СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ METHOD FOR IMPROVING INTERFERENCE PROTECTION OF ULTRASONIC CONTROL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в системах ультразвукового контроля, преимущественно установок для автоматизированного ультразвукового контроля листового и сортового проката и труб.The invention relates to the field of non-destructive testing and can be used in ultrasonic testing systems, mainly installations for automated ultrasonic testing of sheet and long products and pipes.
Уровень техникиState of the art
В процессе ультразвукового контроля преобразователь ультразвукового дефектоскопа излучает в изделие импульсы высокочастотных упругих колебаний. Излучение зондирующих импульсов происходит главным образом по нормали к поверхности контролируемых изделий сотни или даже тысячи раз в секунду. Соответственно, приемный преобразователь (часто прием и излучение осуществляют с помощью одного и того же преобразователя) сотни или тысячи раз в секунду принимает из изделия отклики или, как их еще называют, «peaлизaции».In the process of ultrasonic testing, the transducer of an ultrasonic flaw detector emits pulses of high-frequency elastic vibrations into the product. The radiation of the probe pulses occurs mainly along the normal to the surface of the controlled products hundreds or even thousands of times per second. Accordingly, the receiving transducer (often receiving and emitting using the same transducer) hundreds or thousands of times per second receives responses from the product or, as they are also called, “realizations”.
Каждая реализация содержит сигналы, отраженные от поверхностей проката и от дефектов, а так же импульсы, обусловленные помехами, имеющими в большинстве случаев акустическую или электромагнитную природу (см. книгу Й.Крауткремер и Г. Крауткремер «Ультpaзвyкoвoй контроль материалов. Справочное пocoбиe», Москва, изд. «Meтaллypгия», 1991).Each implementation contains signals reflected from rolled surfaces and from defects, as well as pulses due to interference, which in most cases is acoustic or electromagnetic in nature (see the book by J. Krautkremer and G. Krautkremer “Ultrasonic material control. Help”, Moscow , ed. "Metallurgy", 1991).
При отсутствии помех каждая реализация содержит в себе информацию, которая позволяет судить о толщине контролируемого изделия в месте расположения ультразвукового преобразователя, наличии или отсутствии несплошностей и т.д. Помехи способны исказить получаемую информацию, обусловить принятие неправильного решения о физических и потребительских свойствах контролируемого изделия,In the absence of interference, each implementation contains information that allows you to judge the thickness of the controlled product at the location of the ultrasonic transducer, the presence or absence of discontinuities, etc. Interference can distort the information received, cause the wrong decision to be made about the physical and consumer properties of the controlled product,
Для снижения уровня помех применяют различные методы, например, предварительно прозвучивают заведомо бездефектное место и записывают код спектра принятого сигнала в блок памяти, а о результатах контроля судят путём сравнения этого кода с кодом спектра эхосигнала контролируемой зоны изделия (SU 1341571).Various methods are used to reduce the level of interference, for example, a previously known defective place is preliminarily sounded and the spectrum code of the received signal is recorded in the memory unit, and the control results are judged by comparing this code with the echo spectrum code of the monitored area of the product (SU 1341571).
Кроме того, в способе по патенту RU 2123401 используют для снижения уровня помех при контроле электромагнитно-акустическим преобразователем импульсную нормализацию магнитного состояния контролируемого материала, а так же когерентное
или некогерентное накопление реализаций. Полезные сигналы, «пpивязaнныe» к зондирующему импульсу и поэтому имеющие относительно медленно изменяющиеся от реализации к реализации амплитуды и фазы, эффективно суммируются и как следствие быстро «pacтyт». В свою очередь, помеха, время прихода, амплитуда и фаза которой имеют в большинстве своем случайный характер, суммируется в накопителе не столь эффективно и как следствие «нapacтaeт» значительно медленнее. Поэтому когерентное (как, впрочем, и некогерентное) накопление в большинстве случаев позволяет эффективно повысить соотношение «пoлeзный cиraaл/пoмexa».In addition, in the method according to patent RU 2123401, pulse normalization of the magnetic state of the material being monitored, as well as coherent, is used to reduce the level of interference during the control by an electromagnetic-acoustic converter or incoherent accumulation of implementations. Useful signals that are “tied” to the probe pulse and therefore have relatively slowly varying amplitudes and phases from realization to realization, are effectively added up and, as a result, quickly “resolved”. In turn, the interference, arrival time, the amplitude and phase of which are for the most part random, is not so efficiently added up in the drive and, as a result, it “accumulates” much more slowly. Therefore, coherent (as, by the way, incoherent) accumulation in most cases can effectively increase the ratio of useful syral / pomexa.
