Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов

(56) АвторслУ 1037171; институт .Ермолин 9. 16(088,8) кое свидете кл. 60 Я ьство СССР9/04, 1982. СУДЮ СТВЕННЫЙ КОМИТЕНТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГИЙ(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯКОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение касается нераэрушающих испытаний материалов н можетбыть использовано для ультразвуковогконтроля качества материалов. Цельизоб плетения - повыаение производительности контроля путем обеспечениямаксимальной дальности и минимальноймертвой зоны контроля за счет автоматического изменения формы и дли- .тельности зондирующего сигнала в зависимости от глубины дефекта. Схемаиэ последовательно соединенных пер 801295236 А 1 вого счетчика 9, элемента 10 ИЛИ, инвертора 15, элемента 16 И, триггера 17 и генератора 1 возбуждающих импульсов, подключенного к преобразователю 2, а также последовательно соединенных второго счетчика 14, элемента 11 И-НЕ, вторые входы которого подключены к выходам первого счетчика 9, элемента 12 И н триггера 13, выход которого связан с вторым входом генераторавозбуждающих импульсов, и цепи иэ последовательно соединенных акустического приемника 3, усилителя 4, времяиэмерительного блока 5, второй вход которого, подключен через блок 8 задержки к синхронизатору 7, счетчикам 9 и 14 и второму входу ф элемента 16 И, н тактового генератора, связанного с входами элементов 12 и 16 И, осуществляет формирование ( возбуждающего поочередного напряжения в виде нарастающей последовательности 2 импульсов, начиная с одного, до обнаружения дефекта. 2 ил.Ю1295236 Изобретение относится к неразрушающим испытаниям материалов ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля качества и деФектоскопии материалов, 5Целью изобретения является повышение производительности контроля.На Фиг.1 представлена блок-схема ультразвукового устройства для контроля качества материалов; на Фиг.2 временные эпюры, поясняющие работу устройства,Ультразвуковое устройство для контроля качества материалов содержит 15генератор 1 возбуждающих импульсов сподключенным к нему излучающим преоб"разователем 2, последовательно соединенные приемный преобразователь 3,усилитель 4, времяизмерительный блок О5 и индикатор б, синхронизатор 7 через блок 8 задержки подключенныйк второму входу времяизмерительногоблока 5. Второй выход времяизмерительного блока 5 подключен к первомусчетчику 9, выходы которого связаныс соответствующими входами элементаИЛИ 10 и элемента ИЛИ-НЕ 11, ЭлементИЛИ 10 связан с последовательно соединенным элементом И 12, триггером13 и вторым счетчиком 14, выходы которого подключены к соответствующимвходам элемента И-НЕ 1 1. Элемент ИЛИ10 связан также с последовательносоедлненными инвертором 15, вторым 35элементом И 16, триггером 17, подключенным к входу генератора 1 возбуждающих импульсов,Вторые входы элементов И 12 и 16 щ подключены к тактовому генератору 18, синхронизатор 7 связан с вторыми входами первого 9 и второго 14 счетчиков и третьим входом элемента И 16, Элемент И-НЕ 11 через третий вход первого элемента И связан с вторым входом триггера 17.,Устройство работает следующим об-. разом.В исходном состоянии (момент времени 1, включения питания устройства) первый 9 и второй 14 счетчики, а также оба триггера 13 и 17 имеют на своих выходах напряжения логического "0". Сигналы со счетчиков 9 и 14 поступают на элемент И-НЕ 11. Соответственно в момент времени с на вьтходах элемента И-НЕ 11 и элемента ИЛИ 10 устанавливаются напряжения логического 0, а на выходе инвертора 15 - напряжение 23 логической "1".В момент времени С, на выходе тактового генератора 18 появляется импульс 19 (Фиг,2), На выходы элементов И 12 и 16 он пройти не может, так как на двух входах (первом и третьем) первого элемента И 12 и на третьем входе второго элемента И 16 напряжения логического "О".В момент времени с импульс 20Ясинхронизации (с выхода синхронизатора 7) поступает на третий вход второй схемы И. При этом на всех трех входах этой схемы напряжение логической "1", В результате импульс 21, тактового генератора 18 проходит на выход второго элемента И, т,е. на входе триггера 17 появляется импульс 22, который переключает триггер 17 и на его выходе будет напряжение логической " 1", которое поступает на первый вход генератора 1 возбуждающих импульсов.