SU994974A1

SU994974A1 - Digital meter of ultrasonic oscillation propagation and damping rate

Info

Publication number: SU994974A1
Application number: SU813313203A
Authority: SU
Inventors: Владимир Васильевич Кудактин; Максут Абилгалиевич Танкибаев; Сабидулла Айтжанов
Original assignee: Актюбинское отделение Казахского научно-исследовательского геологоразведочного нефтяного института
Priority date: 1981-07-02
Filing date: 1981-07-02
Publication date: 1983-02-07

Description

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано для измерения скорости распространения и затухания ультразвуковых колебаний в твердых и жидких телах.The invention relates to non-destructive testing by the ultrasonic method and can be used to measure the speed of propagation and attenuation of ultrasonic vibrations in solids and liquids.

Известен измеритель скорости распространения и затухания ультразвуковых колебаний, содержащий генератор зондирующих импульсов, два пре- ₁₀образователя, усилитель , фазовращатель, регулятор напряжения и переключатель [1 ].Known measuring propagation velocity and attenuation of ultrasonic vibrations, comprising a sounding pulse generator, two pre-forming _10, amplifier, phase shifter, [1] the voltage regulator and switch.

Недостатком известного устройства является ограниченная возможность ₎₅его применения, так как оно непригодно для измерения затухания ультразвука в твердых телах.A disadvantage of the known device is the limited _{ability) 5} its application, since it is not suitable for measuring attenuation of ultrasound in solids.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достига- 20 емому результату является цифровой измеритель скорости распространения и затухания ультразвуковых колебаний, содержащий последовательно сое· диненные синхронизатор, излучающий преобразователь, первый приемный преобразователь, усилитель, первый блок выделения первого полупериода и преобразователь врейя - код, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора, второй приемный преобразователь и второй блок выделения первого полупериода [ 2 ].The closest to the invention in terms of technical essence and the achieved result is a digital measuring instrument for the velocity of propagation and attenuation of ultrasonic vibrations, containing a sequentially connected synchronizer, an emitting transducer, a first receiving transducer, an amplifier, a first block for isolating the first half-period, and a transient — a code the second input of which is connected to the output of the synchronizer, the second receiving transducer and the second block selection of the first half-cycle [2].

Недостатком известного устройства является низкая точность и производительность измерений, ввиду того, что амплитуды первых полупериодов · устанавливаются с помощью аттенюаторов вручную.A disadvantage of the known device is the low accuracy and measurement performance, due to the fact that the amplitudes of the first half-periods are set using attenuators manually.

Целью изобретения является повышение точности и производительности измерений.The aim of the invention is to improve the accuracy and performance of measurements.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой измеритель снабжен коммутатором, два входа которого подключены к приемным преобразователям, третий вход. - к второму выходу синхронизатора, а выход - к первому вхо3 994974 4 ду усилителя, формирователем сигнала автоматической регулировки усиления (А.Р.У.),. вход которого подключен к выходу первого блока выделение первого полупериода, а.выход - к второму входу усилителя, и преобразователем амплитуда - время, включенным между вторым блоком выделения первого полупериода и преобразователем время код, первый вход второго блока выделения первого полупериода подключен к третьему выходу синхронизатора, а четвертый выход последнего соединен с вторыми входами блоков выделения первого полупериода.This goal is achieved in that the digital meter is equipped with a switch, two inputs of which are connected to the receiving transducers, the third input. - to the second output of the synchronizer, and the output to the first input3 994974 4 of the amplifier, a driver of the signal of automatic gain control (A.R.U.) ,. the input of which is connected to the output of the first block, the selection of the first half-cycle, and the output - to the second input of the amplifier, and the amplitude converter is the time included between the second selection block of the first half-cycle and the converter is a time code, the first input of the second selection block of the first half-cycle is connected to the third output of the synchronizer and the fourth output of the latter is connected to the second inputs of the allocation blocks of the first half-cycle.

На чертеже представлена блок-схема измерителя. 'The drawing shows a block diagram of a meter. ''