Способы SU 1341571, SU 932391, GB 1034724, как в частности и способ RU 2123401, не позволяют бороться со свойственными ультразвуковому контролю специфическими помехами, которые частично или полностью синхронизированы с зондирующими импульсами и, следовательно, с полезными сигналами (зачастую, спектры которых совпадают со спектрами полезных сигналов). Такие помехи весьма опасны, поскольку способны вызывать ложные срабатывания и накапливаться в накопителе, уменьшая тем самым отношение «пoлeзный cигнaл/пoмexa». Примером источника синхронных помех является компьютер управляющего вычислительный комплекса, входящий в состав любой современной многоканальной системы автоматизированного ультразвукового контроля. Синхронной помехой во многих случаях являются так же не затухшие в изделии колебания, обусловленные предыдущими зондирующими импульсами или паразитные колебания частичек окалины, или пузырьков воздуха, попавших в рабочую область ультразвукового преобразователя.Methods SU 1341571, SU 932391, GB 1034724, and in particular the method RU 2123401, do not allow to deal with specific ultrasonic monitoring specific interference, which is partially or fully synchronized with probing pulses and, therefore, with useful signals (often whose spectra coincide with spectra of useful signals). Such interference is very dangerous, since it can cause false alarms and accumulate in the drive, thereby reducing the “good signal / sweep” ratio. An example of a source of synchronous interference is a computer controlling a computer complex, which is part of any modern multichannel system of automated ultrasonic monitoring. In many cases, synchronous interference is also fluctuations in the product that are not attenuated due to previous probing pulses or spurious vibrations of scale particles or air bubbles that fall into the working area of the ultrasonic transducer.
Для случайной, но достаточно мощной и длительной по времени действия помехи так же существует вероятность «пpopвaтьcя» через накопитель, что снижает эффективность способа по патенту RU 2123401. Этому способствует так же следующее обстоятельство.For random, but quite powerful and long-term interference, there is also the possibility of “passing” through the drive, which reduces the efficiency of the method according to patent RU 2123401. This is also facilitated by the following circumstance.
В основном, регистрации сигналов импульсных ультразвуковых дефектоскопов предполагает применение широкополосных фильтров, что обусловлено необходимостью селекции дефектов, расположенных достаточно близко к естественным отражателям, которые, как правило, формируют мощные "донные" сигналы.Basically, the registration of signals from pulsed ultrasonic flaw detectors involves the use of broadband filters, which is due to the need for selection of defects located fairly close to natural reflectors, which, as a rule, form powerful "bottom" signals.
Широкополосный фильтр обеспечивает прием сигналов без "заваливания" их фронтов, что благоприятно сказывается на разрешающей способности. Однако помехозащищенность такого фильтра в ряде практических случаев может оказаться
неудовлетворительной.A broadband filter provides reception of signals without “falling over” their fronts, which favorably affects the resolution. However, the noise immunity of such a filter in some practical cases may be unsatisfactory.
При попытках согласовать характеристику фильтра со спектром принимаемых сигналов, форма последних существенно искажается. Фронты сигналов "заваливаются", и это неблагоприятно сказывается на возможности обнаружения дефектов, особенно при контроле листового проката относительно небольшой толщины.When trying to match the filter response with the spectrum of received signals, the shape of the latter is significantly distorted. The signal fronts “collapse”, and this adversely affects the possibility of detecting defects, especially when controlling sheet metal of relatively small thickness.
В условиях отсутствия помех широкополосный прием обеспечивает существенные преимущества, заключающиеся в следующем:In the absence of interference, broadband reception provides significant advantages, which are as follows:
- сигналы на выходе широкополосного приемника имеют значительно (иногда в несколько раз) более короткую "мертвую зону";- signals at the output of a broadband receiver have a significantly (sometimes several times) shorter "dead zone";
- возможность выявления дефектов, расположенных в непосредственной близости к естественным отражателям;- the ability to identify defects located in close proximity to natural reflectors;
- более широкий диапазон толщин проката, которые могут быть проконтролированы.- a wider range of rolled thicknesses that can be controlled.
Еще одним достоинством широкополосного приемника является его возможность обеспечивать существенно более высокую точность при определении расстояния между "донными" импульсами. Это чрезвычайно важно, например, при проведении ультразвуковой толщинометрии.Another advantage of a broadband receiver is its ability to provide significantly higher accuracy in determining the distance between the "bottom" pulses. This is extremely important, for example, when performing ultrasonic thickness measurement.
Однако все эти достоинства широкополосного приема проявляются только в условиях отсутствия помех.However, all these advantages of broadband reception appear only in the absence of interference.
