Устройство ультразвукового контроля материалов и изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 119) (11) 748 О 4 1)5 6 01 Я 29/1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ етическииСоколов,олин ла, формирователь п ов, формирователь вой последовательн периода, аналоговы ости и излучающий ь, балансный модул подключенный к вь соидэльного сигнала орому выходу форми айной кодовои послед м - к управляющему Изобретение относится к технике не- разрушающих испытаний ультразвуковыми методами, может, может быть использовано в различных областяхмашиностроения для контроля качества материалов и изделий, преимущественно крупногабаритных и с большим затуханием ультразвука.В основном изобретении описано устройство контроля качества материалов и изделий, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидального си, на пульс кодо тель мощн вател рямоугольных импсевдослучайной ости, формировай ключ, усилительпьезопреобразо-.ятор, первым вхоходу генераторавторым входом -рователя псевдоовательности, вывходу аналогового син к вт слу ход 1 2(61) 1397830 один из двух сложномодулированных сигна- (21) 4883176/28 лов одийаковой длительности и отличаю- (22) 13,08,90: щихся базами, т,е. длительностями (46) 15.07,92, Бюл, М 26 элементарных импульсов, что позволяет ус- (71) Московский энерг институт тройствуосуществлять койтроль надвух ча- (72) В, К, Качанов, И, В, стотах, находящихся всоотношении 1;2. В Г.А,Алатырев, А,И,Пит зависимости от положенияпереключателя в и Ф,В.Шаталинблокекоммутации выбирается тот или иной (53) 620,179.16(088,8) тип псевдослучайной последовательности, (56) Авторское свидетельство СССР поступающей на первый вход балансного К. 1397830, кл. С 01 М 29/10, 1987, . модулятора, и частота гармонического сигнала, поступающего на его второй вход, (54) УСТРОЙСТВО УЛЬТРАЗВУКОВОГО Формирователь периода с помощью элект- КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ . ронного ключа формирует из непрерывного (57) Изобретение относится к технике не-во времени фазоманипулированного сигнаразрушающего контроля ультразвуковымила радиоимпульс, которыйвозбуждаетизлуметодами, может бытьиспользовано в раз- чающий пьезопреобразователь. Принятый личных областях машиностроения для конт- . сйгнэл двухканальйо сйнхроннодетектируроля качества материалов и изделий, ется детекторами и подается на входы оптипреимущественно крупногабаритных и с мальных фильтров, "Сжатый" во времени большим затуханием ультразвука, Цель изо-сигнал после операций возведения в квадбретения - повышение достоверности и рат поступает на входы сумматора, а с выхопроизводительностизасчетиспользования да последнего - на вход измерителя оптимального фильтра, настраиваемого на временных интервалов, 2 ил,Дключа, последовательно соединенные входной усилитель, первый демодулятор, первый фильтр нижних частот, первыйоптимальный фильтр, измеритель временных интервалов и приемный преобразователь, соединенный с входным усилителем,пОдключенные к выходу входного усилителя"последовательно соединенные второй демодулятор, второй фильтр нижних частот ивторой оптимальный фильтр, первый и второй квадраторы, входами соединенные соответственно с выходами первого и второгооптимальных фильтров, сумМатор, входамиподключенный к выходам квадраторов, выходом - к входу измерителя временных интервалов, фазовращатель, включвнный.между выходом генератора синусоидальных сигналов и вторым входом второго демодулятора,Использование в качестве зондлрующего сложномодулированного, высокоэнергетического сигнала с хорошимикорреляционными свойствами обеспечивает известному устройству высокуо помехоуст-,:1 чивость, а следовательно ичувсгвительность. при сохранении высокойлучевой разрешающей способности.Однако известному техническому решенвю присущ недогтаток, ограничиваощийобластьего возмокного применения, аименно:" - даже при налйчии широкополосных пьезопреобразователей устройство нейозволяет произвольно и оперативно изменять рабочую частоту контроля, особенно всторону пониженйя, Это связано с тем, что" длительность элемейтарного импульса кодовой последовательности связана с длительностью периода колебаний несущей ипри изменении последней соответственнодолжнаменяться "длительность элементарного импульса, Так как характеристики сптймального фильтра однозначно опреде ляют параметры используемого елокномодулйрованного сигнала, отсутствие возможности перестройки параметров оптимального фильтра не позволяет-осуществлятьконтрольна более, чем одной рабочей частоте:; Целью изобретения является повышение достоверностии производительностиза счетиспользованияоптймального филь тра,настраиваемого наодий из двух сложномодулированных сигналов одинаковой, длительности и отличающихся базами, т,е,длительностями элементарных импульсов,что позволяет устройству осуществлять контроль на двух частотах, находящлхся