Измеритель содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, излучающий преобразователь 2, первый приемный преобразователь 3, усилитель 4, первый блок 5 выделения первого полупери.ода и преобразователь 6 время - код, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора 1, второй приемный преобразователь 7 и второй блок 8 выделения первого полупериода, коммутатор 9, два входа которого подключены к приемным преобразователям 3 и 7, третий вход - к второму выходу синхронизатора 1, а выходк первому входу усилителя 4, формирователь 10 сигнала автоматической регулировки усиления (А.Р.У.), вход которого подключен к в.ыходу первого блока 5 выделения первого полупериода, а выход - к второму, входу усилителя 4, и преобразователь 11 амплитуда - время, включенный между вторым блоком 8 выделения первого полупериода и преобразователем 6 время - код. Первый вход второго блока 8 выделения первого полупериода подключен к третьему выходу синхронизатора 1, а четвертый выход синхронизатора 1 соединен с вторыми·, входами блоков 5 и 8 выделения первого полупериода.The meter contains a serially connected synchronizer 1, an emitting transducer 2, a first receiving transducer 3, an amplifier 4, a first block for extracting the first half-period. The converter and time 6 are a code, the second input of which is connected to the output of the synchronizer 1, the second receiving transducer 7, and the second block 8, the selection of the first half-cycle, the switch 9, the two inputs of which are connected to the receiving converters 3 and 7, the third input - to the second output of the synchronizer 1, and the output to the first input of the amplifier 4, driver 10 of the signal gain control (A.R.U.), the input of which is connected to the output of the first block 5 of the selection of the first half-cycle, and the output is of the second, the input of the amplifier 4, and the amplitude converter 11 is the time included between the second block 8 of the selection of the first half period and converter 6 time - code. The first input of the second block 8 of the selection of the first half-cycle is connected to the third output of the synchronizer 1, and the fourth output of the synchronizer 1 is connected to the second · inputs of the blocks 5 and 8 of the selection of the first half-cycle.

Формирователь 10 сигнала автоматической регулировки усиления (А.Р.У.) выполнен в виде последовательно соединенных амплитудных детектора 12 и усилителя 13. Преобразователь 11 амплитуда - время выполнен в виде последовательно соединенных амплитудных детектора 14 и преобразователя 15 напряжение - частота.Shaper 10 signal automatic gain control (A.R.U.) is made in the form of series-connected amplitude detector 12 and amplifier 13. Converter 11 amplitude - time is made in the form of series-connected amplitude detector 14 and converter 15 voltage-frequency.

Цифровой измеритель скорости распространения и затухания ультразву ковых колебаний работает следующим образом.A digital meter for the propagation and attenuation of ultrasonic vibrations works as follows.

Синхронизатор 1 возбуждает излучающий преобразователь 2 и одновремен₅ но запускает преобразователь 6 время - код. Ультразвуковые колебания, распространяясь в исследуемом образце 16, достигают приемных преобразователей 3 и 7, которые преобразу10 ют их в электрические сигналы, отличающиеся по амплитуде и по временному сдвигу первой полуволны относительно запускающих импульсов из-за различного расстояния до из15 лучающего преобразователя 2.The synchronizer 1 excites the emitting transducer 2 and simultaneously ₅ but starts the transducer 6 time - code. Ultrasonic vibrations propagating in the studied sample 16 reach the receiving transducers 3 and 7, which convert them into electrical signals that differ in amplitude and in the time shift of the first half-wave relative to the triggering pulses due to different distances to the emitting transducer 2.

Коммутатор 9, управляемый синхронизатором 1, подает на вход усилителя 4 поочередно сигналы с выходов приемных пьезопреобразователей 20 3 и 7. .The switch 9, controlled by the synchronizer 1, delivers to the input of the amplifier 4 alternately the signals from the outputs of the receiving piezoelectric transducers 20 3 and 7..

С выхода усилителя ч усиленные сигналы поступают на блоки 5 и 8 выделения первых полупериодов, управляемые сигналами синхронизатора 1, ₂₅ блок 5 пропускает на выход только импульсы первых полупериодов, преобразованных приемным пьезопреобразователем 3, аналогично блок 8 - имI пульсы первых полупериодов, преоб30 разованных приемным преобразовате- лем 7. С выхода блока 5 импульсные сигналы поступают на вход амплитудного детектора 12, преобразующего их в постоянное напряжение, уровень которого пропорционален амплитудам импульсов первых полупериодов. Постоянное напряжение поступает на вход усилителя 13, с выхода которого усиленный сигнал поступает на управняющий вход усилителя 4 и изменяего его коэффициент усиления так, чтобы поддерживать амплитуду импульсов на выходе блока 5 постоянной, ’ ₄₅ Импульсы с выхода блока ,5 выделения первого полупериода поступают на вход преобразователя 6 время-код. В режиме измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний преобразователь 6 время - код измеряет ⁵⁰ интервал времени между запускающими импульсами, поступающими на вход преобразователя 6 время - код с выхода синхронизатора 1· и импульсами с выхода блока 5 выделения первого полу⁵⁵ периода.From the output of the amplifier h, the amplified signals are fed to the first half-cycle extraction blocks 5 and 8, controlled by the signals of the synchronizer 1, _25; block 5 passes to the output only the pulses of the first half-periods converted by the receiving piezoelectric transducer 3, similarly to block 8 - the pulses of the first half-periods converted by the receiving transducer - lem 7. From the output of block 5, the pulse signals are fed to the input of the amplitude detector 12, which converts them to a constant voltage, the level of which is proportional to the amplitudes of the pulses of the first half-cycles s. The DC voltage applied to the input of the amplifier 13, the output of which an amplified signal is supplied to upravnyayuschy input amplifier 4 and alters its gain so as to maintain the pulse amplitude at the output of block 5 constant _'45 pulses from unit 5 allocating a first half cycle are input Converter 6 time-code. In the mode of measuring the propagation velocity of ultrasonic vibrations, the transducer 6 time - code measures ⁵⁰ the time interval between the triggering pulses arriving at the transducer input 6 time - the code from the output of the synchronizer 1 · and the pulses from the output of block 5 for extracting the first half of the period ⁵⁵ .

