Способ ультразвукового контроля изделий с большим затуханием ультразвука

 

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля качества материалов и изделий и может быть использовано для неразрушающего контроля изделий, имеющих большое интегральное затухание ультразвука. Цель изобретения - повышение чувствительности и достоверности контроля. Это достигается тем, что в изделие вводят широкополосный ультразвуковой зондирующий сигнал, принимают отраженный от дефекта широкополосный эхо-сигнал, опорным гармоническим сигналом сдвигают спектр принятого сигнала в область низких частот, уменьшают частоту опорного сигнала от значения, равного несущей (или средней) частоте зондирующего сигнала, до значения, соответствующего максимуму амплитуды спектра принятого эхо-сигнала, фиксируют эту частоту, выделяют низкочастотную часть спектра принятого сигнала на частоте, равной или меньшей разности несущей (или средней) и зафиксированной частот, а по амплитуде выделенного эхо-сигнала судят о качестве изделия. 3 ил.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля качества материалов и изделий и может быть использовано для ультразвукового контроля изделий, имеющих большое интегральное затухание ультразвука.

Известен способ ультразвукового эхо-импульсного контроля изделий, при котором величина затухания ультразвука оценивается по изменению амплитуды принятого эхо-сигнала по сравнению с амплитудой зондирующего сигнала [1] .

Известен способ оценки параметров контролируемого материала с большим затуханием ультразвука, при котором сравнивается частота, соответствующая максимуму амплитуды спектра эхо-сигнала, с частотой, соответствующей максимуму амплитуды спектра зондирующего сигнала, и по разности частот судят о параметрах контролируемого материала, например о твердости чугуна [2] .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ ультразвукового контроля, заключающийся в том, что в изделие вводят широкополосный ультразвуковой зондирующий сигнал, принимают отраженный широкополосный эхо-сигнал, производят его синхронное детектирование, заключающееся в сдвиге спектра принятого эхо-сигнала в область низких частот путем перемножения с опорным гармоническим сигналом и выделении низкочастотной части этого спектра, а по амплитуде полученного в результате синхронного детектирования видеосигнала судят о качестве изделия [3] .

Недостатком известного способа являются низкие чувствительность и достоверность контроля, обусловленные тем, что синхронное детектирование производится на несущей (или средней) частоте зондирующего сигнала. Действительно, в результате того, что затухание ультразвука в большинстве материалов растет с частотой, спектр принятого эхо-сигнала искажается - более высокочастотные составляющие спектра затухают в большей степени, чем низкочастотные, и максимальная амплитуда спектра принятого эхо-сигнала смещается вследствие этого в область более низких частот по сравнению с несущей (или средней) частотой зондирующего сигнала. Это смещение тем больше, чем больше интегральное затухание ультразвука в контролируемом изделии.

Пpи синхронном детектировании на частоте, соответствующей несущей (или средней) частоте зондирующего сигнала, выделяются не все частотные составляющие спектра принятого эхо-сигнала, вследствие чего амплитуда выделенного видеоимпульса оказывается меньше истинной амплитуды принятого эхо-сигнала. В то же время затухание сигнала акустической наводки (с излучающего преобразователя на приемный) обычно незначительно, спектр этого сигнала в основном совпадает со спектром зондирующего сигнала. При синхронном детектировании сигнала акустической наводки на несущей частоте происходит выделение почти всех его частотных составляющих, в результате чего этот сигнал почти не подавляется.

Таким образом, в известном способе наблюдается снижение отношения эхо-сигнал/акустическая наводка, что и ведет к низкой чувствительности и достоверности контроля.

Целью изобретения является повышение чувствительности и достоверности контроля изделий с большим затуханием ультразвука.

На фиг. 1 показаны сплошной линией - спектр зондирующего сигнала с несущей (или средней) частотой f_o, пунктирной линией - спектр принятого эхо-сигнала с частотой максимума f₁; на фиг. 2 - структурная схема ультразвукового дефектоскопа, реализующего предлагаемый способ ультразвукового контроля; на фиг. 3 - спектры принятого эхо-сигнала (сплошная линия) и сигнала акустической наводки (пунктирная линия) после перемножения с опорным гармоническим сигналом на частоте f₁.