Одновременно по заднему Фронтуимпульса 20 синхронизации сменяетсясостояние первого счетчика 9 на единицу, В результате на излучающий преобразователь 2 подается напряжение 23,На его выходах будет, например,кодовая комбинация 1000", а на выходеэлемента ИЛИ 10 появляется напряжениелогической " 1", которое поступаетна. первый вход первого элемента И12, а также на вход инвертора 15. Свыхода инвертора 15 на первый входвторого элемента И поступает, соответственно, напряжение логического"О" (которое сохраняется в течениевсех последующих кодовых комбинацийна выходе первого счетчика 9).Таким образом, на выход второгоэлемента И 16 проходит всего толькоодин импульс 22 гечератора 18, когдаоба счетчика находятся в нулевом(код ОООО) состоянии.После смены состояния первогосчетчика 9 на первых четырех входахэлемента И-НЕ 11 будет кодовая комбинация 1000, а на четырех вторых входах этой схемы - кодовая комбинацияОООО. Таким образом, на выходе элемента И-НЕ 11 будет напряжение 24логической "11, которое поступит натретий вход первого элемента И 12, Врезультате следующий импульс 25 тактового генератора 18 пройдет через3 12952первый элемент И 12 и поступит одновременно на вход триггера 13 и второйвход триггера 17, При этом триггеры13 и 17 переключатся так, что на выходе первого из них будет напряжение26 логической "1", а на выходе второго - логического 0, В результатенапряжение 27 источника питания поступит на преобразователь 2,Следующий импульс 28 тактового генератора 18 пройдет через первый элемент И 12 и переключит триггер 13 висходное состояние, т.е. на его выходе будет напряжение логического "0",В результате закончится формированиедвухступенчатого импульса, При подачепервой ступени 23 этого импульса (напряжением Б,) на пьезоэлектрическийпреобразователь 2 последний излучаетв контролируемый материал экспоненциально затухающие синусоидальные колебания 29. Через время, равное Т/2) двухступенчатого импульса с вы 2хода генератора 1 возбуждающих импульсов, При этом пьезоэлектрическийпреобразователь 2 излучает в контролируемый материал синусоидальные колебания 30, аналогичные колебаниям29, но сдвинутые относительно их наполовину периода (Т/2). За счет сдвига фаз при сложении сигналов на приемном преобразователе 3 выделится 35только первая полуволна 21 излученных колебаний. Таким образом, благодаря возбуждению преобразователя 2 двухступенча тым электрическим импульсом в контролируемый материал излучается короткий акустический импульс 31, что и обеспечивает минимальную мертвую зону контроля, 45В то же время база контроля коротким излучаемым импульсом (иэ-за малой его мощности) незначительна, Если на этой базе имеется дефект, то сигнал, отразившись от него, поступит на приемный преобразователь 3, усилится усилителем 4, после чего поступит на вход времяизмерительного блока 5. В результате времяизмерительный блок 5 прекратит отсчет времени, начатый по 55 команде импульса 20 синхронизации, прошедшего предварительно через блок 8 задержки (блок 8 задержки компенсирует задержку сигнала, вносимую электронно-акустическим трактом непосредственно прибора),Таким образом, индикатор 6 зафиксирует время С прохождения сигнала от излучающего преобразователя 2 до дефекта и от дефекта к приемному преобразователю 3. Времяи является информативным параметром контроля. Через некоторое время, необходимое для считывания показаний индикатора 6 с времяизмерительного блока 5, подается импульс на первый счетчик 9, который устанавливается в исходное нулевое.,состояние, и весь процесс поиска дефекта повторяется.1Известно, что для достижения максимальной мощности излучения на пьезопреобразователь необходимо податьрадиоимпульс длительностью Я периодовТ его рабочей частоты Ггдедобротность преобразователя, Максимальная добротность реально используемых в практике контроля преобразователей обычно не превышает пятнадцати, Возбуждение преобразователейне синусоидальными, а прямоугольнымиимпульсами длительностью Т/2 технически реализуется проще, а проигрыш поизлучаемой мощности (по сравнению ссинусоидальным сигналом) не превышает нескольких процентов,Если на базе, которая может бытьпроконтролирована коротким импульсом, дефекты отсутствуют, то в материал будет излучен сигнал большеймощности, состоящий из двух, следующих с периодом Т, импульсов, Если ипри излучении двух импульсов дефектне будет обнаружен, произойдет излучение трех импульсов и т.д, до пятнадцати,Процесс формирования возбуждающего сигнала, состоящего из двух,трех и т,д., до пятнадцати импульсов,происходит следующим образом, Одновременно с окончанием формированиягенератором 1 возбуждающего двухступенчатого импульса, по спаду напряжения 26 на выходе триггера 13 второйсчетчик 14 сменит свое состояние на единицу, В результате на выходах первого и второго счетчиков 9 и 14 будет одинаковая кодовая комбинация 1000,при этом напряжение логического "0"с элемента 10 поступит на третий входпервого элемента И 12 и дальнейшеепрохождение импульсов тактового генератора 18 на выход первого элементаИ 12 прекратится до гтрихода следующего импульса 3 синхронизации.