Устройство для измерения времени распространения ультразвука в материале

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 1) 51)5 С 01 И 29/04 ИСАНИ РЕ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нал далблоке,менной нен с излучателем 3 ультразвуковых колебаний, акустически связанным через контролируемый материал 4 с приемником 5 ультразвуковых колебаний. Выход приемника 5 соединен с входом блока 6 коррекции искажений сигнала, выход которого соединен с входом усилителя 7, Выход усилителя 7 соединен с входом порогового блока 8, выход которого подключен к входу формирователя 9 временных интервалов, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора 1, Выход Формирователя 9 временных интервалов соединен с входом преобраз вателя 10 временных интервалов в цифровон код 9 Выход которОго подклю чен к индикатору 11.Блок 6 коррекции (фиг,2) содержи делитель 12 напряжения и дифферензобре стэв неразруш ковым ме ль- ничес овано для их характ ма ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследовательский институт строительных конструкций Гос, строя СССР(56) Авторское свидетельство СССР К 1233041, кл. С 01 Ю 29/04, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕН РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА В МАТЕРИ ЛЕ(57) Изобретение относится к неразру шающему испытанию ультразвуковым методом материалов и может быть исполь зовано для контроля физико-механичес ие относится к сблщих испытаний ультр м и может бытьисп онтроля физико-мех истик строительных риалов,Цель изобретения - повъппение точности измерения эа счет компенсацииискажений формы сигнала в целом,На фиг.1 изображена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг,2 -схема блока коррекции; на фиг.3 -принципиальная схема блока коррекции; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство для измерения времени распространения ультразвука содержит синхронизатор 1, выход которогосоединен с генератором 2 зондирующихимпульсов. Выход генератора 2 соеди 2ких характеристик. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет компенсации искажений Формы сигнала в в целом, не только по крутизне фронта, Прошедший материал сигнал искажается за счЕт потери высокочастотной составляющей. Часть приемного сигнала проходит через делитель напряхения ипоступает на первый вход сумматора, на второй вход которого поступает продифференцированный приемный сигнал. На выходе блока коррекции получается сигнал, близкий по Форме к излученному сигналу, Этот сигее обрабатывается в пороговом и формируется измеряемый вреинтервал. 1 з,п. Ф-лы, 4 ил, 1559282цирующий блок 13, входы которых соединены с выходом приемника 5, Выход делителя 12 подключен к первому входу сумматора 14, выход дифференцирующего блока 13 - к второму входу сумматора 14, а выход сумматора 14 соединен с входом усилителя 7В блоке 6 коррекции в качестве делителя напряжения использованы после О довательно соединенные конденсаторы С и. С выход делителя 12 напряжения (точки 1, 2) одновременно являет ся первым входом сумматора 14, В качестве дифференцирующего блока 13 нс пользованы последовательно соединенные конденсаторы С, С и резистор К,. с переменным сопротивлением, выход дифференцирующего устройства 13 (точки 2, 3) одновременно является вторым входом сумматора 14, В качестве сумматора 14 использованы последовательно соединенные конденсатор С и резистор К, выходное напряжение сумматора 14 (между точками 1-3) являет ся суммой выходных напряжений делителя 12 и дифференцирующего блока 13.Устройство работает следующим образом.Синхронизатор 1 вырабатывает пери одически следующие импульсы для запуска генератора 2 импульсов, а также импульсы, определяющие момент излучения импульсов в контролируемый мате" риал 4, Электрические импульсы с выхода генератора 2 преобразуются излу- . чателем 3 в импульсы ультразвука (УЗК), излучаемые в контролируемый материал 4. Прошедшие через материал 4 импульсы УЗК преобразуются приеини ком 5 в электрические и через блок 6 коррекции поступают на усилитель 7, обеспечивающий приведение амплитуды первого полупериода принятых импульсов УЗК к нормированному уровню Пц на входе порогового блока 8, Пороговый блок. 8 срабатывает на пороговом уровне 0 первого полупериода принятых импульсов УЗК и формирует импульс ко-торый своим передним фронтом определяет момент приема импульсов УЗК. Этот импульс и импульс с выхода синхронизатора 1, определяющий момент излучения импульсов УЗК, поступают на Формирователь 9 временных интервалов, который формирует импульс, длитель 55 ность которого равна временному интервалу между моментами излучения и приема импульсов УЗК. Длительность импульса с выхода формирователя пре-.образуется. в цифровой код преобразователем 10 и отсчитывается индикатором 11,Коррекция результатов измеренияпроизводится следующим образом, Устанавливают,исходное значение переменного сопротивления К, равное нулю.Затеи величину К постепенно увеличивают, при этом результат (измеренноевремя распространения), наблюдаемыйна индикаторе 11, уменьшается и призначении К =К достигает минималь- .оного значения, которое остается неизменным при увеличении К(до значения К - 2 К 0)При дальнейшем увеличении К результат начинает увеличиваться и впределе при К-состановится равнымисходному значению Т (при К=О). Установление на устройстве индикацииминимального результата является признаком того, что в результате коррекции осуществлена полная компенсацияпогрешности, обусловленная затуханиемв контролируемом материале.Общий принцип коррекции, осуществляемый в предлагаемом устройстве,объясняется следующим образом. Из-эачастотной зависимости затухания вконтролируемом материале 4 1 возрастание затухания с частотой) материалвоздействует на Форму ультразвуковогосигнала, как низкочастотный (НЧ)фильтр, Поэтому при отсутствии коррекции в спектре принятого импульса з(фиг.4) уменьшается доля высокочастотных (ВЧ) составляющих по сравнению ссо спектром принятого импульса зпри отсутствии затухания, В реэуль"тате Фронт импульса Л (1) затягивается по сравнению с фронтом импульса3 И) (фиг,4), и момент пересеченияфйксированного относительного порогового уровня П , определяющий результат измерения времени распространения, смещается на величину дй, которая определяет погрешность измерениявремени распространения, обусловленную наличием затухания в материале.