Ультразвуковой дефектоскоп

 

Изобретение относится к неразру.шающим испытан иям ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля материалов и изделий. Цель изобретения - повышение достоверности и производительности контроля за счет учета фактической зависимости чувствительности преобразователя от расстояния до дефекта и его диаметра и качества акустического контакта. В дефектоскопе осуществляется выравнивание чувствительности каждого преобразователя 3-5 с помощью оперативного запоминающего устройства 17, цифроаналогового преобразователя 18, интегратора 19 и масштабного усилителя 20, сигнал с выхода которого поступает на второй вход детектора 11, что повьш1ает . достоверность и производительность контроля. 2 з.п. ф-лы. 4 ил. i СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 6 01 N 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

h (21) 4135546/25-28 (22) 20.10.86 (4b) 88. Бюл. й" 12 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по разработке неразрушающих методов и средств контроля качества материалов (72) С.Б.Бирюков, В.С.Гаврев, Г.В.Цвей и В.Б.Пастернак (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1024828, кл. G 0 1 N 29/04, 1982. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОП (57) Изобретение относится к неразрушающим испытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля материалов и иэделий.

„„SU„„1385064 А 1

Цель изобретения — повьппение достоверности и производительности контроля за счет учета фактической зависимости чувствительности преобразователя от расстояния до дефекта и его диаметра и качества акустического контакта. В дефектоскопе осуществляется выравнивание чувствительности каждого преобразователя 3-5 с помощью оперативного запоминающего устройства 17, цифроаналогового пре" образователя 18, интегратора 19 и масштабного усилителя 20, сигнал с выхода которого поступает на второй вход детектора 11, что повьппает, достоверность и производительность контроля. 2 з.п. ф-лы. 4 ил.

1385064

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля материалов и изделий в ма5 шиностроении, энергетике и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение достоверности и производительности контроля эа счет учета фактической зависимости чувствительности преобразователя от расстояния до дефекта и его диаметра.

На фиг. 1 .представлена блок-схема ультразвукового дефектоскопа; на 15 фиг. 2 — аналоговая схема слежения за качеством акустического контакта; на фиг. 3 — схема слежения за амплитудой донного сигнала; на фиг.4— временные диаграммы, поясняющие рабо- 20 ту устройства.

Ультразвуковой дефектоскоп содержит последовательно соединенные синхронизатор 1 и распределитель 2 импульсов, и ультразвуковых преобразо- 25 вателей 3-5, и генераторов 6-8 возбуждения ультразвуковых колебаний, подключенных своими входами к соответствующим выходам распределителя 2 импульсов, а выходами — к соответст- 30 вующим ультразвуковым преобразователям 3-5, последовательно соединенные коммутатор 9, первые п входов которого подключены к соответствующим ультразвуковым преобразователям 3-5, а входы с n+1 по 2n — к выходам с 1 по и распределителя 2 импульсов соответственно, где n=1 N последовательно соединенные логарифмический усилитель 10, детектор 11 и пиковый детектор 12, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора 1, последовательно соединенные выходной регистр 13 и компаратор 14, формирователь 15, подключенный входом к вы- 45 ходу синхронизатора 1, а выходом= к третьему входу пикового детекто; ра 12 и к второму входу выходного регистра 13, последовательно соединен. ные входной регистр 16, оперативное запоминающее устройство 17, цифроаналоговый преобразователь 18 (ЦАП), интегратор 19 и масштабный усилитель 20, выход которого подключен к второму входу детектора 11, тактовый генератор 21, входы которого подключены к соответствующим выходам распределителя 2, а выход — к второму входу оперативного запоминающего устройства 17, аналого-цифровой преобразователь 22, первым входом подключенный к выходу пикового детектора 12, а выходом — к входу выходного регистра 13.

Дефектоскоп содержит регулируемый источник 23 опорного напряжения, последовательно соединенные пиковый детектор 24 донного сигнала, первый вход которого подключен к выходу детектора 11, а второй вход — к второ- . му выходу формирователя 15, интегратор 25 донного сигнала, сумматор 26, второй вход которого подключен к регулируемому источнику 23 опорного напряжения, а выход — к второму вхо-. ду масштабного усилителя 20, и схему 27 совпадения, первый вход которой подключен к второму выходу формирователя 15, второй вход — к выходу комнаратора 14, а выход — к третьему входу пикового детектора 24 донного сигнала.

