Устройство для обнаружения трещин в материале

ZIP архив

Текст

)5 6 01 й 29/20 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР БРЕТ ИЕ ОП ВТОРСКОМУ СВИДЕТ ТВ аники АНргиенко, Митьковеской ме.Н.С х, В. рибор СБ 2 М.ыставки "Маркборудование" ро ейЯ ОБНАРУЖЕНЕ Изобретение относится к горномуделу менения давления в шпуре в течение неко- . и предназначено для обнаружения трещин торого интервала времени значительно в породном массиве. большего, чем сам процесс измерений, аИзвестно устройство для определения также ограниченная область применения, трещиноватости горных пород, содержащее. предполагающая наличие в массиве шпуров корпус, выполненный в виде полой трубы с определенного диаметра,дном, на конце которой жестко закреплены . Известен ультразвуковой прибор, соодни концы герметизаторов, подводящие; держащий генератор электрических имшланги, телескопическую перфорирован- пульсов, соединенный с ним излучающий ную обойму и фиксатор, ограничивающий ультразвуковой преобразователь, прием- величину раздвижки обоймы, а другие кон- ный ультразвуковой преобразователь, концы герметизаторов установлены.на корпусе структивно соединенный с излучающим с возможностью продольного перемеще- звукопоглощающим элементом, а электриния, причем фиксатор и обойма размещены чески - с входом блока определения уровня на корпусе и оперты на герметизаторы; при .сигнала, выход которого соединен с регистэтом в средней части корпуса выполнейы ратором,атакжедосылочные штанги,маноотверстия. метр, ручной насос, воздухопроводныйНедостатками известного устройства шланг и соединительный кабель.являются низкая производительность, вЫ- Недостатком прототипа является низзванная необходимостью фиксировать из- кая достоверность при контроле плотно со(21) 4789941/28(56) Ультразвуковой пспект международной вдерские приборы и оВ нешторгиздат, 1988.(57) Изобретение .относится к средствам контроля сплошности породного массива и блоков непосредственно на месте их добы 5 чи путем ультразвуковой дефектоскопии. Цель изобретения - повышение достоверности за счет независимости показаний от качества акустического контакта преобразователей с исследуемой средой. Поочередно излучают пачки импульсов излучающими ультразвуковыми преобразователями. Два приемных ультразвуковых преобразователя принимают сигнал; Если между ними имеется трещина, то амплитуды сигналов на них будут различными, если же нет, то сигналы одинаковы. Отношения амплитуд подают на регистратор, 3 ил.5 10 15 20 30 40 45 50 мкнутых трещин, вызванная тем, что изменение амплитуды сигнала при переходе через такую трещину того же порядка, что и разброс показаний вследствие нестабильности акустического контакта преобразователей с массивом. Вследствие шероховатости поверхности массива даже стабилизация усилия прижима преобразователей не позволяет получить постоянства их акустического контакта с исследуемой средой,Цель изобретения - повышение достоверности контроля путем устранения зависимости показаний от качества акустического контакта преобразователей с материалом.Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее генератор импуль,сов, первый излучающий ультразвуковой преобразователь, последовательно соеди. ненные первый приемный ультразвуковой преобразователь и блок определения уровня сигнала и регистратор, снабжено последовательно соединенными тактовым генератором, первым триггером, вторым триггером, первой схемой совпадения, первым ключом, первым интегратором и пер-. вым блоком измерения отношения напряжений, выход которого связан с регистратором, последовательно соединенными второй схемой совпадения, первый вход которой связан с инверсным выходом второо триггера, вторым ключом и вторым интегратором, выход которого подключен к второму входу первого блока измерения отношения напряжений, третьим ключом, подключенным информационным входом к генератору импульсов и выходом - к излучающему ультразвуковому преобразователю,последовательно соединенными четвертым ключом, информационный вход которого связан с выходом генератора импульсов и вторым излучающим ультразвуковым преобразователем,последовательносоединенными вторыми приемным ультразвуковым преобразователем, блоком определения уровня сигнала и блоком измерения отношения напряжений, второй вход которого подключен к выходу первого блока определения уровня сигнала, а выход- к информационным входам первого и второго ключей, и соединяющим приемные ультразвуковые преобразователи звукоизоляционным элементом, Инверсный выход второго триггера соединен с управляющим входом четвертого ключа, Прямой выход второго триггера подключен к управляющему входу третьего ключа, а инверсный выход первоготриггера связан с вторыми входами схем совпадения. Нв Фиг.1 представлено конструктивное выполнение устройства в варианте для контралл поверхности блоков и обнажений массива горных пород; на фиг.2- электрическая блок-схема устройства; на фиг.