По измеренному значению временного интервала может быть вычисленаFrom the measured value of the time interval can be calculated

994974 6 скорость распространения ультразвуковых колебаний:994974 6 velocity of propagation of ultrasonic vibrations:

где V - скорость распространения 5 . ультразвуковых колебаний;where V is the propagation velocity 5. ultrasonic vibrations;

- интервал времени>- time interval>

L₁ - расстояние от излучающего . пьезопреобразователя 2 до приемного пьезопреобразова- 10 теля 3.L ₁ is the distance from the radiating one. piezoelectric transducer 2 to the receiving piezoelectric transducer 10 body 3.

Импульсные сигналы с выхода блока 8 поступают на вход амплитудного детектора 14, преобразующего их в постоянное напряжение, пропорцирналь- 15 ное амплитудам импульсов первых полупериодов. Постоянное напряжение с выхода амплитудного детектора 14 поступает на вход преобразователя 15 напряжение - частота, с выхода кото- 20 рого периодический сигнал с частотой F поступает на вход преобразователя 6. По измеренному;значению частоты может быть вычислен коэффициент затухания ультразвуковых колебаний oZ = ¹ .. Си ~ ί ί коэффициент затухания ультразвуковых колебаний >The pulse signals from the output of block 8 are fed to the input of an amplitude detector 14, which converts them into a constant voltage proportional to the amplitude of the pulses of the first half-cycles. The constant voltage from the output of the amplitude detector 14 is supplied to the input of the transducer 15, the voltage is the frequency, from the output of which a periodic signal with a frequency F is supplied to the input of the transducer 6. The attenuation coefficient of ultrasonic vibrations oZ = ¹ can be calculated from the measured frequency value. Cu ~ ί ί ultrasonic vibration attenuation coefficient>

t где ot^! t where ot ^!

Ц - расстояние от излучающего пьезопреобразователя 2 до приемного пьезопреобразователя 3;C is the distance from the emitting piezoelectric transducer 2 to the receiving piezoelectric transducer 3;

Lj - расстояние от излучающего пьезопреобразователя 2 до приемного пьезопреобразователя 7;Lj is the distance from the emitting piezoelectric transducer 2 to the receiving piezoelectric transducer 7;

11^ - уровень постоянного напряжения на выходе амплитудного детектора 14;11 ^ - level of constant voltage at the output of the amplitude detector 14;

” уровень постоянного напряже. ния на выходе амплитудного детектора 12.”The level of constant tension. output at the amplitude detector 12.

Так как U2=const, a F=K₁U_Jf, где F - частота периодического сигнала на выходе пьезопреобразователя 15 на-.Since U2 = const, a F = K ₁ U _Jf , where F is the frequency of the periodic signal at the output of the piezoelectric transducer 15 na.

пряжение - частота, то «3 dl-Κ2 ·8π ’ где и К - постоянные коэффициенты Изобретение позволяет повысить точность и производительность измерений, так как обеспечивает постоянство амплитуд импульсов первых полупериодов за счет автоматической регулировки коэффициента усиления усилителя 4, а также представление результатов измерений затухания ультразвука:в цифровой форме.voltage is the frequency, then “3 dl-Κ2 · 8π 'where and K are constant coefficients. The invention improves the accuracy and performance of measurements, since it provides a constant amplitude of the pulses of the first half-periods due to automatic adjustment of the gain of amplifier 4, as well as the presentation of the attenuation measurements ultrasound: digitally.

