SU1635121A1

SU1635121A1 - Устройство дл обнаружени инородных включений в потоке жидкости

Info

Publication number: SU1635121A1
Application number: SU894660502A
Authority: SU
Inventors: Владимир Алексеевич Ильин; Татьяна Михайловна Орлова; Федор Васильевич Левыкин; Анна Тимофеевна Каспарова
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1991-03-15

Abstract

Изобретение относитс к неразрушающему контролю материалов и изделий, а именно к ультразвуковому обнаружению инородных включений в потоке жидкости. Цель изобретени - повышение достоверности обнаружени инородных включений за счет исключени вли ни нестабильности акустического контакта преобразователей . В устройство, содержащее излучающий 1 и приемный 2 преобразователи, генератор 3, приемный блок 4, фазовый детектор 5 и индикатор 9, введены последовательно соединенные фильтр 6 доплеровских частот, детектор 7 огибающей и интегратор 8, а излучающий 1 и приемный 2 преобразователи размещены к вектору скорости потока исследуемой жидкости под углом 29&deg; / 52&deg;, чго позвол ет, использу отражение эхо-сигналов от инородных включений в потоке жидкости и фазовую модул цию сигнала на выходе приемного блока 4 с последующим выделением его фильтром б доплеровских частот,повысить достоверность обнаружени инородных включений. 1 ил со с

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий, а именно к ультразвуковому обнаружению инородных включений в потоке жидкости, и может быть использовано при диагностике системы охлаждения тепловозных дизелей для обнаружения прорыва газов из цилиндра внутреннего сгорания в систему жидкостного охлаждения.

Цель изобретения - повышение достоверности обнаружения инородных включений за счет исключения влияния нестабильности акустического контакта преобразователей и трубы.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит излучающий 1 и приемный 2 преобразователи, генераюр 3, приемный блок 4, фазовый детектор 5, фильтр 6 доплеровской частоты, детектор 7 огибающей, интегратор 8 и индикатор 9.

Генератор 3 подключен одним выходом к излучающему преобразователю 1, а друI ИМ выходом - к одному входу фазового детектора 5. Приемный блок 4 подсоединен в- '’дом к выходу приемного преобразователя 2 и выходом - к другому входу фазового детектора 5, выход которого подключен через последовательно соединенные фильтр 6 доплеровских частот, детектор 7 огибающей и интегратор 8 - к входу индикатора 9.

Угол/? наклона акустических осей излучающего 1 и приемного 2 преобразователей к вектору скорости потока исследуемой жидкости выбирают из условия обеспечения максимальной интенсивности проходящей в поток жидкости ультразвуковой волны, посылаемой излучающим преобразователем 1, и определяются вторым законом Снеллиуса. Эти значения заключены в диапазоне /?_тш <β </?max . где /?_|П|_П > 0 условие, необходимое для наблюдения эффекта Доплера, а верхняя граница диапазона /?тах определяется значением второго критического угла. Например, для стальной трубы 0°'< β < 55 °.

Однако в области малых значений углов β частота доплеровского сдвига соответственно мала и это затрудняет обнаружение полезного сигнала. Поскольку фильтр 6 доплеровской частоты имеет конечное значение нижней частоты F_K среза частотной характеристики, то все спектральные составляющие полезного сигнала, частоты которых лежат ниже F_H, будут подавляться. Поэтому нижний предел Дып определяется нижней границей полосы пропускания фильтра 6 доплеровской частоты.

Диапазон значений углов β ограничивается также условием минимальной потери ультразвуковой энергии сигнала при его прохождении в поток жидкости через материал трубы. Например, учитывая значения коэффициента прозрачности по энергии для стали, наибольшее значение коэффициента прозрачности при переходе через границу оргстекло-сталь будет иметь место при значениях β , лежащих в диапазоне 29^Ο< β< 52°. При этом оптимальное значение угла β составляет 32°.

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение с выхода генератора 3 поступает на излучающий преобразователь 1 с углом β ввода ультразвукового луча в жидкость, равным β = 90°- у, где у угол, образованный вектором скорости потока исследуемой жидкости и направлением от излучающего преобразователя 1 к инородной частице.

Ультразвуковые волны, проходя от излучающего преобразователя 1. попадают на приемный преобразователь 2 только при наличии инородных включений в исследуемой жидкости, отражаясь от них. В отсутствие инородных включений сигнал на входе приемного блока 4 отсутствует, но он появляется как только в потоке жидкости проходят инородные включения. Усиленные приемным блоком 4 сигналы подаются на фазовый детектор 5. Эффективность работы фазового детектора 5 обусловлена наличием доплеровского сдвига несущей частоты f₀принимаемых ультразвуковых колебаний. На один из входов фазового детектора 5 поступает опорное напряжение несущей частоты f_o с выхода генератора 3. Одиночный отражатель, движущийся с потоком исследуемой жидкости со скоростью v, формирует на входе фазового детектора 5 сигнал с частотой , 1 ± cos у ft. ---------±-------- .

T-cosy где с - скорость распространения ультразвуковых волн в жидкости;

у - угол между вектором скорости v потока жидкости и направлением от инородной частицы к приемному преобразователю 2.

Излучающий 1 и приемный 2 преобразователи своими диаграммами направленности ограничивают некоторый обьем жидкости, в который попадает множество случайно распределенных отражателей, движущихся в потоке жидкости. Каждый из таких отражателей в силу разброса их размеров и различия расстояний до преобразователей формирует на входе приемного преобразователя 2 сигнал со случайными амплитудой и фазой.

Суммарный сигнал на входе приемного преобразователя 2, таким образом, может быть представлен в виде узкополосного нормального случайного процесса. Узкополосность процесса объясняется тем, что эхосигналы от отражателей имеют частоту/ отличающуюся от частоты генератора 3 на небольшую величину доплеровского смещения ' , ν ± — cos у — cos у с ' где ν и с - практически постоянные величины скоростей движения жидкости и распространения ультразвука в ней;

у и у - значения углов между направлением акустической оси соответственно излучающего 1 и приемного 2 преобразователей и направлением потока жидкости.

Нормальность случайного процесса объясняется равным вкладом в результат всех сигналов от отдельных отражателей.

Выделенный фазовым детектором 5 шумовой сигнал поступает на вход фильтра 6 доплеровской частоты, затем последовательно на детектор 7 огибающей, интегратор 8 и индикатор 9, по показаниям которого судят о наличии инородных включений в потоке жидкости. Поскольку при отсутствии несплошностей эхо-сигналы на входе приемного блока 4 полностью отсутствуют, то усиление приемного блока 4 устанавливается максимальным, т.е. ограниченным лишь собственными шумами.

Использование предлагаемого устройства (по сравнению с известными) обеспечивает повышение достоверности обнаружения инородных включений в исследуемой жидкости, так как оно менее подвержено влиянию нестабильности акустического контакта излучающего и приемного преобразователей.

Claims

Формула изобретения

Устройство для обнаружения инородных включений в потоке жидкости, содержащее предназначенные’для размещения под углом к вектору скорости потока жидкости излучающий и приемный преобразователи, фазовый детектор, регистратор, генератор и приемный блок, подключенный входом к приемному преобразователю и выходом - к одному входу фазового детектора, генератор подсоединен одним выходом к излучающему преобразователю, другим выходом к другому входу фазового детектора, о тличающееся тем, что, с целью повышения достоверности, оно снабжено последовательно соединенными фильтром доплеровской частоты, детектором огибающей и интегратором, выход фазового детектора соединен с входом фильтра доплеровской частоты, а вход индикатора подключен к выходу интегратора.