З - временные диаграммы работы устройства.Приемные ультразвуковые преобразователи 1 и 2 конструктивно соединены звукоизолирующим элементом 3 и снабжены выступающими концами для обеспечения акустического контакта с породным массивом. Для удобства при профилировании звукоиэолирующий элемент 3 соединен с рукояткой 4. Излучающие ультразвуковые преобразователи 5 и 6 закрепляют на противоположных концах профиля к поверхности массива, например, с помощью быстротвердеющих растворов, Все преобразователи при помощи кабелей 7 соединены с измерительной частью устройства, находящейся в корпусе 8.Тактовый генератор 9 соединен своим выходом с тактовым входом триггера 10. Его прямой выход соединен с тактовым входом триггера 11. Входы схемы 12 совпадений соединены с инверсным выходом триггера 10 и прямым выходом триггера 11, а входы схемы 13 совпадения - с инверсными выхо-. дами триггеров 10 и 11.Генератор 14 электрических импульсов выполнен, например, в виде генератора меандра с частотой, равной рабочей частоте ультразвуковых преобразователей, Выход генератора 14 через ключи 15 и 16 соединен с излучающими ультразвуковыми преобразователями 5 и 6 соответственно, Управляющие входы ключей 15 и 16 соединены с прямым и инверсным выходами триггера 11 соответственно. Выходы приемных ультразвуковых преобразователей 1 и 2 соединены с входами блоков 17 и 18 определения уровня сигнала соответственно.Входы блока 19 измерения отношения напряжений соединены с выходами блоков 17 и 18, а выход через ключи 20 и 21 - с интеграторами 22 и 23 соответственно. Управляющие входы ключей 20 и 21 соединены с выходами схем 12 и 13 совпадения соответственно. Блок 24 измерения отношения напряжений соединен своими входами с выходами интеграторов 22 и 23, а выходом - с регистратором 25, выполненным, например, в виде линейки светодиодов.Работа устройства происходит следующим образом,Тактовый генератор 9 генерирует импульсы большой скважности фиг.За), На прямом и инверсном выходах триггера 10 получают меандр с частотой в два раза меньше (фиг.Зб и Зв соответственно). Триг1716431 5гер 11 понижает частоту меандра еще в два раза (фиг.Зг и Зд показывают диаграммы . напряжений на его прямом и инверснОтм выходах соответственно; на фиг.Зе преД- ставлена диаграмма напряжений на выходе схемы 12 совпадений, а на фиг,Зж - на выходе схемы 13 совпадений. С выхода гене- ратора 14 электрических импульсов колебания в виде меандра (фиг.Зэ) пооче 1шению установившихся уровней сигналовна выходах приемных ультразвуковых преобразователей,В момент времени Т/2 произойдет переключение излучающих преобразователей, Работающим станет преобразователь6. Отношение уровней сигналов на выходахприемных. преобразователей 1 и 2 изменится на обратное; Импульсный сигнал, полученный в интервале времени ЗТ/4-Т навыходе ключа 21, будет иметь вид, представленный на фиг.Зм. Очевидно, что среднийуровень сигнала на выходе интегратора 23будет значительно ниже уровня нз выходеинтегратора 22. Поэтому регистратор; соединенный с вйходом блока 24, измеряющего отношение уровйей напряжений навыходах интеграторов 22 и 23, зафиксируетзначение значительно больше единицы.В случае отсутствия трещины отношения уровней напряжения на выходах приемных ультразвуковых преобразователейбудут близкими к единице при любом изработающих излучающих преобразователей, так как затуханием ультразвука на баземежду приемными преобразователямиможно пренебречь. Результат на выходеблока 24, фиксируемый регистратором 25,также будет близким к единице.Стабильность акустического контакта смассивом для всех четырех преобразователей должна выдерживаться лишь в течениеинтервала времени, равном продолжительности измерений на одном шаге профиля,т,е. в течение нескольких секунд.Предположим, что в какой-либо точкепрофиля регистратор зафиксировал определенную величину отношения напряженийна выходах интеграторов 22 и 23. Если произвести повторный замер в этой же точке,то очевидно, что акустический контакт каждого из приемных преобразователей будет. другим, чем в предыдущем случае. Уровеньсигнала и их отношение при одном из работающих излучающих преобразователей также будут другими. Но поскольку приприходе сигнала от другого излучающегопреобразователя коэффициент передачикаждого приемного преобразователя изменится во столько же раэ по отношениюпредыдущему измерению, то отношение отношений уровней сигналов на.выходах приемных преобразователей.при переменеизлучающих преобразователей останетсявеличиной неизменной и зависящей толькоот состояния массива на базе между приемными и реобразователями.