Дефектоскоп содержит последовательно соединенные преобразователь 28 код — адрес, вход которого подключен к второму выходу выходного регистра 13, второе оперативное запоминающее устройство 29, второй цифроаналоговый преобразователь 30, выход которого подключен к второму входу масштабного усилителя 20, и схему 31 совпадения, первый вход которой подключен к второму выходу формирователя 15, I второй вход — к выходу компаратора 14, а выход — к третьему входу выходного регистра 13.

Ультразвуковой дефектоскоп (фиг.1) работает следующим образомъ

Синхронизатор 1 вырабатывает синхронизирующие сигналы для отдельных блоков дефектоскопа. На выходе синхронизатора 1 включен распределитель 2 импульсов, коммутирующий синхроимпульсы по каналам таким образом, что первый синхроимпульс, поступающий с выхода синхронизатора 1, запускает первый генератор б возбуждения ультразвуковых колебаний, второй синхроимпульс — второй генератор 7 и т.д. После прихода n-ro синхроимпульса, запускающего и-й генератор 8, цикл вновь повторяется.

Каждый генератор (6-8) возбуждает соответствующий ультразвуковой преобразователь (3-5) и последний посылает импульс ультразвука в контролируемое изделие (не показано). Отра1385064 женные от неоднородностей материала сигналы принимаются тем же или другим преобразователем и через коммутатор 9 подаются к входу логарифмического усилителя 10. Коммутатор 9 управляется сигналами распределителя 2, обеспечивая последовательное прохождение принятых отраженных сигналов с соответствующих преобразователей (3-5). Усиленные логарифмическим усилителем 10 с широким динамическим диапазоном сигналы поступают на детектор 11.

Известно, что преобразователь 15 каждого типа характеризуется своей

АРД-диаграммой, определяющей зависимость чувствительности преобразователя от расстояния до дефекта и его диаМетра, т.е. чувствительность 20 электроакустического преобразователя неодинакова при разной глубине залегания дефекта, особенно в ближней зоне.

Для индивидуального выравнивания чувствительности каждого преобразователя с помощью известного устройст- ва ввода-вывода ЭВИ (не показано), через входной регистр 16 в ОЗУ 17 дефектоскопа, в цифровой форме записываются кривые выравнивания чувствительности (далее — КВЧ) для используемых в данном режиме контроля преобразователей. В случае использования дефектоскопа совместно с ЭВИ в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) последней (не показано) могут быть записаны кривые выравнивания чувствительности для всех типов (конкретных образцов) используемых и имеющихся в наличии преобразователей, что особенно важно в многоканальных установг ках, разные каналы которых могут работать с разными типами преобразователей. Тогда в каждом конкретном . случае контроля из ПЗУ ЭВИ в ОЗУ 17 цефектоскопа переписываются нужные кривые. В ОЗУ 17 хранится информация об амплитуде каждой точки КВЧ в функции от временного положения этой точки.

Тактовый генератор 21 запускается синхроимпульсом, соответствующим на= чалу каждого цикла в случае контактного варианта контроля или в случае иммерсионного варианта — первым поверхностным импульсом, который выделяется известными способами (не показано), и вырабатывает импульсы так- товой частоты. В состав тактового генератора 21 входит счетчик адреса (не показан), который с тактовой частотой начинает опрос ОЗУ 17.

При поступлении первого адреса (т.е. начальной точки КВЧ) в ОЗУ 17 из него в виде цифрового кода выдается информация об амплитуде начальной точки, поступающая на ЦАП 18, где она преобразуется в аналоговый сиг« нал. В следующий момент (определяется тактовой частотой) счетчик адреса выдает второй адрес, т.е. адрес второй точки КВЧ и т.д. Так как ЦАП 18 выдает аналоговый сигнал в ступенчатом виде, на его выходе включен интегратор 19, сглаживающий эту кривую. Сформированная таким образом

КВЧ подается на масштабный усилитель 20 с регулируемым усилением, с выхода которого, усиленная до необходимой величины, она подается на детектор 11, на первый вход которого поступает сигнал с логарифмического усилителя 10. В детекторе 11 оба напряжения (сигнал с выхода усилителя 10 и напряжение КВЧ с выхода блока 20) алгебраически складываются и на его выходе появляется сигнал, соответствующий принятому преобразователем 3, но с учетом КВЧ. Далее он подается на пиковый детектор 12, на третий вход которого подается стробимпульс зоны контроля с выхода формирователя 15. Напряжение с выхода пикового детектора 12, соответствующее максимальной амплитуде эхосигнала от дефекта выделенной строб-импульсом зоны контроля, поступает на вход

АЦП 22, где преобразуется в соответствующий цифровой код, который через выходной регистр 13 поступает на первый вход компаратора 14, на второй вход которого с известного устройства ввода-вывода ЭВИ (не показано) введен цифровой код порога регистрации.

