Ультразвуковой иммерсионный двухэлементный преобразователь

Авторы патента:

G01N22/02 - обнаружение локальных дефектов

Владельцы патента RU 2491535:

Открытое акционерное общество Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (RU)
Открытое акционерное общество "Центр технической диагностики" (RU)

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий. Оно может быть использовано для обнаружения внутренних дефектов, в том числе в сварных швах. Преобразователь можно использовать при автоматическом контроле листов и труб. Техническим результатом является создание электроакустического преобразователя, позволяющего выявлять различно ориентированные дефекты в сварных швах без изменения ориентации преобразователя относительно сварного шва. Технический результат достигается тем, что ультразвуковой иммерсионный преобразователь включает в себя корпус, демпфер, пьезоэлектрические пластины, при этом он содержит две идентичные пьезоэлектрические пластины, электроды которых электрически объединены, а пластины установлены под одинаковом углом к оси преобразователя, равным 89…84°, при этом пластины выполнены с возможностью их одновременного возбуждения. 2 ил.

Известен электроакустический преобразователь для нормального ввода ультразвуковых колебаний в изделие [Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля. Под ред. И.Н. Ермолова. - М.: Машиностроение, 1986, с.100], содержащий пьезоэлектрическую пластину с нанесенными на ее грани металлическими электродами, приклеенную одной стороной к протектору, а другой к демпферу, размещенным в соответствующем корпусе. В таких преобразователях используется пьезоэлемент, поляризованный по толщине, совершающий толщинные колебания и излучающий продольные волны в изделие.

Недостатком такого преобразователя является сильная зависимость амплитуды эхо-сигнала от ориентации дефекта относительно оси преобразователя и, как следствие, низкая возможность контроля изделий.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является контактный электроакустический преобразователь для контроля сварных швов [Методы акустического контроля металлов. Под ред. Н.П. Алешина. - М.: Машиностроение, 1989, с.157]. Он содержит две пьезопластины, приклеенные одной стороной к протектору, а другой к демпферу и размещенные в одном корпусе под определенным углом к оси преобразователя. При этом один пьезоэлемент излучает, а второй принимает ультразвуковые волны через акустическую линию задержки.

Выбором параметров пьезоэлементов, угла ввода ультразвука в изделие и угла разворота пьезоэлементов относительно оси преобразователя обеспечивают одинаковую чувствительность к дефекту с одинаковыми размерами, расположенного в верхней и нижней части сварного шва. Углы разворота пьезоэлементов относительно оси преобразователя в таких преобразователях выбирают меньше 70 градусов.

Применение такого преобразователя не требует сканирования поперек сварного шва.

Недостатком данного преобразователя является сильная зависимость амплитуды эхо-сигнала от ориентации дефекта относительно оси преобразователя. Кроме того, преобразователь эффективен для контроля только тонких сварных швов 4-16 мм.

Для внутритрубной диагностики более важно повысить выявляемость различно ориентированных дефектов, поскольку при движении дефектоскопа преобразователи и так пересекают поперечные швы.

Техническим результатом изобретения является электроакустический преобразователь, позволяющий выявлять различно ориентированные дефекты в изделиях (преимущественно в трубопроводах).

Технический результат достигается за счет того, что ультразвуковой иммерсионный преобразователь включает в себя корпус, демпфер, электроды и пьезоэлектрические пластины с электродами, при этом содержит две идентичные пьезоэлектрические пластины, электроды которых электрически объединены, а пластины установлены симметрично, под углом к оси преобразователя, равным 89…84°, при этом пластины выполнены с возможностью их одновременного возбуждения.

На фиг.1 представлен общий вид преобразователя.

На фиг.2 приведены нормированные графики суммарной чувствительности преобразователя с двумя излучающими пластинами и стандартного преобразователя с одной излучающей пластиной в зависимости от угла ориентации дефектов.

Ультразвуковой преобразователь предназначен для обнаружения трещиноподобных дефектов, произвольно ориентированных в диапазоне углов ± а относительно перпендикуляра к оси излучения ультразвуковой волны. Данный преобразователь состоит из двух идентичных пьезоэлектрических пластин 1, установленных в общем корпусе под некоторым одинаковым углом к оси преобразователя. Расчет угла установки пластин преобразователя производится, исходя из условий эксплуатации данного преобразователя. Ультразвуковой преобразователь предназначен для работы в иммерсионном режиме при бесконтактном способе ввода ультразвуковой волны в металл.

