SU789738A1

SU789738A1 - Material quality control apparatus

Info

Publication number: SU789738A1
Application number: SU772547101A
Authority: SU
Inventors: Сергей Валентинович Жуков; Димитрий Максимиллианович Максименко; Альберт Михайлович Полищук
Original assignee: Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1977-11-22
Publication date: 1980-12-23

Description

Изобретение относится к неразрушаю— щему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля качества материалов.The invention relates to non-destructive testing by the ultrasonic method and can be used to control the quality of materials.

Известно устройство для измерения фазовым методом, содержащее генератор колебаний, излучатель, приемник, фазовращатель, амплитудный детектор, усилитель и регистратор {1}.A device for measuring by the phase method, comprising an oscillator, emitter, receiver, phase shifter, amplitude detector, amplifier and recorder {1}.

Недостаток - низкая точность контроля.The disadvantage is the low accuracy of control.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля качества материалов, содержащее генератор ультра-, ₎₅звуковой частоты, излучатель, приемник последовательно соединенные фазовращатель, фазовый детектор и регистратор [2].The closest in technical essence and the achieved result is a device for controlling the quality of materials containing an ultra-, ₅₎ sound frequency generator, emitter, receiver, a series-connected phase shifter, phase detector and recorder [2].

Однако и это устройство обладает низкой точностью контроля.However, this device also has a low accuracy of control.

Цель изобретения - повышение точности контроля.The purpose of the invention is to increase the accuracy of control.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено включенными между приемником и фазовым детектором последовательно-соединенными усилителем с автоматической регулировкой усиления, детектором и полосовым фильтром, последовательно ^соединенными генератором измерительной частоты, смесителем, вход которого подключен к выходу генератора ультразвуковой частоты и усилителем мощности, выход которого подключен к излучателю, и блоком умножения, включенным между генератором измерительной частоты и фазовращателем,This goal is achieved by the fact that the device is equipped with a serially connected amplifier with automatic gain control, a detector and a band-pass filter connected in series between the receiver and the phase detector, serially connected by a measuring frequency generator, a mixer, the input of which is connected to the output of the ultrasonic frequency generator and a power amplifier, output which is connected to the emitter, and the multiplication unit connected between the measuring frequency generator and the phase shifter,

На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 ультразвуковой частоты, смеситель 2, усилитель 3 мощности, излучатель 4, приемник 5, усилитель 6 с автоматической регулировкой усиления (АРУ), детектор 7, полосовый фильтр 8, фазовый,[ детектор 9 и регистратор 10, последовательно соединенные генератор 11 измерительной частоты, выход которого подключен ко второму входу смесителя 2, блок 12 умножения и фазовращйтель 13, выход которого подключен ко второму входу фазового детектора 9, Между усилителем 6 и детектором 7 включен блок 14 ₅ выделения сигнала АРУ.The drawing shows a block diagram of a device. The device comprises serially connected ultrasonic frequency generator 1, mixer 2, power amplifier 3, emitter 4, receiver 5, amplifier 6 with automatic gain control (AGC), detector 7, bandpass filter 8, phase, [detector 9 and recorder 10 connected in series the measuring frequency generator 11, the output of which is connected to the second input of the mixer 2, the multiplication unit 12 and the phase shifter 13, the output of which is connected to the second input of the phase detector 9, Between the amplifier 6 and the detector 7, an isolation unit 14 ₅ with Ignala AGC.

Устройство работает следующим образом. ,The device operates as follows. ,

Генератор 1 ультразвуковой частоты вырабатывает непрерывное синусоида ль- '0 ное напряжение с заданной частотой W о, которое поступает на первый вход смесителя 2. На второй вход балансного смесителя 2 подается непрерывное синусоидальное напряжение с частотой SL с вы- и ходд генератора 11 измерительной частоты. Благодаря свойству смесителя 2, на его выходе появляется слЪжное колебание, спектр которого содержит только две частотных составляющих с частотами 6% и 20 а колебание с частотой Wo оказывается подавленным. Сложное колебание усиливается до необходимой величины в усилителе 3 мощности, на выходе которого включен . излучатель 4. 25The ultrasonic frequency generator 1 generates a continuous sinusoidal voltage with a predetermined frequency W о, which is supplied to the first input of the mixer 2. A continuous sinusoidal voltage with a frequency SL is supplied to the second input of the balanced mixer 2 with the output of the measuring frequency generator 11. Due to the property of mixer 2, a smooth oscillation appears at its output, the spectrum of which contains only two frequency components with frequencies of 6% and 20, while the oscillation with frequency Wo is suppressed. Complex oscillation is amplified to the required value in the power amplifier 3, the output of which is turned on. radiator 4. 25

