описываемой (5), повышаетс , фронт прин того импульса укорачиваетс j при этом уменьшаютс  погрешность ut и измеренное врем  распространени . При достижении равенства R4 R,0 0/C частотна  характеристика принимает вид

45 К (СО)

1

l+JWj7c °/С

или при С , С К (СО) 1 .

Таким образом, при установлении значени  частотна  характеристика системы материал - блок коррекции становитс  равномерной (частотно-независимой ) , При этом в соответствии с (4)

S(W) S0(Q), и следовательно,

S(t)

S0(t),

т.е. осуществл етс  полна  коррекци  ().

При дальнейшем увеличении значени  сопротивлени  Rf верхн   граница частотной характеристики К (СО) , опреде- л емой выражением (5), начинает уменьшатьс , при этом происходит подавление ВЧ составл ющих прин того импульса, что приводит к зат гиванию фронта и, следовательно, к увеличению измеренного времени распространени  (к увеличению ut), В пределе при R - 00

к(и); ,.а,

что следует из выражени  (5), при этом коррекци  отсутствует и, следо- вательно, измеренное врем  распрост- ранени  оп ть принимает начальное значение (такое же, как при R,0).

Расчет частотной характеристики К(Ј0) системы материал 4 - блок 6 коррекции , а также проведенные экспери- ментальные исследовани  показали, что частотна  характеристика К (со) ,

таетс  равномерной в широком диапазоне частот при значени х R(0,)R10.

Изложенное  вл етс  обоснованием возможности при работе предлагаемого устройства использовать в качестве признака коррекции установление на индикаторе (при увеличении R4) минимального значени  времени распространени , которое остаетс  неизменным дл  достаточно широкого диапазона зна чени  R,,

Фор м у ла изобретени 

Claims (2)

1.Устройство дл  измерени  времени распространени  ультразвука в материале , содержащее последовательно электроакустически соединенные синхронизатор , генератор зондирующих импульсов, излучатель и приемник, последовательно соединенные усилитель, пороговый блок, формирователь временных интервалов, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора, преобразователь временных интервалов

в цифровой код и индикатор, блок коррекции искажений приемного сигнала, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, блок коррекции искажений приемного сигнала выполнен в виде сумматора, выход которого подключен к входу усилител , и подключенных к его входам делител  напр жени  и дифференцирующего блока, входы которых подключены к выходу приемника .

2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что блок коррекции искажений приемного сигнала выполнен в виде последовательно соединенных первого конденсатора, второго конденсатора и резистора с переменным сопротивлением, второй вывод которого подключен к нулевой шине, а вход и выход первого конденсатора  вл ютс 

соответственно входом и выходом блока коррекции искажений приемного сигнала.

Я

/.

К приеннику УЗ К

12

К приемнику УЗ К

IH

70

1

9

в

фие.1

К усилителю

г

К усилителю

-S

+0 z

RT

.З

4W «ДО

/I.