Пластины преобразователя соединены электрически параллельно, поэтому их возбуждение производится одновременно. Прием суммарного отраженного сигнала производится также одновременно с обеих пластин. Установка пластин преобразователя под определенным одинаковым углом и одновременное возбуждение их обеспечивает прием сигналов от дефектов в широком диапазоне углов ориентации дефекта. При этом наиболее хорошая линейность уровня отраженных сигналов во всем диапазоне углов ориентации дефекта достигается, когда два пьезоэлемента имеют полностью идентичные параметры.

Кроме того, работа преобразователя в совмещенном варианте позволяет сократить количество кабелей, необходимых для возбуждения и приема ультразвуковых волн, в два раза. Это крайне важно при конструировании внутритрубных дефектоскопов, поскольку существует постоянный дефицит сводных мест на корпусе электронного блока.

Как видно из фиг.2, уровень отраженных сигналов для стандартного преобразователя быстро уменьшается при увеличении угла поворота ориентации дефекта.

Под стандартным преобразователем подразумевается преобразователь, имеющий одну пьезокристаллическую пластину, равной площади двух пьезокристаллических пластин в рассматриваемом преобразователе.

При этом уровень отраженных сигналов для преобразователя с двумя излучающими пластинами слабо зависит от ориентации дефекта в пределах угла ± а, что позволит обеспечить уверенное обнаружение дефекта при его ориентации в пределах данного угла.

При этой конструкции преобразователя диапазон углов расположения, выявленных дефектоскопом, примерно в 1,5…2 раза по сравнению со стандартным преобразователем.

Применение такого преобразователя не требует изменения угла ориентации преобразователя относительно сварного шва для выявления различно ориентированных дефектов.

Ультразвуковой иммерсионный преобразователь, включающий корпус, демпфер, электроды и пьезоэлектрические пластины, отличающийся тем, что содержит две идентичные пьезоэлектрические пластины, электроды которых электрически объединены, а пластины установлены симметрично, под углом к оси преобразователя, равным 89…84°, при этом пластины выполнены с возможностью их одновременного возбуждения.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий и может быть использовано для дефектоскопии магистральных трубопроводов, заполненных газом, нефтью, нефтепродуктами под давлением.

Способ регистрации сигналов акустической эмиссии в металлах // 2372615

Изобретение относится к области обнаружения локальных дефектов в проводниках с использованием акустической эмиссии и может найти применение для выявления скрытых локальных дефектов в различных металлических конструктивных элементах, находящихся в статическом состоянии или в процессе движения.

Устройство зондирования строительных конструкций // 2282875

Радиоинтроскоп // 2256904

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может использоваться для обнаружения неоднородностей в строительных конструкциях. .

Устройство зондирования строительных конструкций // 2234694

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации. .

Способ электромагнитной дефектоскопии // 2146047

Изобретение относится к методам и технике неразрушающего контроля, например с помощью сверхвысоких частот, при одностороннем доступе к контролируемому объекту, и может найти применение для обнаружения в стенах и перекрытиях строительных сооружений инородных металлических или диэлектрических предметов искусственного и естественного происхождения, в том числе расположенных за металлической арматурой или закрепленных непосредственно на арматуре, или расположенных между прутками арматуры со стороны, противоположной направлению облучения электромагнитным сигналом, и, в частности, в стенах строительных сооружений, выполненных по технологии цельнозаливных железобетонных конструкций, а также скрытых дефектов в виде пустот и трещин, металлической арматуры, санитарно-технических коммуникаций, кабельных магистралей, электрических и телефонных проводок.

Способ электромагнитной дефектоскопии // 2146046

Изобретение относится к методам и технике неразрушающего контроля, например с помощью сверхвысоких частот, и предназначено для контроля дефектов в стенах и перекрытиях строительных сооружений, в частности армированных, при одностороннем доступе и может найти применение для обнаружения инородных металлических или диэлектрических предметов искусственного или естественного происхождения, расположенных за металлической арматурой, или закрепленных непосредственно на арматуре, или расположенных между прутками арматуры, со стороны противоположной направлению облучения электромагнитным сигналом, и в частности, в стенах строительных сооружений, выполненных по технологии цельнозаливных железобетонных конструкций.