При наличии блока коррекции спектри, следовательно, форма сигнала навыходе делителя 12 напряжения совпа"дают со спектром и формой сигналаз(С) при отсутствии коррекции, т,е.в нем подавлены ВЧ составляющие. Вспектре сигнала на выходе дифференцирующего блока 13, который осуществля(5),й характеристикой.,4 - блок 6 коррекцииеременного сопротиврекции К=О из (4) является частотнсистемы материалПри значенииления в блоке.кои (5) следует К(сО) и ре- нос Для объясной реализациции проаналирекции бПри отсутБ(Ц) принятоходе усилитениемЯ (Я) сдгде 8 п(с 4 вреекции спектр а з(й) на в еляется выраж твин к о импу я 7 оп ваемо о уменьноеижекии Б, (я)фКоМ) э спектр принятого са з(С) нри отс вии затухания;- круговая частота а ь тс 45 К (Я) астотная характ а материала, ко налогкчна часто ист ораяной хаили при СС К( Таким обрезом значения К, К) тика системы мат ции становится р но-независимой). ствии с 4)а 1.при устастотнаяиал - блномернойри этом овленикарактери 50а и,исывает. рактеристике низ тотного КС-фильт к коррек (частот- соответ следовательно, ося выражением 55 1+1 Я а) - 8,(Са)едовательно с) Б (с) где 2 о и оянная времемен теи ла, определяем ом частотной з оэффнциимосе 5 ,155 ет.ВЧ фильтрацию, увеличивается доля ВЧ составляющих, но при этом подавляются НЧ составляющие. При суммировании сигналов с выхода делителя 1 Й и дифференцирующего устройства 13 эти два эффекта взаимно компенсируются; подавление ВЧ составляющих за счет затухания в сигнале на выходе делителя 12 компенсируется повьппеиием уровня ВЧ составляющих в спектре продифференцированного сигнала, а снижение доли НЧ составляющих в спектре продифференцированного сигнала компенсируется преобладанием этих частот в спектре сигнала на выходе делителя 12. При соответствующем выборе коэффициента передачи делителя 12 и постоянной времени дифференцирующего блока 13 можно осуществить при су)пировании полную взаимную компенсацию, при этом частотная характеристика системы материал 4 - блок 6 коррекции становится равномерной (частотно-независимой), а спектр и, следовательно, форма сигнала з(с) на выходе сумматора 14 (на входе усилителя) точно повторяют спектр и форму принятого импульса а (й) при отсутствии затухания, в результате чего погрешность измерения 11 становится равной нулю. ния возможности конкре общего принципа корреруем работу блока корти затухания и базой измерения,Частотная характеристика блока 6 5коррекции с помощью известных законов.электротехники описывается выраже- нием Спектр принятого импульса на выхо" де блока коррекции определяется выра- жением л . КС (1+О ) (1+1 О- - " --- ) ф .КСС что соответствует коррекции, прэтом спектр принятого импульсаделается выражением (1), а погр6 й и, следовательно, измеренномя распространения имеют макскмное значение,1При увеличении К верхняя грчастотной характеристики аписы(5), повышается, фронт принятогпульса укорачивается при этомшаются погрешность Ьй к измерен время распространения, При дослравенства К= К= )/С частотхарактеристика принимает видт.е. осуществляется полная коррекция (ДйО).При дальнейшем увеличении значения сопротивления К верхняя граница частотной характеристики К(Я), определяемой выражением (5), начинает уменьшаться, при этом происходит подавление ВЧ составляющих принятого импульса, что приводит к затягиванию фронта и, следовательно, к увеличению измеренного времени распространения (к увеличению Д 1), В пределе при К - озк(а) =75 1.3 ел 7 что следует из выражения (5), при этом коррекция отсутствует и, следовательно, измеренное время распространения опять принимает начальное зна" чение (такое же, как при К.,=О).Расчет частотной характеристики К(Я) системы материал 4 - блок б коррекции, а также проведенные экспери ментальные исследования показали, что частотная характеристика К(сд) остаетсж равномерной в широком диапазоне частот при зйачениях К (0,7-2)К,ю.Изложенное является обоснованием воэможности при работе предлагаемого устройства использбвать в качестве признака коррекции установление на индикаторе (при увеличении К) минимального значения времени распространения, которое остается неизменным35 для достаточно широкого диапазона внач чения К,. Формула изобретения1. Устройство для измерения времени распространения ультразвука в материале, содержащее последовательно электроакустически соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель и приемник, последовательно соединенные усилитель, пороговый блок, формирователь временных интервалов, второй вход которого подключен к выходу синхронизатора, преобразователь временных интервалов в цифровой код и индикатор, .блок коррекции искажений приемного сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности, блок коррекции искажений приемного сигнала выполнен в виде сумматора, выход которого подключен к входу усилителя, и подключенных к его входам делителя напряжения и дифференцирующего блока, входы которых подключены к выходу приемника.2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок коррекции искажений приемного сигнала выполнен в виде последовательно соединенных первого конденсатора, второго конденсатора и резистора с переменным сопротивлением, второй вывод которого подключен к нулевой шине, а вход и .выход первого конденсатора являются соответственно входом и выходом блока коррекции искажений приемного сигнала1559282 4 и) ар) Составитель Л,КонлрыкинскаяРедактор В.Данко Техред.А.Кравчук. Корректор Т.ПалПодписное по и -35,зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ 835 Тйраж 502ВНИИПИ Государственного комите113035, Москва бретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., д. 4/5