Предлагаемый способ ультразвукового контроля материалов с большим затуханием ультразвука заключается в следующем. В контролируемое изделие вводят широкополочный (например, короткоимпульсный) зондирующий сигнал с несущей (или средней) частотой f_o. Из-за большой величины и частотной зависимости затухания ультразвука в материале изделия отраженный от дефекта эхо-сигнал на выходе из изделия имеет максимум спектра на частоте f₁, меньшей частоты f_o. Принятый эхо-сигнал перемножают с опорным гармоническим сигналом, причем частоту последнего уменьшают от значения f_o до значения f₁, при которой наблюдается максимум принятого сигнала. Фиксируют это значение частоты опорного гармонического сигнала и с помощью фильтра низких частот выделяют принятый эхо-сигнал на частоте f₂ ≅ f_o - f₁.

Cигнал акустической наводки, возникающий за счет прохождения зондирующего сигнала по поверхности контролируемого изделия от излучающего преобразователя к приемному, претерпевает меньшие искажения по сравнению с эхо-сигналом и частота максимума его спектра почти совпадает с несущей частотой f_o. Перемножение сигнала акустической наводки с опорным гармоническим сигналом, имеющим частоту f₁ и выделение фильтром низких частот на частоте f₂ ≅ f_o - f₁ приводят к тому, что основные более высокочастотные составляющие спектра сигнала акустической наводки отфильтровываются, и тем самым этот сигнал частично подавляется. Последнее в сочетании с выделением максимума полезного эхо-сигнала приводит к повышению отношения эхо-сигнал/акустическая наводка, и тем самым к повышению чувствительности и достоверности контроля изделий с большим затуханием ультразвука.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Генератор 1 (фиг. 2) формирует возбуждающий радиоимпульсный сигнал с несущей (или средней частотой f_o). Широкополосный излучающий преобразователь 2 преобразует без искажения спектра возбуждающий сигнал в ультразвуковой зондирующий сигнал и излучает последний в контролируемое изделие. Широкополосный приемный преобразователь 3 преобразует без искажения спектра принятый ультразвуковой сигнал в его электрическую копию, состоящую из сигнала акустической наводки и полезного, отраженного от дефекта, эхо-сигнала.

Максимум спектра сигнала акустической наводки находится на частоте f_o, а эхо-сигнала-частоте f₁ (фиг. 1). Принятый сигнал обрабатывают в синхронном детекторе 4, состоящем из перемножителя 5 и фильтра низких частот 6 (фиг. 2). Перемножитель 5 перемножает принятый сигнал с опорным гармоническим сигналом, снимаемым с выхода отдельного перестраиваемого генератора опорной частоты 7. Частоту опорного сигнала устанавливают сначала равной несущей (или средней) частоте f_o, а затем в процессе контроля плавно изменяют до значения f₁, при которой эхо-сигнал имеет максимальную амплитуду. Фильтр низкой частоты 6 попускает частоты от нулевой до величины f₂ ≅ f_o - f₁. При этом происходит частотное разделение спектров полезного эхо-сигнала и сигнала акустической наводки, что позволяет повысить отношение эхо-сигнал/акустическая наводка. Сигнал с выхода синхронного детектора 4 поступает на индикатор 8, в качестве которого может быть использован осциллограф.

Таким образом, использование перестраиваемого независимого генератора опорного сигнала и выделение принятого сигнала на частоте, равной или меньшей разности несущей (или средней) частоты зондирующего сигнала и частоты, соответствующей максимуму спектра принятого эхо-сигнала, позволяет повысить отношение эхо-сигнал/акустическая наводка, что выгодно отличает предлагаемый способ ультразвукового контроля от прототипа, в конечном счете повышает чувствительность и достоверность контроля и увеличивает сферу применения предлагаемого способа ультразвукового контроля. (56) 1. Ермолов И. Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М. : Машиностроение, 1981, с. 89.

2. Дефектоскопия, 1985, N 3, с. 59-61.

3. Дефектоскопия, 1990, N 9, с. 3-20.

Формула изобретения

СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ С БОЛЬШИМ ЗАТУХАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКА, заключающийся в том, что в изделие вводят широкополосный зондирующий сигнал, принимают отраженный от дефекта эхо-сигнал, сдвигают спектр принятого сигнала в область низких частот опорным гармоническим сигналом, а о качестве изделия судят по низкочастотной части спектра принятого эхо-сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и достоверности контроля, уменьшают частоту опорного гармонического сигнала от значения, равного несущей частоте зондирующего сигнала, до значения, соответствующего максимуму амплитуды спектра принятого эхо-сигнала, фиксируют эту частоту, а выделение низкочастотной части спектра принятого эхо-сигнала производят на частоте, равной или меньшей разности несущей и зафиксированной частот.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3