Способ электромагнитной дефектоскопии // 2146045

Изобретение относится к методам и технике неразрушающего контроля, например с помощью сверхвысоких частот, и предназначен для обнаружения дефектов в стенах и перекрытиях строительных сооружений при одностороннем доступе и может найти применение для обнаружения инородных металлических или диэлектрических предметов искусственного или естественного происхождения, в том числе расположенных за металлической арматурой, или закрепленных непосредственно на арматуре, или расположенных между прутками арматуры, со стороны противоположной направлению облучения электромагнитным сигналом, и в частности, в стенах строительных сооружений, выполненных по технологии цельнозаливных железобетонных конструкций.

Способ обнаружения и контроля развития дефектов на металлических поверхностях объектов // 2120121

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к контролю поверхности металлических сооружений и объектов и может быть использовано для обнаружения и контроля развития дефектов на поверхностях металлических сооружений и объектов, установленных в коррозионных средах различной степени агрессивности в условиях подземного, атмосферного, морского или речного воздействия, в частности для обнаружения и контроля развития трещин на покрытых изоляций поверхностях нефте- или газопроводов.

Устройство для контроля электромагнитной сплошности поверхности изделий // 2103674

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для неразрушающего контроля состояния поверхности конструкционных материалов и изделий и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и приборостроения.

Свч способ обнаружения и оценки неоднородностей в диэлектрических покрытиях на металле // 2507506

Изобретение относится к способам определения неоднородностей электрофизических и геометрических параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на поверхности металла и может быть использовано при контроле состава и свойств твердых покрытий на металле, при разработке неотражающих и поглощающих покрытий. Повышение вероятности обнаружения малоразмерных неоднородностей и увеличение точности оценки их границ является техническим результатом предложенного изобретении, который достигается за счет того, что проводят сканирование поверхности покрытия с заданным шагом и формирование двумерной матрицы значений дисперсии коэффициента нормального затухания поля по всей поверхности сканирования, а также формирование второй электромагнитной Е волны с последующим расчетом абсолютного отклонения дисперсий коэффициента затухания поля, с построением пространственного распределения средних значений дисперсий коэффициента нормального затухания поля поверхностных медленных волн Eλ1, Eλ2 и Нλ3, пространственная картина которых визуально отображает распределение неоднородностей и их границу. 4 ил.

Способ определения электропроводности и энергии активации примесных центров полупроводниковых слоев // 2516238

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу определения электропроводности и толщины слоя полупроводника на поверхности диэлектрика, и может найти применение в различных отраслях промышленности при контроле свойств полупроводниковых слоев. Предложенный способ включает облучение структуры электромагнитным излучением СВЧ-диапазона, измерение спектра отражения излучения от структуры в выбранном частотном диапазоне при двух различных значениях температуры T1 и T2, далее по полученным зависимостям определяют электропроводность σ1 и σ2 полупроводникового слоя при двух значениях температуры T1 и T2 соответственно, далее выбирают значения температур из диапазона, в котором изменение концентрации носителей заряда связано с ионизацией примесных центров, затем определяют энергию активации примесных центров ΔW, используя соотношение: ΔW=2kT1T2[ln(σ1/σ2)]/(T1-T2), где k - постоянная Больцмана. Одновременное определение электропроводности при пониженных температурах, например 180-190 К, и соответственно энергии активации примесных центров позволяет определить параметры полупроводникового слоя в измеряемой структуре диэлектрик-полупроводник, что является техническим результатом. 2 ил.

Способ дефектоскопии теплозащитных и теплоизоляционных покрытий изделий // 2532414

Изобретение относится к области дефектоскопии с использованием сверхвысоких частот, а именно к способам определения дефектов теплозащитных и теплоизоляционных покрытий изделий ракетно-космической техники. Повышение точности определения глубины залегания дефекта является техническим результатом заявленного изобретения. Способ включает в себя регистрирацию характеристики электромагнитного СВЧ-поля в контролируемом объекте на нескольких частотах, отличающийся тем, что СВЧ-датчик облучает контролируемый объект, представляющий собой слой диэлектрического материала, наклеенного на металлическую несущую конструкцию, непрерывным многочастотным сигналом и построчно сканирует внешнюю поверхность контролируемого объекта, при этом дискретно регистрируется с постоянным шагом для каждой из частот сигнал, отраженный от контролируемого объекта, при регистрации отраженного сигнала происходит его интерференция с опорным сигналом генератора, в результате которой получается радиоголограмма, при последующем восстановлении которой на получаемом изображении выявляются дефекты внутреннего строения контролируемого объекта и поверхностные дефекты на границе раздела контролируемый объект-металл. 4 ил.