При наличии помех, например индустриальных импульсных электромагнитных возмущений, широкополосный прием приводит к ложным срабатываниям дефектоскопической аппаратуры. Эти ложные срабатывания приводят к необоснованной отбраковке и в большинстве случаев являются совершенно неприемлемыми для производителя металлопродукции.In the presence of interference, for example, industrial pulsed electromagnetic disturbances, broadband reception leads to false positives of flaw detection equipment. These false positives lead to unreasonable rejection and in most cases are completely unacceptable to the manufacturer of metal products.
Особенно это касается случаев применения высокопроизводительных многоканальных систем автоматизированного ультразвукового контроля, стоящих непосредственно в технологическом потоке производства проката. Важным свойством таких систем, в отличие от ручных дефектоскопов, является необходимость осуществлять контроль по принципу «зa один пpoxoд». Вернуться к проконтролированному участку весьма затруднительно, а зачастую и невозможно.This is especially true for cases of the use of high-performance multichannel systems of automated ultrasonic testing, standing directly in the technological stream of rolled metal production. An important property of such systems, in contrast to manual flaw detectors, is the need to carry out monitoring on a “one-pass” basis. It is very difficult, and often impossible, to return to the controlled area.
С другой стороны, оптимизация полосы пропускания приемного тракта всегда носит компромиссный характер и в ряде случаев не приносит желаемого результата. Как правило, такие системы не обладают ни требуемой помехозащищенностью, ни удовлетворительной разрешающей способностью.
Сущность изобретенияOn the other hand, the optimization of the reception channel bandwidth is always a compromise and in some cases does not bring the desired result. As a rule, such systems have neither the required noise immunity nor satisfactory resolution. SUMMARY OF THE INVENTION
Настоящее изобретение позволяет устранить указанное противоречие.The present invention eliminates this contradiction.
В основу настоящего изобретения положена задача создания способа ультразвукового контроля с повышенной помехозащищенностью, позволяющего при этом проводить контроль с высокой разрешающей временной способностью и, как следствие, с максимальным уменьшением мертвых зон контроля и с сохранением точности измерения толщины при одновременном обеспечении высокой достоверности результатов контроля. Кроме того, задачей изобретения является разработка устройства, реализующего такой способ.The present invention is based on the task of creating an ultrasonic monitoring method with increased noise immunity, which allows monitoring with high resolution time and, as a result, with a maximum reduction in the dead zones of control and maintaining the accuracy of thickness measurement while ensuring high reliability of the control results. In addition, the objective of the invention is to develop a device that implements such a method.
Указанная задача решается тем, что в способе повышения помехозащищенности ультразвукового контроля, включающем широкополосный прием при помощи ультразвуковых преобразователей, регистрацию и обработку ультразвуковых сигналов, согласно изобретению, пpинятый_yльтpaзвyкoвым преобразователем сигнал разбивают на несколько временных зон, от основного сигнала отделяют его составляющие, расположенные в зонах ожидания сигналов, отраженных от дефектов, сигналы из разных временных зон подвергают независимой обработке путём подачи сигналов из зон действия зондирующего импульса и ожидания донных сигналов на широкополосные усилители, сигналы из зон ожидания сигналов, отраженных от дефектов, подвергают фильтрации для обеспечения максимального соотношения сигнал/помеха на выходе соответствующего устройства, определяют максимальную амплитуду сигнала в зонах ожидания сигналов, отраженных от дефекта, значение этой амплитуды сравнивают с предельно допустимым значением и по результатам этого сравнения судят о наличии/отсутствии дефекта. При этом достоверность определения наличия/отсутствия дефектов оценивают путём сравнения в зонах ожидания сигналов, отражённых от дефектов, амплитуды частотных составляющих, характерных для спектра зондирующих импульсов или спектра принимаемых полезных сигналов, с амплитудой частотных составляющих, не характерных для спектра зондирующих импульсов или спектра принимаемых полезных сигналов. Для очистки принимаемых сигналов от синхронизированных с ними помех (т.е. от регулярной составляющей) осуществляют основные и вспомогательные циклы накопления (когерентного или некогерентного) принимаемых сигналов, а очищенный от синхронизированной помехи принятый сигнал получают путем вычитания суммарных сигналов, полученных в результате основного и вспомогательного циклов накоплений.