В результате в зону контроля материала поступает сложный ультразвуковой сигнал, содержащий только две спектральных составляющих с начальными фазами 4d и 30As a result, a complex ultrasonic signal containing only two spectral components with initial phases 4d and 30 enters the material control zone

При распространении в материале эоны контроля фазы составляющих сигнала получают приращения и аЧ^, величины которых зависят от крутизны фазочастотной характеристики К_о среды на 35 заданной частоте , если частота 51 мала, то _к _ _ Αψ_ /аWhen propagating the eons of control of the phase of the signal components in the material, the increments and a ^ are obtained, the values of which depend on the steepness of the phase-frequency characteristic K _{about the} medium at a 35 given frequency, if the frequency 51 is small, then _k _ _

V ‘ 251 · ¹ 'V '251 · ^1'

Сигнал, прошедший зону контроля, с по- ⁴⁰мощью приемника 5 преобразуется в подобный ему по форме электрический сигнал, который с помощью усилителя 6 с · АРУ усиливается до величины, необходимой для нормального функционирования · ⁴⁵ следующих узлов устройства. При этом в приемно-усилительный тракт проходят только сигналы с частотами 7/ и 1% < в силу избирательных свойств усилителя 6 с АРУ.’В результата ⁵⁰; на вход детектора 7 поступает сигналThe signal past the control zone, with po- power receiver ⁴⁰ is converted into 5 similar to him in the form of an electric signal which via an amplifier 6 · AGC is amplified to the value necessary for normal functioning of these devices · ⁴⁵ knots. At the same time, only signals with frequencies 7 / and 1% <pass into the receiving-amplifying path due to the selective properties of amplifier 6 with AGC. 'In result ⁵⁰ ; detector 7 receives a signal

X (-V ) в виде суммы двух синусоидальных колебаний:X (-V) as the sum of two sinusoidal oscillations:

X(t^,)-Asin(tv₁t+4₄)TAsin(aj_lt+4_i) , (2) ⁵⁵ где ψ j - набег фазы колебания с частотой полученной при распространении волны в электромеханическом трактеX (t ^, ) -Asin (tv ₁ t + 4 ₄ ) TAsin (aj _l t + 4 _i ), (2) ⁵⁵ where ψ j is the phase incursion of the oscillation with the frequency obtained during wave propagation in the electromechanical path

4_Д ^4-+А4- +4^- , (г) где 7, - набег фазы колебания в приемно-усилительном тракте, в соответствующем слое контактной смазки;4 _D ^ 4- + A4- + 4 ^ -, (d) where 7, is the phase incursion of the oscillation phase in the receiving-amplifying path, in the corresponding layer of contact lubricant;

А - амплитуда сигнала;A is the amplitude of the signal;

i- 1,2- номер спектральной составляющей.i- 1,2- number of the spectral component.

Детектор 7 выполняет преобразование спектра колебания x(-t) и на его выходе появляется сигнал:The detector 7 performs the conversion of the vibration spectrum x (-t) and a signal appears at its output:

ЧЯ V А -О,фоб (oL+p)-CO 5 (άφ)] -COS<l*COSi>j , где с1^2«/_о£+4,+4₂ ир)-251-1-4.+4^, Сигнал у (Г) содержит постоянную , высокочастотные и одну низкочастотную ’U_H-AcO5p>-Acos(2Slt-4!,+4₂) компоненты, которые могут быть разделены с помощью фильтрации. Постоянная составляющая А используется для регулировки коэффициента усиления усилителя с АРУ. Для этого с выхода детектора сигнал подается на вход блока 14 вы. деления сигнала АРУ, который представляет собой усилитель постоянного тока с фильтром низких частот на входе. На выходе усилителя 6 поддерживается постоянное значение А амплитуды выходного сигнала, что способствует повышению точности измерений. Кроме того, выходной сигнал детектора 7 поступает на вход полосового фильтра 8, настроенного на частоту 2Й. . В результате на первый вход фазового детектора 9 поступает только низкочастотная компонента %-Асо5р . На второй вход фазового детектора 9 через фазовращатель 13 . поступает выходной сигнал с блока 12 умножения, В результате на выходе фазового детектора 9 появляется сигнал, амплитуда которого пропорциональна разности фаз напряжений выходных сигналов с блока 12 умножения и полосового фильтра J3 (4-2,-4^), т.е.Я VA-O, phob (oL + p) -CO 5 (άφ)] -COS <l * COSi> j, where c1 ^ 2 "/ _о £ + 4, + 4 ₂ ir) -251-1-4 . + 4 ^, The signal у (Г) contains constant, high-frequency and one low-frequency 'U _H -AcO5p> -Acos (2Slt-4!, + 4 ₂ ) components that can be separated by filtering. The constant component A is used to adjust the gain of the amplifier with AGC. To do this, from the output of the detector, the signal is fed to the input of block 14 you. division of the AGC signal, which is a DC amplifier with a low-pass filter at the input. At the output of amplifier 6, a constant value A of the amplitude of the output signal is maintained, which helps to increase the accuracy of measurements. In addition, the output signal of the detector 7 is fed to the input of a bandpass filter 8 tuned to a frequency of 2J. . As a result, only the low-frequency component% -Aso5p is supplied to the first input of the phase detector 9. At the second input of the phase detector 9 through the phase shifter 13. an output signal is received from the multiplication unit 12, As a result, a signal appears on the output of the phase detector 9, the amplitude of which is proportional to the phase difference of the voltage of the output signals from the multiplication unit 12 and the bandpass filter J3 (4-2, -4 ^), i.e.