При превышении дефектом порога регистрации на выходе компаратора .14 появляется сигнал о наличии дефекта.

Сброс пикового детектора 12 осу 1 ществляется очередным синхроимпульсом по его второму входу. Запись в выходной регистр 13 может, например, осуществляться по заднему фронту строб-импульса зоны контроля, поступающему на его второй вход, С приходом следующего синхроимпульса на один из и входов тактово1385064 6 го генератора 21 в данном цикле (т.е, с началом работы другого канала) или с приходом следующего поверхностного импульса счетчик адреса осуществляет переход по адресу первой точки следующей кривой выравнивания чувствительности для данного сочетания передающего и приемного преобразователей. 10

Дефектоскоп, как частный случай, может работать в одноканальном варианте. В этом случае надобность в коммутаторе и распределителе отпадает.

Таким образом, использование пред-15 варительно записанных в ОЗУ 17 кривых выравнивания чувствительности позволяет точно подобрать необходимую кривую для каждого используемого преобразователя и сочетания их, что поз-20 воляет более точно скомпенсировать изменение чувствительности преобразователей по глубине, повысить достоверность контроля и качество контролируемых изделий. 25

Устройство .(фиг. 2) работает следующим образом. Усиленные и скомпенсированные с помощью КВЧ сигналы с детектора 11 (фиг. 4а) поступают на вход пикового детектора 12. На его третий, стробирующий, вход с формирователя 15 поступает строб-импульс зоны контроля (фиг. 4б). Выделенный с помощью пикового детектора 12 сигнал от дефекта (фиг.4в) проходит дальнейшую обработку согласно выше35 эписанному. Сброс пикового детекто- " ра 12 осуществляется очередным синхроимпульсом по его второму входу (см. фиг. 4в).

Сигналы с детектора 11 поступают также на первый вход пикового детектора 24 донного сигнала, на второй, стробирующий, вход которого поступает строб-импульс донного сигнала (фиг.4г) ° При этом, очевидно, действие кривой выравнивания чувствительности должно по времени оканчиваться до прихода донного сигнала, так что последний поступает на вход пикового детектора 24 без амплитудной коррекции. Сброс пикового детектора 24 осуществляется по сигналу, соответствующему переднему фронту строб-импульса донного сигнала, поступающего с второго выхода формирователя 15 через схему 27 совпадения (фиг.4е).

Причем на ее втором входе поддерживается уровень логической "f" с выхода компаратора 14 (фиг.4д), что обеспечивает прохождение строб-импульса через схему 27 совпадения. (Условия появления логической 1 на выходе компаратора 14 будут рассмотрены ниже). Сигнал с выхода пикового детектора 24, соответствующий амплитуде донного сигнала (фиг, 4ж), сглаживается интегратором 25 донного сигнала в непрерывную кривую (фиг.4и).

С выхода интегратора 25 донного сигнала эта кривая поступает на первый вход сумматора 26, на второй вход которого подается опорное напряжение, величину которого можно регулировать в необходимых пределах. При заведомо хорошем акустическом контакте, т.е. при настройке установки, опорное напряжение выбирают, например, таким, чтобы напряжение на выходе сумматора 26 было равно нулю. Тогда масштабный усилитель 20 передает КВЧ беэ смещения ее уровня по постоянному напряжению. В случае ухудшения акустического контакта, т.е. когда и донный сигнал, и сигнал от возможного дефекта уменьшаются, на выходе сумматора 26 появляется напряжение, поступающее на второй вход масштабного усилителя 20, т.е. напряжение смещения, в результате чего КВЧ |понижается" и амплитуда уменьшившихся сигналов на выходе детектора 11 возрастает до прежнего значения, т.е. происходит автоматическая компенсация ухудшения акустического контакта.

На практике может встретиться случай, когда при хорошем акустическом контакте донный сигнал уменьшается из-за достаточно большого, протяженного или близкорасположенного дефекта. При этом амплитуда сигнала от дефекта может превышать амплитуду донного сигнала. Это может вызвать ложное срабатывание устройства. Во избежание этого с выходного регистра 13 сигнал от дефекта в цифровом коде поступает на первый вход компаратора 14. На его второй вход с известного программатора (не показан) или устройства ввода-вывода ЭВМ (не показано) введен цифровой код, соответствующий амплитуде такого условно максимального дефекта, при превышении которого амплитуда донного сигнала уменьшается. В случае, когда обнаруженный в иэделии дефект меньше условно принятого максимального де1385064 фекта, на выходе компаратора 14 присутствует сигнал логической "1", что обеспечивает работу устройства в описанном режиме — автоматической ком5 пенсации изменения качества акустического контакта.