Устройство, позволяющее осуществить указанный выше способ, включает блоки приема сигналов ультразвуковых колебаний, их обработки и регистрации, при этом указанное устройство содержит четыре коммутирующих устройства, полосовой и режекторный фильтры, шесть пиковых детекторов, устройство задержки сигнала, два блока измерения отношения уровней сигналов, два пороговых устройства, устройство сложения и устройство вычитания сигналов. Принятые сигналы через первые два коммутирующих устройства поступают на входы первых двух пиковых детекторов, а также через усилитель и третье коммутирующее устройство на входы полосового и режекторного фильтров. Вход полосового фильтра подключен к входу устройства задержки сигнала и к входу третьего пикового детектора, а выход режекторного фильтра подключен к входу четвертого пикового детектора. Выходы третьего и четвертого пиковых детекторов соединены с входами второго блока измерения отношений уровней сигналов. Выход третьего пикового детектора подключен к входу первого блока измерения уровней сигналов, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора. Выходы обоих измерителей отношений сигналов через пороговые устройства подключены к входам устройства сложения, выход последнего подключен к управляющему входу четвертого коммутирующего устройства, сигнальный вход которого соединен с выходом устройства задержки сигнала. Выход коммутирующего устройства соединен с входами первого и второго накопителей, выходы которых подключены к входам вычитающего устройства. Выход вычитающего устройства подключен к входу шестого пикового детектора, а выход первого накопителя подключен к входу пятого пикового детектора, с выходов данных пиковых детекторов снимаются амплитудные значения обработанных и очищенных от помех сигналов.This problem is solved by the fact that in the method of increasing the noise immunity of ultrasonic testing, including broadband reception using ultrasonic transducers, registration and processing of ultrasonic signals, according to the invention, the received signal is divided into several time zones, its components located in the waiting areas are separated from the main signal signals reflected from defects, signals from different time zones are subjected to independent processing by supplying signals from n the action of the probe pulse and the expectation of bottom signals on broadband amplifiers, the signals from the waiting areas of signals reflected from defects are filtered to ensure the maximum signal to noise ratio at the output of the corresponding device, the maximum signal amplitude in the waiting areas of signals reflected from the defect is determined, the value of this amplitude is compared with the maximum permissible value and the presence / absence of a defect is judged by the results of this comparison. In this case, the reliability of determining the presence / absence of defects is evaluated by comparing in the waiting areas of signals reflected from defects, the amplitude of the frequency components characteristic of the spectrum of the probe pulses or the spectrum of the received useful signals, with the amplitude of the frequency components not typical of the spectrum of the probe pulses or the spectrum of the received useful signals. To clean the received signals from synchronized interference with them (i.e., from the regular component), the main and auxiliary cycles of accumulation (coherent or incoherent) of the received signals are carried out, and the received signal cleared of synchronized interference is obtained by subtracting the total signals obtained as a result of the main and auxiliary accumulation cycles. A device that allows the implementation of the above method includes blocks for receiving ultrasonic oscillation signals, processing and recording them, while this device contains four switching devices, band-pass and notch filters, six peak detectors, a signal delay device, two blocks for measuring signal level ratios, two threshold devices, an addition device and a signal subtraction device. The received signals through the first two switching devices are fed to the inputs of the first two peak detectors, as well as through the amplifier and the third switching device to the inputs of the bandpass and notch filters. The input of the bandpass filter is connected to the input of the signal delay device and to the input of the third peak detector, and the output of the notch filter is connected to the input of the fourth peak detector. The outputs of the third and fourth peak detectors are connected to the inputs of the second block for measuring signal level ratios. The output of the third peak detector is connected to the input of the first signal level measuring unit, the second input of which is connected to the output of the first peak detector. The outputs of both signal ratio meters through threshold devices are connected to the inputs of the addition device, the output of the latter is connected to the control input of the fourth switching device, the signal input of which is connected to the output of the signal delay device. The output of the switching device is connected to the inputs of the first and second drives, the outputs of which are connected to the inputs of the subtracting device. The output of the subtractor is connected to the input of the sixth peak detector, and the output of the first drive is connected to the input of the fifth peak detector, the amplitude values of the signals processed and cleared of noise are taken from the outputs of the peak detectors.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных примеров его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг. 1 изображает вид сигнала при отсутствии помех с использованием приемника с согласованной фильтрацией; фиг. 2 - вид принятого сигнала при отсутствии помех с использованием широкополосного приемника; фиг. 3 - вид принятого сигнала при толщине проката, уменьшенной в четыре раза, с использованием приемника с согласованной фильтрацией;
