Устройство ультразвукового контроля

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБ ЛИК 9 Я 3797(51) 4 С О 1 М 29/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ЗОБРЕТЕНИ Н ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ итехнический СнечкусаА.П.Волейши(54) УСТРОЙСТВО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ(57) Изобретение относсредствам для акустических и ий н моится к элучен(56) Авторское свидУ 657331, кл. С 01Авторское свидеЯф 1101727, кл, С 0 жет быть использовано для измеренияпараметров жидких сред. Целью изобретения является повышение производительности контроля плотности исследуемой среды и точности за счет учетаизменений параметров пьеэоиэлучателяи пьезоприемника. При измерении скорости ультразвука устройство с помощью интегратора 10, регистра 11 памяти, компаратора 12 кодов, схемы 13переключения режима, триггера 14, генератора 15 импульсов и реверсивнымсчетчиков 19 и 20 позволяет за счетвведения поправочных коэффициентовв блок 6 регулировки частоты учитыватьизменения резонансной частоты пьезоизлучателя и пьеэоприемника. 1 ил.Изобретение относится к средствамдля акустических измерений и можетбыть использовано для измерения плотности жидкостей при исследовании5свойств и контроле качества материала в различных областях техники,Целью изобретения является повышение производительности и точностиконтроля плотности исследуемой средыэа счет учета изменений параметровпьеэоиэлучателя и пьеэоприемника,На чертеже приведена блок-схемаустройства ультразвукового контроля.Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1, камеру 2с пьеэоиэлучателем 3 и пьеэоприемником 4, блок 5 усиления и блок 6 регулировки частоты, выходом подключенный к входу генератора 1, последовательно соединенные блок 7 введенияпоправки фазового сдвига, входом подключенный к выходу генератора 1, иблок 8 измерения скорости ультразву 25ка, вторым входом подключенный к вы"ходу генератора 1, последовательносоединенные распределитель 9 импуль-сов, интегратор 10, регистр 11 памяти, вторым входом подключенный к второму выходу распределителя 9 импульсов, компаратор 12 кодов, вторымвходом подключенный к выходу интегратора 10, схему 13 переключения режима, триггер 14 и генератор 15 импульсов, вторым входом подключенный ктретьему выходу распределителя 9 импульсов, первый переключатель 16, входом подключенный к выходам триггера 14 и генератора 15 импульсов, второй 17 и третий 18 переключатели, 4 ц входами подключенные к выходам первого переключателя 16, а управляющими входами - к выходу схемы 13 переключения режима, первый 19 и второй 20 реверсивные счетчики, входами 45 подключенные к выходам второго 17 и третьего 18 переключателей, а выхог дами - к второму и третьему входам блока 7 введения поправки фазового сдвига, последовательно соединенные схему 21 деления, первым и вторым входами подключенную к выходам блока 8 иэмерения скорости ультразвука и второго реверсивного счетчика 20, и индикатор 22, и схему 23 вычитания, первым и вторым входами подключенную . к выходу блока 8 измерения скорости ультразвука и третьему выходу распределителя 9 импульсов, а второй входблока 6 регулировки частоты и третий вход блока 8 измерения скорости ультразвука подключены к четвертому выходу распределителя 9 импульсов.Устройство работает следующим образом.Генератор 1 вырабатывает высокочастотное напряжение, которое пьезоизлучателем 3 преобразуется в ультразвуковые волны. Они распространяются в исследуемом веществе в камере 2 и частично отражаются от пьезоприемника 4, частично преобразуются им в электрические колебания. Когда частота ультразвука равна частоте акустического резонанса камеры 2, напряжение пьеэоприемника 4 возрастает до максимального значения, Это напряжение усиливается блоком 5 усиления, при этом блок регулировки частоты обеспечивает непрерывную динамическую настройку генератора 1 на акустический резонансСкорость С ультразвука выражается формулой где ( - фазовый сдвиг ультразвуковой волны при отражении от преобразователя и(у = - агсй 8(гтрк"); (3) 2 й 1, Е С, толщина преобразователя,скорость ультразвука в преобразователе;частота ультразвука;удельное акустическое сопротивление материала преобразователя, нормированное отГьг где Г - частота резонанса, на которой в камере 2 длиной 1 размещается п полуволн ультразвука;а - поправка, вызванная частотно-зависимым сдвигом фазыпри отражении ультразвуковыхколебаний от преобразователей (пьеэоизлучателя 3 ипьезоприемника 4) на частотелфВеличина фазового сдвига у и поправка а связаны зависимостьюи9 2(2)(4) а = 2 а, . При настройке на резонанс блок 8 обеспечивает измерение скорости С ультразвука, которая согласно формуле (1) пропорциональна частоте Г. Блок 8 целесообразно выполнить в виде счетчика с генератором измерительной базы времени и соответствующим ключом. Одновременно блок 8 вырабатывает поправку согласно выражениям (2) - (4) и может быть выполнен как в известном устройстве - из преобразователя частота - напряжение и двух соединенных через усилитель тока двухполюсников с характеристикой ви- да(6) 25 1 = Кси,гдепреобретает значения от 1 до ш, а ш - количество акустических где 1,0 - ток и напряжение соответственно;К - коэффициент пропорциональности.