Если обнаруженный дефект превышает условный максимальный дефект, то на .выходе компаратора 14 появится уровень "0", что закроет схему 27 совпадения и строб-импульс донного сигнала, не попадет на третий вход пикового детектора 24 донного сигнала и, следовательно, не сбросит его, в результате чего информация на выходе пикового дефектора 24, а следовательно, и на выходе сумматора 26 не изменится, т.е..устройство не прореагирует на изменение амплитуды дон- 20 ного сигнала, вызванное крупным дефектом.

Таким образом, устройство позволяет автоматически производить компенсацию изменения качества акустичес- 25 кого контакта в каждом такте без участия оператора, что особенно важно в многоканальных автоматизированных установках контроля, причем описанная схема позволяет производить дальнейший контроль при ухудшенном качестве акустического контакта. Кроме того, устройство не реагирует на

l изменения донного сигнала, вызванные крупными дефектами, что исключает его ложное срабатывание, повы35

|шает достоверность и производительность контроля и, как следствие, качество контролируемых изделий.

Устройство (фиг.3) работает сле- 40 дующим образом. Усиленные и скомпенсированные с помощью КВЧ сигналы с детектора 11 постуцают на вход пикового детектора 12. На его второй, стробирующий, вход с формирователя 15 ! последовательно поступают строб-импульсы зоны контроля и донного сигнала. Сброс пикового детектора 12 про изводится по его второму входу по фронту. очередного строб-импульса.

С выхода пикового детектора 12 сигналы попадают на АЦП 22, где преобразуются в цифровую форму и поступают на информационную шину выходного регистра 13.-Код, соответствующий сигналу от дефекта, записывается в первую ячейку выходного регистра 13 . по заднему фронту строб-импульса зоны контроля, поступающему на второй вход записи в первую ячейку с третьего выхода формирователя 15. Код, соответствующий донному сигналу, записывается во вторую ячейку выходного регистра 13 по заднему фронту стробимпульса донного сигнала, поступающему на третий вход записи во вторую ячейку регистра 13 с второго выхода формирователя 15 через схему 31 совпадения. При этом на ее втором входе поддерживается уровень логической

"1" с выхода компаратора 14, условия появления которого рассмотрены ниже.

Таким образом, в каждом такте в выходном регистре 13 оказываются saписанными цифровые коды сигнала от возможного дефекта и донного сигнала, причем сигнал от дефекта приходит обработанным с помощью КВЧ, а донный сигнал — в "чистом" виде, т.е. КВЧ по времени блокируется раньше прихода донного сигнала.

В оперативное запоминающее устройство 29 с помощью известного программатора или устройства ввода-вывода

3ВМ (не показаны), подключаемые к его второй информационной шине, записывается информация об уровнях смещения

КВЧ по "вертикали", т.е. информация о постоянной составляющей КВЧ. При подаче на первую адресную шину оперативного запоминающего устройства 29 определенного адреса иэ него считывается цифровой код, записанный по этому адресу, попадает на ЦАП 30, где преобразуется в аналоговый сигнал и поступает на второй вход масштабного усилителя 20, на первый вход которого поступает КВЧ с интегратора 19 (фиг. 1). Масштабный усилитель 20 в этом случае не только усиливает КВЧ, но и производит необходимое смещение ее по постоянному напряжению, информация о котором поступила с оператив-. ного запоминающего устройства 29.

В процессе работы в случае нормального акустического контакта и отсутствия крупных дефектов амплитуда донного сигнала практически не изменяется, что обеспечивает неизменность информации во второй ячейке выходного регистра 13. С ее второго выхода она поступает на преобразователь 28 код — адрес, где преобразуется в адрес, поступающий в оперативное запоминающее устройство 29, и на выход последнего поступает информация об уровне постоянной составляющей напря13850 жения КВЧ, Далее она преобразуется с помощью ЦЛЛ 30 и поступает на второй вход масштабного усилителя 20, При ухудшении акустического контакта амплитуда донного сигнала уменьшается и во вторую ячейку выходного регистра 13 записывается другая информация, соответствующая новой, уменьшившейся амплитуде донного сигнала. Эта новая информация преобразуется в новый адрес, в результате чего из оперативного запоминающего устройства 29 будет считан новый код, соответствующий новому, пониженному уровню смещения

КВЧ по постоянному напряжения. В итоге КВЧ изменится настолько по уровню постоянной составляющей, что амплитуда сигналов or дефектов на выходе детектора 11 восстановится до прежнего значения.