фиг. 4 - вид принятого сигнала при толщине проката, уменьшенной в четыре раза, с использованием широкополосного приемника; фиг. 5 - вид принятого сигнала при наличии помех с использованием широкополосного приемника; фиг. 6 — спектр сигнала при отсутствии помех; фиг. 7 — спектр сигнала при наличии помех; фиг. 8 - структурная схема предлагаемого устройства; фиг. 9 — обобщенная передаточная характеристика полосового фильтра; фиг. 10 - пример амплитудно-частотной характеристики реального полосового фильтра; фиг. 11 - вид сигнала, очищенного от помех; фиг. 12 - спектр сигнала, отфильтрованного и обработанного устройством, показанным на фиг. 8.The invention is further explained in the description of specific examples of its implementation and the accompanying drawings, in which: FIG. 1 shows a signal in the absence of interference using a receiver with matched filtering; FIG. 2 is a view of a received signal in the absence of interference using a broadband receiver; FIG. 3 is a view of a received signal with a rolled thickness four times reduced using a receiver with matched filtering; FIG. 4 is a view of a received signal at a rental thickness reduced by four times, using a broadband receiver; FIG. 5 is a view of a received signal in the presence of interference using a broadband receiver; FIG. 6 - signal spectrum in the absence of interference; FIG. 7 - signal spectrum in the presence of interference; FIG. 8 is a structural diagram of the proposed device; FIG. 9 is a generalized transfer characteristic of a band-pass filter; FIG. 10 is an example of an amplitude-frequency response of a real band-pass filter; FIG. 11 is a view of a signal cleared of interference; FIG. 12 is a spectrum of a signal filtered and processed by the device shown in FIG. 8.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
На фиг. 1 и 2 показан вид сигнала, типичного для листового и сортового проката, с использованием приемника с согласованной фильтрацией (фиг. 1) и с использованием широкополосного приёмника (фиг. 2). Позицией 1 обозначен зондирующий импульс, позициями 2 и 3 - первый и второй "донные" импульсы, соответственно, а позицией 4 - сигналы от дефектов. Сигналы на выходе широкополосного приемника имеют значительно (иногда в несколько раз) более короткую "мертвую зону". На фиг. 2 зондирующий импульс 1 намного короче, чем аналогичный на фиг. 1. Из-за этого один из импульсов 4, видимый на фиг. 2, практически неразличим на фиг. 1 (первый после зондирующего импульса). Вид сигнала, показанного на фиг. 1, не позволяет установить факт наличия или отсутствия некоторых сигналов, отраженных от дефектов, которые, тем не менее, отчетливо определяются в сигнале, вид которого показан на фиг. 1.In FIG. Figures 1 and 2 show a signal typical of sheet and long products using a receiver with matched filtering (Fig. 1) and using a broadband receiver (Fig. 2). Position 1 indicates the probe pulse, positions 2 and 3 indicate the first and second "bottom" pulses, respectively, and position 4 indicates signals from defects. The signals at the output of the broadband receiver have a significantly (sometimes several times) shorter "dead zone". In FIG. 2, the probe pulse 1 is much shorter than that of FIG. 1. Because of this, one of the pulses 4, visible in FIG. 2 is practically indistinguishable in FIG. 1 (the first after the probe pulse). The type of signal shown in FIG. 1, it is not possible to establish the presence or absence of some signals reflected from defects, which, nevertheless, are clearly defined in the signal, the form of which is shown in FIG. one.
Широкополосный прием обеспечивает более широкий диапазон толщин проката, которые могут быть проконтролированы. Например, при уменьшении толщины в четыре раза контроль с применением согласованного приемника невозможен: импульсы 2 и 3 на фиг. 3 практически сливаются. В тоже время, для широкополосного приемника (фиг. 4) контроль будет возможен, поскольку зазор между импульсами 2 и 3 будет достаточным, чтобы регистрировать в нем отраженные от дефектов импульсы.Broadband reception provides a wider range of rolled thicknesses that can be controlled. For example, when the thickness is reduced by four times, monitoring using a matched receiver is not possible: pulses 2 and 3 in FIG. 3 almost merge. At the same time, for a broadband receiver (Fig. 4), monitoring will be possible, since the gap between pulses 2 and 3 will be sufficient to register pulses reflected from defects in it.