Один из двухполюсников работает в режиме заданного напряжения, другой - в режиме заданного тока так, что суммарная характеристика имеет вид, выражаемый формулой (3). г задается усилителем тока, а 21.,/Со изменением параметров двухполюсников.Кроме того, 21/С = - , где Г резонансная частота преобразователей.По истечении времени, необходимо го для измерения скорости на данном резонансе, определения и введения поправки, блок 6 регулировки частоты настраивает генератор 1 на следующий акустический резонанс. Аналогично 45 указанному измеряется скорость ультразвука с введением поправки. Таким образом, измеряется ряд значений скорости, Схема 23 вычитания вырабатывает сигнал, пропорциональный модулю 50 разности двух соседних значений скорости (С; -С, . Интегратор 10 суммирует все разности, образуя сумму вида резонансов, используемых в измерении.Резонансы выбираются в той областичастот, где влияние г максимальнов облаСти Г,. Перестройки частотыгенератора 1 на величину, соответствукзцую заданному количеству щ резонансов, интегратор 10 выдает однозначение суммы О, которое передаетсяв регистр 11 памяти. Затем импульсыс выхода распределителя 9 запускаютгенератор 15, который увеличиваетили уменьшает содержимое одного иэреверсивных счетчиков 19 и 20, Затемследует новая серия импульсов на блоки 6 и 8 и схему 23 вычитания, т.еизмерение серии значений скорости.С расчет нового значения Э. Еслионо больше того, что хранится в регистре 11 памяти, то компаратор 12 вьщает сигал Больше" на выходе. Этим сигналом перебрасывается триггер 14, переключая режим работы реверсивныхсчетчиков 19 и 20 (от сложения к вычитанию и наоборот) . После каждыхдвух переключений режима, т,е. изменения направления шага данного параметра, перебрасывается триггер 14,переключая генератор 15 импульсов насчетчик другого параметра. Таким образом, один из параметров настраивается в одну сторону, настройка реверсируется, параметр настраивается вдругую сторону до перехода минимумав обратном направлении, затем еговеличина остается в счетчике, такимже образом обрабатывается второй параметр и т.д,Если парметры г и Г входящие вформулу (3), выбраны правильно, тозначения С; в пределах случайной логрешности совпадают (скорость ультразвука в узком интервале частоты дажев средах с дисперсией скорости практически постоянна), Э в этом случаеминимально и тем меньше, чем меньшеслучайная погрешность. Таким образом,измерение сводится к отысканию такихЕ, и г, для которыхГб-Э,Г (С, -С,= шип. (7)Значения параметра г выхода первого реверсивного счетчика 19, соответствующие минимуму П,и значения С с блока 8 поступают на схему 21 деления, которая согласно формуле=С/г выдает на индикатор 22 значение плотностигдеС - удельное акустическое1379718 ряемые параметры. Составитель Л.Иванов-ШицТехред М.Дцдык Корректор М.Пожо Редактор И.Булла Заказ 976/47 Тираз 847 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул,Проектная,4 сопротивление вещества пьеэопреобраэователя.Преимуществом предлагаемого устройства ультразвукового контроля яв 5 ляется воэможность автоматического учета изменения резонансной частоты пьезопреобразователей, вызванных изменениями температуры, износом электродов и т.д. При этом длина измерительной камеры и ее температурные изменения не оказывают влияния на измеФормула изобретения Устройство ультразвукового контроля, содерщащее последовательно соединенные генератор, камеру с пьезоиэлучателем и пьезоприемником, блок усиления и блок регулировки частоты, выходом подключенный к входу генератора, последовательно соединенные блок введения поправки фазового сдвига, входом подключенный к выходу генератора и блок измерения скорости ультразвука, вторым входом подключенный к выходу генератора, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повьппения производительности и точности контроля плотности исследуемой среды за счет учета изменений параметров пьеэоизлучателя и пьеэоприемника, оно снабжено последовательно соединенными распределителем импульсов, интегратором, регистром памяти, вторымвходом подключенным к второму выходураспределителя импульсов, компаратором кодов, вторым входом подключеннымк выходу интегратора, схемой переключения режима, триггером и генераторомимпульсов, вторым входом подключеннымк третьему выходу распределителя импульсов, первым переключателем, входом подключенным к выходам триггераи генератора импульсов, вторым и третьим переключателями, входами подключенными к выходам первого переключателя, а управляющими входами " к выходу схемы переключения режима, первым и вторым реверсивными счетчиками,входами подключенными к выходам второго и третьего переключателей, авыходами - к второму и третьему входам блока введения поправки фазовогосдвига, последовательно соединеннымисхемой деления, первым и вторым входами подключенной к выходам блокаизмерения скорости ультразвука и второго реверсивного счетчика и индикатором, и схемой вычитания, первым ивторым входами подключенной к выходублока измерения скорости ультразвукаи четвертому выходу распределителяимпульсов, а второй вход блока регулировки частоты и третий вход блокаизмерения скорости ультразвука подключены к третьему выходу распределигеля импульсов.