Импульс 32 синхронизации изменит состояние первого счетчика 9 на единицу 1 В результате на его выходе будет кодовая комбинация 0000. Этот же импульс осуществит сброс второго счетчика 14 в исходное состояние, которому соответствует кодовая комбинация 0000, Так как кодовые комбина ции на первых четырех и вторых четырех входах элемента И-НЕ 11 разные, то на его выходе имеем напряжение 33 логической " 1". Это напряжение поступает на третий вход первого элемента 15 схемы И 12, импульс 34 генератора 18 проходит через первый элемент И 12 и.переключает триггер 13, В результате на его выходе будет напряжение 35 логической "1", которое поступает 20 на вход генератора 1 возбуждающих импульсов. При этом напряжение 36 (Н) источника питания поступает на нагрузку.С приходом следующего импульса 37 генератора 18 синхронный триггер 13 возвращается в исходное состояние. Одновременно спадом импульса 35 с выхода триггера 13 второй счетчик 14 ,изменяет свое состояние на единицу ЗО и на его выходе будет кодовая комбинация 1000. Импульсы 38 и 39 генератора 18, пройдя через первый элемент И 12, снова сформируют на выходе триггера 13 импульс 40 и соответственно импульс 4 1 на сопротивлении генератора 1 возбуждающих импульсов. Таким образом, генератором 1 возбуждающих импульсов будут сформированы два импульса Зб и 41, поступающие с периодом Т на излучающий преобразователь 2,Спадом импульса 40 с выхоца триггера 13 второй счетчик 14 изменит 45свое состояние на единицу и на еговыходе будет кодовая комбинация 0100,такая же, как и у первого счетчика 9.Поэтому с выхода элемента И-НЕ 11 натретий вход элемента И 12 поступает 50напряжение логического "0". и дальнейшее прохождение импульсов генератора18 на выход элемента И 12 прекратитсядо следующего импульса 42 синхронизации, 55С приходом импульса 42 синхронизации весь процесс повторяется и навыходе генератора 1 возбуждающих импульсов будет сформировано три импульса 43-45 (поступающих с периодом Т на излучающий пьеэопреобразователь 2), затем четыре и т.д, до пятнадцати,При этом глубина (база) контроля все время последовательно увеличивается, благодаря увеличению мощности излучения, Если в материале в преде - лах контролируемой глубины находится дефект, то отраженный от него сигнал остановит счет времяизмерительного блока 5 и вернет устройство в исходное состояниеТаким образом, предлагаемое устройство автоматически обеспечивает максимальную дальность и минимальную мертвую зону контроля, что, в свою очередь, обеспечивает повышение производительности и уменьшает по сравнению с известным устройством вероятность пропуска дефектов, лежащих в непосредственной близости от преобразователя или на большом расстоянии от него.При контроле крупноструктурных материалов с большими базами и высоким затуханием ультразвуковых колебаний (например, блоков облицовочного камня) применение предлагаемого устройства позволяет перейти от теневого (используемого в настоящее/время) метода контроля к эхо-методу.Формула изобретенияУльтразвуковое устройство для контроля качества материалов, содержащее генератор возбуждающих импульсов, подключенный к излучающему преобразователю, последовательно соединенные приемный преобразователь, усилитель, времяизмерительный блок и индикатор, синхронизатор, соединенный через блок задержки с вторым входом времяизмерительного блока и тактовый генератор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено последовательно соединенными первым счетчиком, элементом ИЛИ, инвертором, первым элементом И и первым триггером, выход которого подключен к первому входу генератора возбуждающих импульсов, последовательно соединенными вторым счетчиком, элементом И-НЕ, вторые входы которого связаны с выходами первого счетчика, вторым элементом И, второй вход которого подключен к выСоставитель Л.КондрыкинскаяТехред И.Кадар Корректор А,Зимо Редактор А.Шандор Заказ 609/ ираж 777 ственного обретений -35, Рауш одписно комитета СССи открытийкая наб. ВНИИПИ Госуда по делам и 113035, Москва, изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 7 1 ходу элемента ИЛИ, и вторым триггером, выход которого связан с вторым входом генератора возбуждающих импульсов и со счетным входом второго счетчика, выход второго элемента И соединен с вторым входом первого 295236 8триггера, выход синхронизатора подключен к второму входу первого элемента И, к счетному входу первого счетчика и входу "Сброс" второго счетчика, а тактовый генератор связан с третьими входами элементов И,