Принятый широкополосным приёмником сигнал разбивают на несколько временных зон: А, В, С и D (фиг. 2). Сигналы из разных временных зон подвергают
независимой обработке путём подачи сигналов из зон действия зондирующего импульса и ожидания донных сигналов на широкополосные усилители, сигналы из зон ожидания сигналов, отраженных от дефектов, подвергают фильтрации для обеспечения максимального соотношения сигнал/помеха на выходе соответствующего устройства, определяют максимальную амплитуду сигнала в зонах ожидания сигналов, отраженных от дефекта, значение этой амплитуды сравнивают с предельно допустимым значением и по результатам этого сравнения судят о наличии/отсутствии дефекта.The signal received by the broadband receiver is divided into several time zones: A, B, C and D (Fig. 2). Signals from different time zones are subjected independent processing by supplying signals from the areas of operation of the probe pulse and waiting for bottom signals to broadband amplifiers, the signals from the waiting areas of signals reflected from defects are filtered to ensure the maximum signal to noise ratio at the output of the corresponding device, the maximum signal amplitude in the waiting areas of signals is determined reflected from the defect, the value of this amplitude is compared with the maximum permissible value, and the presence / absence of EKTA.
Например, если в спектре сигналов, принятых в зонах В и D преобладают частотные составляющие, не характерные для полезного сигнала, делают заключение о ненадежности вывода об обнаружении дефекта (несплошности). Весьма вероятно, что превышение допустимого порога произошло в результате действия помехи.For example, if in the spectrum of signals received in zones B and D the frequency components prevail that are not characteristic of the useful signal, they conclude that the conclusion about the detection of a defect (discontinuity) is unreliable. It is very likely that exceeding the allowable threshold occurred as a result of interference.
Дополнительно осуществляется очистка сигнала в зонах ожидания импульсов, отраженных от дефектов, от синхронизированной с полезным сигналом помехи, которая в прокате может быть обусловлена, например, незатухшими колебаниями или наличием паразитных волн, возбуждаемых пьезоэлектрическим или электромагнитно- акустическим преобразователями. Для указанной очистки сигнала осуществляют основные и вспомогательные циклы накопления принимаемых сигналов, а очищенный от синхронизированной помехи принятый сигнал получают путем вычитания суммарных сигналов, полученных в результате основного и вспомогательного циклов накоплений. Процесс накопления сигналов представляет собой запоминание нескольких последовательных реализаций сигналов соответствующих временных зон (зон В и D), а затем взаимное повременное сложение сигналов одноимённых зон ожидания дефектов, принадлежащих различным циклам излучения-приёма, с последующим нормированием результатов вспомогательного цикла накопления относительно результатов накопления основного цикла.Additionally, the signal is cleaned in the waiting areas of pulses reflected from defects, from the noise synchronized with the useful signal, which at the rental can be caused, for example, by undamped oscillations or by the presence of spurious waves excited by piezoelectric or electromagnetic acoustic transducers. For this signal purification, the main and auxiliary cycles of accumulation of the received signals are carried out, and the received signal cleared of synchronized interference is obtained by subtracting the total signals obtained as a result of the main and auxiliary accumulation cycles. The process of accumulation of signals is the memorization of several successive implementations of the signals of the corresponding time zones (zones B and D), and then the mutual time-by-time addition of the signals of the same zones of waiting for defects belonging to different cycles of radiation-reception, followed by normalization of the results of the auxiliary accumulation cycle relative to the results of accumulation of the main cycle .
В общем случае, для оценки качества изделия необходимо знать, как минимум, следующие параметры: амплитуды донных сигналов 2, 3 (фиг. 5, сигналы в зонах С и E, соответственно) и амплитуды сигналов в зонах В и D.In general, to assess product quality, it is necessary to know at least the following parameters: amplitudes of bottom signals 2, 3 (Fig. 5, signals in zones C and E, respectively) and signal amplitudes in zones B and D.
На фиг. 8 изображена структурная схема устройства, позволяющего осуществить указанные выше действия над сигналами. Это устройство содержит широкополосный усилитель 6; коммутирующие устройства 7, 8, 9 и 10; пиковые детекторы-измерители 11, 12, 13, 14, 15 и 16 максимальных амплитудных значений; полосовой фильтр 17, позволяющий оптимальным образом выделять спектр полезного сигнала; режекторный фильтр 18, подавляющий полезный сигнал; блоки 19 и 20, выполняющие операцию
измерения отношения амплитуды сигнала с выхода блока 13 к амплитудам сигналов с выходов блока 11 и блока 14, соответственно; пороговые устройства 23 и 24; устройство 25 сложения (логическая схема «И»); устройство 26 задержки сигнала; накопители 27 и 28 с числом накоплений соответственно Nl и N2, при этом Nl намного меньше N2; вычитающее устройство 29, выполняющее вычитание сигнала, прошедшего через накопитель 28, из сигнала, прошедшего накопитель 27.In FIG. 8 shows a block diagram of a device that allows the above actions to be performed on signals. This device contains a broadband amplifier 6; switching devices 7, 8, 9 and 10; peak detectors-meters 11, 12, 13, 14, 15 and 16 maximum amplitude values; band-pass filter 17, which optimally selects the spectrum of the useful signal; notch filter 18, suppressing the useful signal; blocks 19 and 20 performing the operation measuring the ratio of the signal amplitude from the output of block 13 to the amplitudes of the signals from the outputs of block 11 and block 14, respectively; threshold devices 23 and 24; device 25 addition (logical circuit "And"); signal delay device 26; drives 27 and 28 with the number of accumulations, respectively, Nl and N2, while Nl is much less than N2; a subtracting device 29 that subtracts the signal transmitted through the drive 28 from the signal transmitted by the drive 27.