(5>(5>

где q - постоянный коэффициент, или ,учитывая формулу (3) и-2(^+ь4₂+Ч-4+?А-4Л ⁽⁶⁾ яг η ** ^{1 7} where q is a constant coefficient, or, taking into account the formula (3) and -2 (^ + b4 ₂ + C-4 +? A-4L ⁽⁶⁾ ln η ** ^{1 7}

Поскольку являются постоянными для конкретного устройства, То с помощью фазовращателя 13 значение Чч ным может быть установлено v А.Since they are constant for a particular device, Then, using the phase shifter 13, the value of Hch can be set v A.

равтогда (7) детет.е. выходное напряжение фазового ктора 9 пропорционально разности фаз колебаний с частотами и приобретенной в процессе распространения волн в зоне обследования. Настраивая генератор 11 измерительной частоты на частоту, равную половине единицы измерения частоты, оператор получает возможность регистрировать значение искомой крутизны Ко фазо-частотной характеристики зоны прозвучивания на заданной частоте Ц)_о по индикатору регистратора 10. Благодаря свойству смесителя 2, изменение частоты cVo приводит к соответствующему перемещению компонент. UAj и по шкале частот при постоянном значении разности поэтому не ны дополнительной настройки устройства требуется при значении новой величичастоты Wq ·Then (7) det. the output voltage of the phase ctor 9 is proportional to the difference between the phases of the oscillations with the frequencies and acquired during the propagation of waves in the survey area. By adjusting the measuring frequency generator 11 to a frequency equal to half the frequency unit, the operator is able to record the value of the desired slope To the phase-frequency characteristic of the sound zone at a given frequency C) _o by the indicator of recorder 10. Due to the property of mixer 2, changing the frequency cVo leads to the corresponding moving components. UAj and on the frequency scale at a constant value of the difference, therefore, no additional device settings are required at a new value of the frequency Wq

Предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью и помехоустойчивостью производить контроль качества мате10The proposed device allows with high accuracy and noise immunity to carry out quality control of mate10