Система и способ контроля композитных материалов с использованием радиочастотного отражения // 2540411

Предложена сенсорная система для анализа свойств диэлектрического материала с помощью радиочастотного сигнала, содержащая материал (30), который сформирован из матрицы и множества частиц (40), не обладающих свойствами изолятора и, по существу, равномерно распределенных внутри матрицы таким образом, что материал по меньшей мере в одном направлении обладает когерентной электрической периодичностью. Кроме того, в системе имеется приемник (10), выполненный с возможностью приема исходного радиочастотного (РЧ) сигнала и возвращенного РЧ сигнала, причем исходный РЧ сигнал отражается данными частицами с формированием возвращенного РЧ сигнала. Изменение положения одной или более частиц не изоляторов приводит к изменению возвращенного РЧ сигнала, так что по возвращенному РЧ сигналу можно определить изменение свойств материала и проводить непрерывный мониторинг аномалий в нем. Заявленный способ позволяет повысить степень контроля качества указанного материала. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 18 ил.

Устройство для перемещения людей и/или объектов // 2578902

Устройство (1) конвейерной транспортировки содержит конвейер (3, 3.5, 5) с конвейерным элементом (3.1, 3.51, 5.1). Датчик (10) предусмотрен для регистрации поверхности конвейера. Сигнал датчика предварительно обрабатывает электрическая цепь (20). После обработки могут быть сгенерированы рабочие переменные и/или поврежденные или недостающие конвейерные элементы (3.1, 3.51, 5.1) могут быть обнаружены. Датчик является антенной (10.1), работающей в радиочастотном диапазоне, а конвейерный элемент (3.1, 3.51, 5.1) может перемещаться в ближней зоне антенны (10.1). Обеспечивается контроль работы конвейера компактной конструкцией датчика. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 13 ил.

Устройство зондирования строительных конструкций // 2589746

Предлагаемое устройство относится к области подповерхностной радиолокации с использованием сверхширокополосных сигналов, а именно к устройствам определения расположения и формы неоднородностей и включений в строительных конструкциях и сооружениях и может найти применение в следующих областях: контрразведывательной деятельности по выявлению подслушивающих устройств; оперативно-розыскной деятельности правоохранительных органов; зондировании строительных конструкций с целью определения положения арматуры, пустот и других неоднородностей; зондировании особо важных строительных конструкций (взлетно-посадочных полос, аэродромов, стартовых площадок для запуска ракет, мостов, переходов, тоннелей метрополитена, вокзалов, стадионов, бассейнов и т.д.) с целью определения скрытых дефектов в них; зондировании завалов и разрушений после землетрясений, террористических взрывов и взрывов газа в процессе поисково-спасательных работ с целью обнаружения живых людей под завалами и оперативного оказания им помощи. Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обнаружения живых людей под завалами, возникшими в результате разрушения строительных конструкций и сооружений после взрывов и землетрясений. Устройство зондирования строительных конструкций содержит портативную ЭВМ 1, поверхность 2 строительной конструкции, электронный блок 3, антенный блок 4, высокочастотный генератор 5, контроллер 6, приемник 7, передающую антенну 8, приемную антенну 9, объект 10, триггер 11, линии задержки 12 и 14, усилитель 13, блок 15 вычитания, интегратор 16, блок 17 деления, блок 18 сравнения, блок 19 формирования эталонного напряжения, аналого-цифровой преобразователь 20, интерфейс 21, ключ 22, жидкокристаллический индикатор 23, звуковой индикатор 24, выключатель 25, квадратурный демодулятор 26, предварительные усилители 27 и 28, мультиплексоры 29 и 30, многоканальные полосовые фильтры 31 и 32, демультиплексоры 33 и 34, электронные короткозамыкающие ключи 35 и 36, низкочастотные фильтры 37 и 38. 1 ил.