Кроме того, на схеме обозначены: точка 5 ввода входного сигнала; точка 21 измерения амплитуды первого "донного" сигнала; точка 22 измерения амплитуды второго "донного" сигнала; точка 30 измерения амплитуды полезного сигнала на выходе первого накопителя 27 для зоны В (или D); точка 31 измерения амплитуды полезного сигнала из зоны В (или D), очищенного от синхронизированных помех.In addition, the diagram indicates: point 5 of the input signal input; point 21 measuring the amplitude of the first "bottom" signal; point 22 measuring the amplitude of the second "bottom" signal; point 30 measuring the amplitude of the useful signal at the output of the first drive 27 for zone B (or D); point 31 measuring the amplitude of the useful signal from zone B (or D), cleared of synchronized interference.
Входной информативный сигнал 5, изображённый на фиг. 5 (позицией 36 обозначен импульс от помехи) поступает на входы коммутаторов 7 и 8 и далее на пиковые детекторы 11 и 12, осуществляющие измерение амплитудных значений двух первых «дoнныx» сигналов 21 и 22. В дальнейшем эти сигналы могут использоваться для реализации зеркально-теневого и многократного зеркально-теневого методов обнаружения несплошностей. Кроме того, значение амплитуды первого «дoннoгo» импульса характеризует, при определенных условиях, количество энергии, введенной в объект контроля (OK). Относительно этого значения удобно осуществлять измерение амплитуд всех остальных принимаемых сигналов. Одновременно входной сигнал 5 поступает на вход широкополосного усилителя 6, который призван компенсировать уменьшение амплитуды сигналов, принятых из зон В и D, неизбежное при согласованной (или оптимальной) фильтрации. Смесь полезного сигнала и помехи проходит через полосовой и режекторный фильтры 17, 18, на входы которых она поступают через коммутатор 9. Спектры сигнала в отсутствии помех и при их воздействии представлены, соответственно, на фиг. 6 и 7, где позицией 33 обозначен спектр полезного сигнала, а позицией 34 - спектр помехи.The informative input signal 5 shown in FIG. 5 (36 indicates the impulse from interference) is supplied to the inputs of the switches 7 and 8 and then to the peak detectors 11 and 12, which measure the amplitude values of the first two “bottom” signals 21 and 22. In the future, these signals can be used to implement a mirror-shadow and multiple mirror shadow methods for detecting discontinuities. In addition, the amplitude value of the first “bottom” impulse characterizes, under certain conditions, the amount of energy introduced into the control object (OK). With respect to this value, it is convenient to measure the amplitudes of all other received signals. At the same time, the input signal 5 is fed to the input of the broadband amplifier 6, which is designed to compensate for the decrease in the amplitude of the signals received from zones B and D, which is inevitable with a coordinated (or optimal) filtering. The mixture of the useful signal and interference passes through the band-pass and notch filters 17, 18, to the inputs of which it passes through the switch 9. The signal spectra in the absence of interference and when exposed are presented, respectively, in FIG. 6 and 7, where 33 denotes the spectrum of the useful signal, and 34 denotes the interference spectrum.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) полосового фильтра 17 представлена на фиг. 9 и 10. Параметр, характеризующий ослабление частотных составляющих сигнала, лежащих вне полосы пропускания фильтра, обозначен Aзд, а параметр, характеризующий неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе пропускания фильтра, обозначен Aпp.The frequency response (AFC) of the bandpass filter 17 is shown in FIG. 9 and 10. The parameter characterizing the attenuation of the frequency components of the signal lying outside the passband of the filter is denoted by A.sub.d , and the parameter characterizing the unevenness of the amplitude-frequency characteristics (AFC) in the passband of the filter is denoted by Ap .
