Ультразвуковой дефектоскоп

(я)5 0 01 й 29/04 1 л . 1 Е БРЕТ фиг. 1 ГОСУДАРСТВЕ)НэЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРЛВ 989470, кл, 6 01 й 29/04, 1983,Авторское свидетельство СССРМ 1357839, кл, 6 01 й 29/04, 1987.(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОП (57) Изобретение относится к неразрушающим импытаниям ультразвуковым методам и может быть использовано для контроля материалов и изделий в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение достоверности измерений за счет увеличения помехоустойчивости и обеспечения линейности амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта. В устройство. содержащее синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, преобразователь 3, усилитель 4, блок 5 задержки, аналоговый перемножитель 6 и регистратор 7, введены трансверсальные фильтры 8 и 9 и амплитудный ограничитель 10. Формирование входных сигналов для аналогового перемножителя 6 с помощью трансверсальных фильтров 8, 9, согласованных соответственно с ожидаемым полезным сигналом и клиппированным полезным сигналом, приводит к дополнительному подавлению сигналов помех, отличающийся от полезного сигнала по частоте, и устраняет влияние на выходной сигнал аналогового перемножителя искажений отдельных полупериодов полезного сигнала импульсными помехами, Опорным сигналом при синхронном детектировании является ограниченный (клипированный) сигнал, и амплитуда импульсов на выходе аналогового перемнажителя 6 линейно зависит от ампалитуды ультразвуковых импульсов, что позволяет использовать амплитуду импульсов на выходе аналогового перемножителя 6 в качестве информативной характеристики, соответствующей параметрам дефекта в контролируемом иэделии. 2 ил, 163512551015 20 25 ЗС 35 40 45 50 55 Изобретение относится к неразрушающим испытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано для контроля материалов и иэделий в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение достоверности измерений за счет увеличения помехоустойчивости и обеспечения линейности амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта,На фиг. 1 изображена функциональная схема ультразвукового дефектоскопа; на фиг, 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие его работу,Ультразвуковой дефектоскоп содержит синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, преобразователь 3, усилитель 4, блок 5 задержки, аналоговый перемножитель 6, регистратор 7, трансверсальные фильтры 8 и 9 и амплитудный ограничитель 10. Каждый иэ трансверсальных фильтров 8 и 9 содержит многоотводную линию 11 задержки, вход которой является входом фильтра, и аналоговый сумматор 12, выход которого является выходом фильтра. Выходы многоотводной линии 11 задержки подключены к соответствующим входам аналогового сумматора 12,Выход синхронизатора 1 подкл)очен к одному входу регистратора 7 и к последовательно соединенным генеоатору 2 зондирующих импульсов, преобразователю 3 и усилителю 4, выходом подключенным к входам первого трансверсального фильтра 8 и амплитудного ограничителя 10, выход которого соединен с последовательно соединен ными вторым трансверсальным фильтром 9 и блоком 5 задержки, к соединенным с вторым входом ана.гового перемножителя 6, Аналоговый перемножитель 6 подключен вторым входом к выходу первого трансверсального фильтра 8, а выходом - к второму входу регистр"-.ора 7,На фиг, 2 приняты следующие обозначения;13 - сигнал на выходе усилителя 4; 14 - сигнал ожидаемой формы (т,е, неискаженный воздействием помех) на выходе усилителя 4; 15-сигнал на выходе трансельного фильтра 8; 16 - сигнал на выходе амплитудного ограничителя 10; 17 - сигнал на выходе трансверсального фильтра 9; 18 - сигнал на выходе аналогового перемножителя 6.Ультразвуковой дефектоскоп работает следующим образом,Синхроимпульсы, формируемые синхронизатором 1(сигнал 14 на фиг. 2), запускают генератор 2 зондирующих импульсов с моночастотным заполнением, Возбуждаемые генератором 2 импульсы преобразуются преобразователем 3 в ультразвуковые колебания, которые вводятся в контролируемое иэделие (не показано).Отраженные от дефекта или граничной поверхности изделия ультразвуковые колебания преобразуются в электрический сигнал, представляющий собой импульс (сигнал 13 на фиг, 2) с моночастотным заполнением (его форма может быть искажена воздействием помех). Эти импульсы усиливаются усилителем 4 и поступают на вход трансверсального фильтра 8 и на вход амплитудного ограничителя 10.