Свч-устройство для измерения электрофизических параметров и обнаружения неоднородностей в диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытиях на металле // 2594761

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано для определения электрофизических параметров и неоднородностей диэлектрических покрытий на поверхности металла. Повышение быстродействия и надежности СВЧ-устройства для измерения электрофизических параметров, увеличение точности измерения и вероятности обнаружения неоднородностей покрытия является техническим результатом изобретения. СВЧ-устройство для измерения электромагнитных параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на металле состоит из последовательно соединенных генератора СВЧ, блока коммутации антенн, имеющего N-выходов, N-антенн возбуждения медленных поверхностных волн, размещенных в азимутальной плоскости по кругу, при этом n-выход блока коммутации, где , соединен с входом соответствующей антенны, приемной антенны Е-волн и приемной антенны Н-волн, а также из последовательно соединенных блока управления, блока синхронизации, механизма перемещения, взаимодействующих с приемными антеннами, а также блока обработки сигналов, при этом второй, третий и четвертый выходы блока управления соединены со входом СВЧ-генератора, вторым входом блока коммутации антенн, вторым входом механизма перемещения соответственно, а выходы приемных антенн соединены с первым и вторым входом блока обработки сигналов соответственно, при этом второй выход устройства синхронизации соединен с третьим входом блока обработки сигналов. 1 ил.

Свч способ обнаружения неоднородностей в диэлектрических покрытиях на металлической подложке // 2604094

Изобретение относится к способу определения неоднородностей электрофизических и геометрических параметров диэлектрических и немагнитных покрытий на поверхности металла и может быть использовано при контроле качества твердых покрытий на металле в процессе разработки и эксплуатации неотражающих и поглощающих покрытий, а также в химической, лакокрасочной и других отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является повышение вероятности обнаружения неоднородностей за счет определения порогового значения коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной E-волны применительно к индивидуальным характеристикам исследуемого покрытия. Указанный технический результат достигается тем, что в известном СВЧ способе обнаружения неоднородностей в диэлектрических покрытиях на металлической подложке, заключающемся в создании электромагнитного поля медленной поверхностной E-волны над диэлектрическим покрытием на электропроводящей подложке и последующей регистрации изменения параметров, характеризующих высокочастотное поле, при расчете коэффициента затухания α напряженности поля медленной поверхностной E-волны в нормальной плоскости относительно ее направления распространения в разнесенных точках и определении границ неоднородностей, предварительно измеряют действительную часть диэлектрической проницаемости ε′ и толщину b эталонного образца покрытия, по которым определяют пороговое значение коэффициента затухания напряженности поля медленной поверхностной Е-волны α0, при этом сравнивают в каждой точке измерений сканируемой поверхности покрытия текущее значение коэффициента затухания напряженности поля поверхностной медленной волны α с пороговым значением коэффициента затухания α0, и если α<α0, то принимают решение о наличии отслоения покрытия d в данной точке. 1 ил.

Способ теплового контроля композитных материалов // 2616438

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных конструкций из композитных материалов на основе результатов теплового контроля. Способ включает тепловое возбуждение материала внешним источником, регистрацию температурного поля контролируемого изделия и сравнение зарегистрированного температурного поля с пороговым значением температуры и выделение дефектных участков. Согласно изобретению в материал контролируемого изделия вводят электропроводную высокосмачиваемую жидкость таким образом, чтобы она проникла в микротрещины и поры материала, и воздействуют на контролируемое изделие электромагнитным полем. Электромагнитное поле взаимодействует с электропроводной высокосмачиваемой жидкостью в контролируемом изделии и нагревает ее. Регистрируют возникающее при этом температурное поле поверхности контролируемого объекта. Технический результат - повышение достоверности обнаружения локальных участков пониженной прочности, повышение достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния сложных конструкций и их элементов из композитных материалов, повышение информативности и производительности контроля. 1 табл., 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ контроля сварных швов труб // 2626307

Использование: для контроля сварных швов труб. Сущность изобретения заключается в том, что зондируют поверхность сварного шва трубы лучом и по принимаемому сигналу определяют предельные значения характеристик дефекта сварного шва по сравнению с нормативными параметрами, при этом трубу закрытыми торцами помещают вертикально в металлический цилиндрический сосуд с водой, возбуждают на поверхности сварного шва посредством микроволнового генератора электромагнитную волну и по времени огибания данной волной сварного шва производят контроль сварного шва. Технический результат: повышение эффективности контроля. 1 ил.