На выходе полосового фильтра 17 уже доминирует полезный сигнал (фиг. 11 и 12), а на выходе режекторного фильтра 18 - помеха. Полезный сигнал поступает на
задерживающее устройство 26, и далее, через коммутатор 10, на накопители 27 иAt the output of the bandpass filter 17, the useful signal already dominates (Figs. 11 and 12), and at the output of the notch filter 18, there is interference. The useful signal is sent to a delay device 26, and further, through the switch 10, to the drives 27 and
28. Здесь осуществляется дополнительная его обработка с целью повышения отношения сигнал/помеха (при помощи накопителя 27) и отделение от сигнала синхронизированных помех (при помощи накопителей 27 и 28 и вычитающего устройства 29).28. Here, its additional processing is carried out in order to increase the signal-to-noise ratio (using drive 27) and separating synchronized interference from the signal (using drives 27 and 28 and subtractor 29).
Спектр принятого сигнала, обработанного устройством на фиг. 8, представлен на фиг. 12, где позицией 33 обозначен спектр полезного сигнала в зонах В и D после обработки; позицией 34 - спектр помехи после обработки; позицией 35 - амплитудно- частотная характеристика полосового фильтра.The spectrum of the received signal processed by the device of FIG. 8 is shown in FIG. 12, where 33 denotes the spectrum of the wanted signal in zones B and D after processing; 34 - interference spectrum after processing; position 35 is the amplitude-frequency response of the bandpass filter.
Коммутатор 10 служит для блокирования недостоверных данных, предотвращая их поступление на накопители 27 и 28.The switch 10 is used to block inaccurate data, preventing their flow to the drives 27 and 28.
Признаком недостоверности данных и возможного превалирования помехи в сигнале, задержанном в устройстве 26, является превышение амплитуды помехи некоторых уровней, измеренных относительно амплитудных значений первого донного сигнала 21 и сигнала (преимущественно полезного), сформированного на выходе пикового детектора-измерителя 13.A sign of data inaccuracy and the possible prevalence of interference in the signal delayed in the device 26 is the excess of the interference amplitude of certain levels measured relative to the amplitude values of the first bottom signal 21 and the signal (mainly useful) generated at the output of the peak detector-meter 13.
Таким образом, устройства 10, 17, 18, 19, 20, 24, 25, 26 служат исключительно для контроля достоверности данных. В условиях, когда вероятностью присутствия помехи на выходе полосового фильтра 17 можно пренебречь, указанные выше блоки могут быть исключены.Thus, devices 10, 17, 18, 19, 20, 24, 25, 26 serve solely to control the reliability of the data. In conditions where the probability of the presence of interference at the output of the bandpass filter 17 can be neglected, the above blocks can be excluded.
Амплитудные значения полностью обработанного сигнала 30 и этого же сигнала после очистки от синхронизированной помехи 31 появляются на выходах пиковых детекторов 15 и 16, соответственно.The amplitude values of the fully processed signal 30 and the same signal after clearing the synchronized interference 31 appear at the outputs of the peak detectors 15 and 16, respectively.
Для максимально возможного сокращения «мepтвoй зoны», обусловленной маскирующим действием «дoнныx» импульсов, сигналы из зон действия «дoнныx» импульсов также могут подаваться на усилитель и третье коммутирующее устройство, где затем они подвергаются обработке подобно той, которая осуществляется над сигналами из зон ожидания дефектов.In order to reduce the dead zone as much as possible due to the masking effect of the “bottom” pulses, signals from the “bottom” pulse action zones can also be supplied to the amplifier and the third switching device, where they are then processed similar to that which is performed on the signals from the standby zones defects.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет реализовать защиту от помех измеренных полезных сигналов путем спектральной их обработки по зонам ожидания сигналов от дефектов, а также подавить сигналы синхронизированных с полезным сигналом помех, которые могут ограничивать чувствительность контроля или вызывать ложные срабатывания. Кроме того, устройство позволяет исключить мертвые зоны контроля, обусловленные наличием «дoнныx» сигналов, путем
применения процедуры удаления синхронизированных помех к «дoнным» сигналам, которые могут маскировать сигналы от дефектов, залегающих близко к поверхности.The device in accordance with the present invention allows to implement protection against interference of the measured useful signals by spectrally processing them in the waiting areas of signals from defects, as well as to suppress signals synchronized with the useful interference signal, which can limit the sensitivity of the control or cause false alarms. In addition, the device eliminates the dead zones of control due to the presence of "bottom" signals, by applying the procedure for removing synchronized interference to “bottom” signals, which can mask signals from defects lying close to the surface.
Данное устройство повышения помехозащищенности ультразвукового контроля может быть реализовано с помощью известных электронных приборов и компонентов, а также аппаратных средств ЭВМ.
This device to increase the noise immunity of ultrasonic testing can be implemented using well-known electronic devices and components, as well as computer hardware.