Claims

The invention relates to non-destructive ultrasonic testing and can be used to control the quality of materials. A device for measuring with a phase method is known, which comprises an oscillator, an emitter, a receiver, a phase shifter, an amplitude detector, an amplifier and a recorder {l}. The disadvantage is the low accuracy of the cop. The closest in technical sufficiency of the y-achievable result is a device for controlling the quality of materials, containing the generation of an ultrahigh-power generator. A sound emitter, a successor is a successively connected phase holder, a phase detector and a recorder 2 Opvako and this device has a low control accuracy. The purpose of the invention is to improve exactly the TV control. The goal is achieved by the fact that the device is equipped with a series-connected amplifier connected with a receiver and a phase detector with automatic gain control, a detector and a band-pass filter, sequentially connected by a measuring frequency generator, a mixer, the input is connected to the output of an ultrasonic frequency generator and a power amplifier , the output of which is connected to the radiator, in blesh multiplication, connected between the measuring frequency generator and the phase shifter. In the drawing, in the block diagram of the device. The device contains in series an ultrasonic frequency generator 1, a mixer 2, a 3 ms amplifier, an emitter 4, a receiver 5, assimilate / w 6 with an automatic gain control (AGC), a detector 7, a band-pass filter, a phase I detector 9 and the recorder 10, the measuring frequency generator 11 connected in series, the output of which is connected to the second input of the mixer 2, the multiplication unit 12 and the phase shifter 13, the output of which is connected to the second input of the phase sector 9, Between the amplifier 6 and the detector 7, the selection unit 14 is turned on AGC signal. The device works as follows. Ultrasonic frequency generator 1 generates a continuous sinusoidal voltage with a given frequency Wo, which is fed to the first input of mixer 2. The second input of balanced mixer 2 is supplied with a continuous sinusoidal voltage with frequency I from output 9 of generator 11 of the measuring frequency . Due to the property of mixer 2, an output oscillation appears at its output, the spectrum of which contains only two frequencies of the components with frequencies and) and the oscillation with frequency tJUo is suppressed. The complex oscillation is reduced to the required value in the power amplifier 3, the output of which is switched on. emitter 4. As a result, a complex ultrasonic signal, containing only two spectral components with initial phases G and f2, enters the control zone of the material. When the signal components propagate in the material of the phase control zone, the increments of the PSU are obtained and, the magnitudes of which depend on the steepness of the phase-frequency characteristic of the medium at a given frequency o, if the frequency 51 is small, then v - g- - (1) v .-. 251- The signal passed through the xntrol zone is converted by the receiver 5 into an electrical signal similar in form to it, which is amplified by the amplifier 6 with AGC up to the value necessary for the normal functioning of the following units of the device. In this case, only signals with frequencies JL) / aO and CJU $ (SU due to selective properties of the amplifier with AGC) pass into the reception and amplifier path. As a result: the input of the detector 7 receives a signal K (-b) as a sum of two with suspicious oscillations: K ((u; iti-4 -,) - Asin ({tJ2.,), (z where -; phase shift of the oscillation with the frequency of the wave obtained by the AI propagated in the electromechanical path., where 7-, - oscillation phases in the receiving and amplifying path, in the corresponding layer of contact lubricant; A - signal amplitude; 1-1,2 - number of the spectral component. Detector 7 performs There is an X-ray spectrum conversion. (- fc) and at its output a signal appears: Vt-t) A 1-0, (oL + p) -CO 5 (dp)) COSfb, where ol-2c; ot - P Chi ir-2Slt- f.,. The signal (f) contains a constant, high-frequency and one low-frequency j -Aco5p -Aco5 (2Slt-4, Hl2) components, which can be separated using filtering. adjusting the gain of the AGC amplifier 6c. To do this, the 7 signal from the detector output is fed to the input 14 of the AGC signal extraction, which is a DC amplifier with a low-pass filter on the input. At the output of the amplifier 6, a constant value A of the amplitude of the code signal is maintained, which contributes to an increase in the measurement accuracy. In addition, the output signal of the detector 7 is fed to the input of the band-pass filter 8, tuned to the frequency 2 51. As a result, at the first input of the phase detector 9, only the low-frequency% -Doc5p component is fed. To the second input of the phase detector 9 through the phase shifter 13. the output from multiplier 12 is output. As a result, a signal appears at the output of the phase detector 9, whose amplitude is proportional to the phase difference of the voltages of the output signals from the multiplier 12 and the band-pass filter J3 (), i.e. U-2 (vfa-V4s), where with | - a constant coefficient, or, taking into account the formula (3) () ® Since i.i ii i are constant for a particular device, then using the phase shifter 13, the value of PM can be set to -. and YOG + S -ft, 3 2 2 1 M U-2 (/s.Chgl., (7), i.e., the output voltage of the phase detector is 9 times (the phase difference of the oscillations with the frequencies UJ acquired in spreading the wave in the survey area, adjust the generator 11 of the measuring frequency to a frequency equal to half the unit of measurement of frequency, ope change in frequency and; o leads to The corresponding movement of the components. (V and (on the frequency scale at a constant difference value, - (I (}: DL therefore additional adjustment of the device is not required at the value of the new frequency value and / o). The proposed device allows you to control with high accuracy and noise immunity quality of materials. S Formula invented A device for controlling the quality of materials, containing a generation of ultrasonic frequency, emitter, receiver series-connected phase shifter, phase detector and recorder, t. It is so that, in order to improve the accuracy of the gantry, it is equipped with an amplifier between the receiver and the phase detector and an amplifier with automatic gain control, a detector and a band pass filter connected in series with a measuring frequency generator, a mixer whose input is connected to the output of the ultrasonic frequency generator and the power amplifier, the output of which is connected to the radiator, and the multiplication unit connected between the measuring generator, the signal and the phase switch. Sources of information taken into account in the examination of 1.Nosov V. A. P |) oektirovanie ultrasonic measuring equipment M., Mashinostroenie, 1972, p.89 ..

2. USSR author's certificate number 150692, cl. GO1 N 29 / O4, 1965 (prototype).