Claims

the amplifier, the automatic gain control signal shaper (A.P.U.), whose input is connected to the output of the first allocation unit in the first half period, and the output to the second input of the amplifier, and the amplitude converter, time included in between the second selection unit of the first floor period and the time code converter, the first input of the second selection unit of the first half period is connected to the third output of the synchronizer, and the fourth output of the last is connected to the second inputs of the selection units of the first half period. The drawing is a block diagram of the meter. The meter contains a series-connected synchronizer 1, an emitting transducer 2, a first receiving transducer 3, an amplifier 4, a first block 5 for extracting the first half-period and a converter 6 for time. the code, the second input of which is connected to the output of the synchronizer 1, the second receiving converter 7 and the second block 8 for extracting the first half period, the switch 9} two inputs of which are connected to the receiving converters 3 and 7, the third input - to the second output of the synchronizer 1, and OUT to the first input of the amplifier t, the shaper 10 of the automatic gain control signal (AaP, U,) whose input is connected to the output of the first selection block 5 of the first half period, and the output to the second input of the amplifier, and the converter P amplitude - time included between the second allocation unit 8 of the first half period and the time-to-code converter 6. The first input of the second extraction unit 8 of the first half cycle is connected to the third output of the synchronizer 1, and the fourth output of the synchronizer 1 is connected to the second, inputs of the blocks 5 and 8 of the selection of the first half period. Shaper 10 of the automatic gain control signal (A.P.A. is designed as a series-connected amplitude detector 12 and amplifier 13, Amplifier-time converter 11 is made as a series-connected amplitude detector 1 and voltage-frequency converter 15. A digital velocity spread meter and the attenuation of the ultrasonic oscillations works as follows: Synchronizer 1 excites the radiating transducer 2 and simultaneously starts the transducer 6 time - code. The fucks, propagating in sample 16, reach receiving transducers 3 and 7, which convert them into electrical signals that differ in amplitude and temporal shift of the first half-wave relative to the trigger pulses due to different distances to the radiating transducer 2. Switch E is controlled synchronizer 1, alternately sends signals to the input of amplifier 4 from the outputs of receiving piezoelectric transducers 3 and 7. From the output of the amplifier, amplified signals are sent to blocks 5 and 8 of the extraction of the first half periods, Block 5 transmits only the pulses of the first half-periods converted by the receiving piezotransducer 3j similarly to the block 8 — the pulses of the first half-cycles converted by the receiving transducer 7. The output of block 5 transmits the pulse signals to the input of the amplitude detector 12, which converts them in a constant voltage, the level of which is proportional to the amplitudes of the pulses of the first loluperiods. The constant voltage is fed to the input of the amplifier 13, from the output of which the amplified signal is fed to the control input of the amplifier and changing its gain factor so as to maintain the amplitude of the pulses at the forward side of the unit 5 constant. Pulses from the output of the block, 5 extraction of the first half period arrive at the input of the converter 6 time-code. In the mode of measuring the velocity of propagation of ultrasonic oscillations, the time converter 6 — the code measures the time interval between the trigger pulses fed to the input of the time converter 6 — the code from the synchronizer output B and the pulses from the output of the extraction unit 5 of the first half period. From the measured value of the time interval, the velocity of propagation of ultrasonic vibrations can be calculated: Vg – L, 1 where V is the velocity of propagation of ultrasonic oscillations; T is the time interval; L is the distance from the radiating piezo transducer 2 to the receiving piezo transducer of bodies 3. The pulse signals from the output of block 8 are fed to the input of the amplitude detector If, transforming them into a constant voltage, proportional to the amplitude of the pulses of the first half-periods. The constant voltage from the output of the amplitude detector It arrives at the input of the voltage converter 15 — the frequency, from the output of which the periodic signal from frequency F is fed to the input of the converter 6. From the measured: frequency value, the attenuation coefficient of the ultrasonic oscillations can be calculated. 0 where oi is the attenuation coefficient of the ultrasonic oscillations, the distance from the radiating piezo transducer 2 to the receiving piezo transducer; 3 G; 12. Since U2 is const, a, where F is the frequency of the periodic signal at the output of the piezo transducer 15 for voltage - frequency, then K20Pr where K and K 2 are constant coefficients. The invention allows to increase the measurement power and productivity as it ensures the constant amplitudes of the pulses of the first half-periods due to the automatic adjustment of the gain factor k of the amplifier and the presentation of the results of ultrasound attenuation measurements: in digital form. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A digital meter for the speed of propagation and attenuation of ultrasonic vibrations, comprising a series-connected synchronizer, an emitting converter, a first receiving (receiving converter, an amplifier, a first selection unit of the first half period, and a time converter — a code whose second input is connected to the output of the synchronizer The second receiving transducer and the second extraction unit of the first half period, characterized in that, in order to improve the accuracy and performance of the measurements, it is equipped with The second input is connected to the receiving transducers, the third input is to the second output of the synchronizer, and the output is to the first input of the amplifier, the shaper of the automatic gain control signal whose input is connected to the output of the first selection unit of the first half period, and the output to the second input the amplifier, and the Amplitude converter — the time connected between the second selection unit of the first half period and the time converter — the code, the first input of the second selection unit of the first half period is connected to the third ode synchronizer, and a fourth output of the last is connected to the second inputs of the first half cycle of isolation units. Sources of information taken into account in the examination of 1, USSR Author's Certificate no., Class “G 01. N 29 / NL), 197.

2. USSR author's certificate I 211133, cl. G 01 N, 1966 (prototype).