На выходе трансверсального фильтра 8 формируется электрический сигнал, текущее значение у(т) которого в момент времени 1 следующим образом связано с сигналом х(т) на его входе; т =1где й - количество отводов линии 11 задержки трансверсального фильтра 8,7 - время задержки на участке между соседними отводами линии 11 задержки;Ьр - коэффициент, на который умножается задержанный на время ю Лг сигнал на отводе с номером 1 при формировании на выходе алгебраической линейной комбинации задержанных значений входного сигнала.Коэффициенты Ьр выбираются для грансверсального фильтра 8 пропорциональными тем значениям хф- и Лт) сигнала ожидаемой формы, т,е. неискаженного воздействием помех сигнала хо(т), принятого ( сигнал 14 на фиг, 2)эа стандартную реализацию (" шаблон" ), которые появились бы на отводах линии 11 задержки с номерами ю от 1 до М в тот момент времени то, при котором начало сигнала ожидаемой формы достигает последнего отвода линии 11 задержки,Такой выбор коэффициентов Ьр обеспечивает в предельном случае при Й -ф со и Л 1 -+О построение линейного фильтра, производящего оптимальную фильтрацию (в смысле максимизации отношения сигнал/помеха),Действительно, импульсная характеристика трансверсального фильтра 8 имеет вид йд (С) =. Ью д( - 1 Лт), (2)ч =1где д ( ( )4 - функция Дира ка,При Лти М -ф,оимпульсная характеристика трансверсального фильтра 8 примет вид=К хо(то т)ЛРгде К - коэффициент пропорциональностиМЕЖДУ ЗНаЧЕНИЯМИ СИГНаЛа Хо(т) И КозффИЦИентами Ьр;Т - полное время задержки сигнала влинии 11 задержки трансверсального фильтра 8.Импульсная характеристика, Описываемая выражением (3), является импульснойхарактеристикой оптимального фильтра.Существенным свойством трансверсалноо фильтра 8 является то, что положительные максимальные значениянапряжения в импульсе на выходе этогофильтра (сигнал 15 на фиг. 2) достигаютсяпри синфазном наложении входною сигнала (сигнал 13 на фиг, 2) проходящего черезлинию задержки фильтра, на кривую(сигнал14 на фиг. 2), экстраполирующую значенияЬу, а максимальные отрицательные значения - при противофазном наложении входного сигнала на эту кривую, так как на фазувыходного сигнала трансверсального фильтра 8 оказывают влияние фазы колебанийсразу в нескольких периодах входного импульса, то фаза колебаний на выходе этого 30фильтра не нарушается искажениями отдельных полупериодов колебаний в еговходном сигнале,Этим свойством отпределяется повышение эффективности операции синхронногодетектирования, выполняемой аналоговымперемножителем б над выходным сигналомтрансверсального фильтра 8 (сигнал 15 нафиг. 2).Импульс, формируемый на выходе 40трансверсального фильтра 8, поступает надругой вход аналогового перемножителя б,на один вход которого поступает опорныйсигнал для синхронного детектирования,формируемый из выходного импульса усилителя 4 (сигнал 13 на фиг, 2) цепью изпоследовательнО соединенных амплитудного ограничителя 10, трансверсального фильтра 9 и линии задержки.При этом на выходе амплитудного ограничителя 10 входной импульс (сигнал 13 нафиг. 2) преобразуется в последовательностьпрямоугольных импульсов (сигнал 16 нафиг. 2), которая поступает на вход трансверсального фильтра 9, выполненного констуктивно также как и первый трансверсальныйфильтр 8, но согласованный с сигналом(" шаблоном" ) в виде последовательностипрямоугольных импульсов, соответствующих ограниченному сигналу хо(т). При этом, импульсная характеристика трансверсального фильтра 9 должна иметь видй91 ( 1 ) =здп ( ЬР )д ( е - РЬ г ), (4)ч=1где Ь - коэффициенты, определенные в вы. ражении (1);3 дп ( Ьр ) - обозначает знак последую щего выражения,На выходе трансверсального фильтра 9 формируется последовательность треугол ьных колебаний (сигнал 17 на фиг. 2), причем короткие прямоугольные импульсы в сигнале 16 на выходе амлитудного ограничителя 10, вызванные дополнительными пересечениями нулевого уровня в сигнале 13 на выходе амплитудного ограничителя 10, не искажают формы треугольных колебаний сигнала 17 на выходе трансверсального фильтра 9 вследствие равномерного распределения их энергии по всему интервалу Т времени задержки трансверсального фильтра 9.