На практике может встретиться случай, когда при хорошем акустическом контакте амплитуда донного сигнала уменьшается из-за достаточно большого, протяженного или блиэкорасположенного дефекта. При этом амплитуда сигнала от дефекта по абсолютной величине может превысить амплитуду донного сигнала. Во избежание ложного срабатывания устройства в этом случае с ячейки выходного регистра

13 код, соответствующий сигналу от дефекта, поступает. на первый вход компаратора 14. На его второй вход с известного программатора или устройства ввода-вывода ЭВМ (не показаны) введен цифровой код, соответствующий амплитуде такого условно максимального дефекта, нри превышении

40 которого возможно уменьшение амплитуды донного сигнала. Когда обнаруженный в изделии дефект меньше условно принятого максимального дефекта, на выходе компаратора 14 присутствует сигнал логической "1", что обеспечивает работу устройства в выше описанном режиме автоматической компенсации изменения качества акустического контакта.

50 Если обнаруженный дефект превышает условный максимальный дефект, то на выходе компаратора 14 появится уровень "0", что закроет схему 31 совпадения и строб-импульс донного сигнала не попадет на третий вход записи во вторую ячейку выходного регистра 13, в результате чего информация на ее выходе не изменится и не б4 l0 произойдет смещения КВЧ по уровню постоянного напряжения, т.е. устройство не прореагирует на изменение амплитуды донного сигнала, вызванное крупным дефектом.

Таким образом, устройство позволяет автоматически, без участия оператора, производить компенсацию изменения качества акустического контакта . в каждом такте путем коррекции КВЧ по уровню постоянного напряжения, восстанавливая амплитуды принятых сигналов на входе регистрирующих устройств (не показаны) до первоначального значения, т.е. до значения при нормальном акустическом контакте, что особенно важно для повышения производительности контроля в автоматизированных установках с применением ЭВИ.

Кроме того, устройство не реагирует на изменения донного сигнала, вызванные крупными дефектами, что исключает его ложное срабатывание.

Формула и э о б р е т е н и я

1. Ультразвуковой дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные синхронизатор и распределитель импульсов, п ультразвуковых преобразователей, и генераторов возбуждения ультразвуковых колебаний, подключенных своими входами к соответствующим входам распределителя импульсов, а выходами - к соответствующим ультразвуковым преобразователям, последовательно соединенные коммутатор, первые п входов которого подключены к соответствующим ультразвуковым преобразователям, а входы с и+1 по 2n— к выходам с 1 по п распределителя импульсов соответственно, где и=

=1,...;N, последовательно соединенные логарифмичеекий усилитель, детектор и пиковый детектор, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора, последовательно соединенные выходной регистр и компаратор, формирователь, подключенный. входом к выходу синхронизатора, а выходом— к третьему входу пикового. детектора и к второму входу выходного . регистра, о т л.и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности и производительности контроля, он снабжен последовательно соединенными входным регистром, оперативным

1 1350ь4

12 запоминающим устройством, цифроаналоговым преобразователем, интегратором и масштабным усилителем, выход которого подключен к второму входу детек5 тора, тактовым генератором, и входов которого подключены к соответствующим выходам распределителя, а выход — к второму входу оперативного запоминающего устройства, аналого-цифровым преобразователем, первым входом подключенным к выходу пикового детектора, а выходом — к входу выходного регистра.

2. Дефектоскоп по и ° 1, о т л ич а ю шийся тем, что он снабжен регулируемым источником опорного напряжения, последовательно соединенными пиковым детектором донного сигнала, первый вход -которого подключен к выходу детектора, а второй вход— к второму выходу формирователя, интегратором донного сигнала, сумматором, второй вход которого подключен

От синщанцрегулируемому источнику опорного напряжения, а выход — к второму входу масштабного усилителя, и схемой совпадения, первый вход которой подключен к второму выходу формирователя, второй вход — к выходу компаратора, а выход — к третьему входу пикового детектора донного сигнала.

3. Дефектоскоп по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, он снабжен последовательно соединенными преобразователем код — адрес, вход которого подключен к второму выходу выходного регистра, вторым оперативным запоминающим устройством и вторым цифроаналоговым преобразователем, выход которых подключен к второму входу масштабного усилителя, и схемой совпадения, первый вход которой подключен к второму выходу формирователя, второй вход — к выходу цифрового компаратора, а выход — к третьему входу выходного регистра.

1385064 1385064

Составитель Г.Максимочкин

Редактор М.Бандура Техред М.Дидык Корректор екто И.Эрдейи

Заказ 1409/43 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

П оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4