Положительный эффект. изобретения поавнению с прототипом заключается веспечении независимости показаний устредно через ключи 15 и 16 поступают на 10 излучающие ультразвуковые преобразователи 5 и 6.Условимся началом цикла, продолжительностью Т, считать. передний фронт им-. пульса на прямом входе триггера 11 В 15 первой половине цикла длительностью Т/2 открыт ключ 15 и соответственно излучается пакет колебаний преобразователем 5, котФ. рый принимается приемными ультразвуковыми преобразователями 1 и 2. Каждый 20 волновой пакет состоит из нескольких сотен колебаний. Период колебаний соизмерим с временем распространения упругих волн по профилю, поэтому временем запаздывания прихода пакета колебаний к приемным пре- . 25 обраэователям по отношению к началу цикла можно пренебречь. Резонансные свойства преобразователей приводят к.тому, что форма колебаний на выходе прием 30 ных преобразователей близка:к гармонической. Наличие резонансных свойств у преобразователей приводит к возникновению переходных процессов в начале формирования пакета импульсов и поСле его окончания, длительность которых уже 35 необходимо учитывать. Если между приемными ультразвуковыми преобразователями расположена трещина, как показано на фиг.1, то амплитуда колебаний на.выходе одного преобразователя будет существенно больше, чем на выходе другого. Вид сигналов на выходе преобразователей 1 и 2 представлен диаграммами напряжений в интервале 0-Т/2 на фиг.Зи и Зк соответственно. В блоках 17 и 18 определения уровня сигнала происходит усиление и детектирование сигналов. В блоке 19 в каждыймомент времени.определяется отношение уровня сигнала,: полученного на выходе блока 17 к уровню сигнала на выходе блока 18, В интервале времени О-Т/4 вследствие переходных процессов отношение сигналов нестабильно и в интервале Т/4-Т/2 его можно считать по 50 стояннцм, Поэтому импульсы на выходе.55 ключа 20, отпираемого в интервале Т/4- Т/2, имеют форму, представленную на фиг.Зл. Уровень постоянного напряжения на выходе интегратора 22 пропорционален ср амплитуде Сигналов и. слвдоввтельно, отио. об слройства от качества акустического контакта преобразователей с массивом.Формула изобретения Устройство для обнаружения трещин вматериале, содержащее генератор импульсов, первый излучающий ультразвуковой преобразователь, последовательно соединенные первые приемный ультразвуковой преобразователь и блок определения уровня сигнала и регистратор, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения достоверности, оно снабжено последовательно соединенными тактовым генератором, первым триггером, вторым триггером, первой схемой совпадения, первым ключом, первым интегратором и первым блоком измерения отношения напряжений, выход которого связан с регистратором, последовательно соединенными второй схемой совпадения, первый вход которой связан с инверсным , выходом второго триггера, вторым ключом и вторым интегратором; выход которого подключен к второму входу первого блока измерения отношения напряжений, третьим ключом, подключенным информациоь ным входом к генератору импульсов и выхе дом - к излучающему ультразвуковое, преобразователю, последовательно соедин 5 ненными четвертым ключом, информациоц;ный вход которого связан с выходо генератора импульсов, и вторым излучае".щим ультразвуковым преобразователем; последовательно соединенными вторымц 10 приемным ультразвуковым, преобразователем, блоком определения уровня сигнала и блоком измерения отношения напряжений, второй вход которого подключен. к выходу первого блока определения уровня сигнала, 15 а выход- к информационным входам первого и второго ключей, и соединяющим приемные ультразвуковые преобразователи звукоизоляционным элементом, инверсный выход второго триггера соединен с управля ющим входом четвертого ключа, прямой выход второго триггера подключен к управляющему входу третьего ключа, а инверсный выход первого триггера связан с вторыми входами схем совпадения.Тираж И Государственного комитета по изо 113035, Москва, Ж"35, РПодписноетениям и открытиям при ГКНТ СССР кая наб., 4 Л

Смотреть

Заявка

4789941, 07.02.1990

ИНСТИТУТ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ АН УССР

УСАЧЕНКО БОРИС МИРОНОВИЧ, СЕРГИЕНКО ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ, СКИПОЧКА СЕРГЕЙ ИВАНОВИЧ, ГЛУХИХ ВАЛЕРИЙ АНДРЕЕВИЧ, МИТЬКОВСКИЙ ВИКТОР ТИМОФЕЕВИЧ, ГУБЕРТ ВИКТОР АЛЬБЕРТОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01N 29/20

Метки: материале, обнаружения, трещин

Опубликовано: 28.02.1992

Код ссылки

<a href="https://patents.su/5-1716431-ustrojjstvo-dlya-obnaruzheniya-treshhin-v-materiale.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для обнаружения трещин в материале</a>

Похожие патенты