Импульсные характеристики трансверсального фильтра 8 и трансверсального фильтра 9, описываемые выражениями (2) и (4), совпадают по знаку, поэтому треугольные колебания сигнала 17 совпадают по фазе с синусоидальными колебаниями сигнала 15 на выходе трансверсального фильтра 8,Последовательность треугольных колебаний сигнала 17, формируемая трансверсальным фильтром 9, задерживается блоком 5 задержки на время, кратное половине периода То ультразвуковых колебаний, и поступает на один вход аналогового пере- множителя б. Таким образом, сигналы на входах аналогового перемножителя 6 будут либо строго в фазе (при четной кратности), либо в противофазе (при нечетной кратности), в результате чего на выходе аналогового перемножителя 6 вырабатывается однополярное напряжение (сигнал 18 на фиг. 2), представляющее собой колебания удвоенной относительно входного сигнала частоты, Задержка сигнала на одном входе аналогового перемножителя 6 с помощью блока 5 задержки приводит к тому, что на выходе аналогового перемножителя б подавляются импульсы помех, отличающиеся от полезных сигналов по частоте.Ампилитуда сигнала (сигнал 18 на фиг, 2), формируемого на выходе аналогового перемножителя б, линейно зависит от амплитуды 13 на выходе усилителя 4 вследствие ограничения радиоимпульса 13. преобразования его в последовательность импульсов 16 прямоугольной формы и формирования из этой последовательности опорного сиг 1635125нала 17 для синхронного детектирования. При этом амплитуда опорного сигнала 17 на одном входе аналогового перемножителя 6 не зависит от амплитуды импульса 13 на выходе амплитудного ограничителя 10, в результате чего амплитудная характеристика аналогового перемножителя 6 по второму входу становится линейной.С выхода аналогового перемножителя 6 сигнал 18 поступает на вход регистратора 7, который служит для селекции сигналов по времени и по амплитуде и осуществляет фиксацию сигналов, соответствующих дефектам. При этом синхроимпульсы с выхода синхронизатора 1 пОступают на один из входов регистратора 7 и используются как начало отсчета времени. Воэможность селекции по амплитуде сигналов на выходе аналогового перемножителя 6 обеспечивается линейностью амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта.Формирование входных сигналов для аналогового перемножителя 6 с помощью трансверсальных фильтров 8 и 9, согласованных соответственно с ожидаемым полезным сигналом и клипированным полезным сигналом, приводит к дополнительному подавлению сигналов помех, отличающихся от полезного сигнала по частоте, кроме того, в силу отмеченных выше свойств трансверсальных фильтров, утсраняется влияние на выходной сигнал аналогового перемиожителя искажений отдельный полупериодов полезного сигнала импульсными помехами Опорным сигналом для синхронного детектирования является ограниченный (клипированный) сигнал, в результате чего амплитуда импульсов на выходе аналогово 5 10 15 20 25 30 35 го перемножителя 6 линейно зависит от амплитудны ультразвуковых импульсов, что позволяет использовать амплитуду импульсов на выходе аналогового перемножителя 6 в качестве информативной характеристики, соответствующей характеристикам дефекта в контролируемом изделии.Использование предлагаемого дефек" тоскопа (по сравнению с известными) повышает достоверность измерений за счет увеличения помехоустойчивости и обеспечения линейности амплитудной характеристики высокочастотного приемного тракта,Формула изобретения Ультразвуковой дефектоскон, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератдр зондирующих импульсов, преобразователь и усилитель, аналоговый перемножитель, регистратор и блок задержки, выход которого соединен с входом аналогового перемножителя, выходом подключенного к входу регистратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности измерений, он снабжен двумя трансверсальными фильтрами и амплитудным ограничителем, входом соединенным с выходом усилителя, подключенного к входу первого трансверсального фильтра, выход которого соединен с вторым входом аналогового перемножителя, выход амплитудного ограничителя соединен с входом второго трансверсального фильтра, подключенного к входу блока задержки, а второй вход регистратора соединен с выходом синхронизатора,оставитель В.Костюхинехред М.Моргентал Корректор С.Чер Тираж 396 ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5