в соотношенйи 1;2,Цель Достигается тем, что устройствоультразвукового контроля материалов и из 15 20 2540 г 550 делий снабжено вторым формирователемпсевдослучайной кодовой последовательности, первым, вторым, третьим и четверть,м электронными коммутаторами, блокомкоммутации, третьим и четвертым фильтрами нижних частот, генератор синусоидального сигнала выполнен двухчастотным и с возможностью электронного управления частотой, фазовращатель выполнен широкополосным, первьй и второй оптимальные фильтрь, каждый содержит многоотводнуюэлектромагнитнуо линию задержки, первый и-входовый и второй (и+1)/2-входовойдифференциальные сумматоры, причем ивыходом электромагнитной линии задержки соединены соответственно с и входами второго дифференци- ального сумматора, нечетные (и+1)Л выходов электромагнитной линии задеркки соединены с входами первого дифференциаль- ного сумматора, вход электромагнитной линии задеркки служит входом оптимального фильтра, выход первого дифференциального сумматора является первым выходом, а выход второго сумматора - вторым выходом Оптимального фильтра, вход второго формирователя псевдослучайной кодовой последовательностисоединен с выходом генератора синусоидального сигнала первый выход соединен спервым входом первого электронного коммутатора, второй вход которого соединен с первьм выходом первого формирователя псевдослучайной кодовой последовательности, второй выход второго формирователя псевдослучайной кодовойпоследовательности соединен с первым входом второго электронного коммутатора, второй вход которого соединен с вторым выходом первого формирователя псевдослучайной кодовой последовательности, выход первого электронного коммутаторов соединен с входом формирователя периода следования, а выход второго электронноо коммутатора - с входом балансного модулятора, первые входы третьего и четвертого электронного коммутаторов соединены соот ветственно м выходами первого и второго фильтров никних частот, вторые входы - с выходами соответственно третьего и четвертого фильтров нижних частот, входы последних - с вторь ми выходами соответственно первого и второго оптимальных фильтров, выходы третьего и четве рта го зле ктро н н ь 1 х коммутаторов 55 соединены с входами первого и второгоквадраторов, а выход блока коммутации соединен с входами управления первого, второго, третьего и четвертого электронных коммутаторов и вь,ходом управления генератора синусоидального сигнала,Включение в состав заявляемого технического решения второго формирователяпсевдослучайной кодовой последовательности, третьего и четвертого фильтров нижних частот, а также четырех электронныхкоммутаторов в совокупности с блоком коммутации, выполнение оптимальных фильтров таким образом, что они оказываютсянастроенными на два типа сложномодулированных сигналов, позволяет осуществлять двухчастотный контроль с оптимальной фильтрацией принимаемых ситналовпри двух значениях длительности элементарного импульса, т,е, при двух значенияхразрешающей способности. Выполнениегенератора синусоидального сигнала управляемым позволяе одновременно изменятьзначение несущей частоты и длительностиэлементарного импульса, Выполнение фазовращателя широкополосным обеспечивает фазовую балансировку квадратурныхканалов в широком диапазоне частот,На фиг, 1 представлена структурнаясхема устройства ультразвукового контроляматериалов и изделий; на фиг. 2 - примервыполнения опт 1 лмального фильтра.Устройство ультразвукового контроляматериалов и изделий содержит генератор1 синусоидального сигнала, формирователь2 прямоугольных импульсов, первый формирователь 3 псевдослучайной кодовой последовательности, второй формирователь 4псевдослучайной кодовой последовательности, первыйэлектронный коммутатор 5,второй электронный коммутатор 6. формирователь 7 периода, балансный модулятор8, электронный ключ 9 усилитель 10 мощности. излучающий пьезопреобразователь 11,приемный пьезопреобразователь 12, входной усилитель 13, первый синхронный детектор (демодулятор) 14, второй синхронный детектор (модулятор) 15, первый оптимальный фильтр 16, второй оптимальныйфильтр 17, первый фильтр 18 низких частот,второй фильтр 19 нижних частот, третийфильтр 20 нижних частот, четвертый фильтр21 нижних частот, третий электронный коммутатор 22, четвертый электронный коммутатор 23, первый квадратор 24, второйквадратор 25, сумматор 26, широкополосный фазовращатель 27, измеритель 28 временных интервалов, блок 29 коммутации,многоотводную электромагнитную линию30 задержки, первый диффеоенциальныйсумматор 31 и второй дифференциальныйсумматор 32,Устройство работает следующим образом.Генератор 1 синусоидального сигналавырабатывает гармонический сигнал, кото 30 импульс, после соответствующего усиления35 в усилителе 10 мощности, возбуждает излу 45 50 5 10 20 рый после двустороннего ограничения формирователем 2 прямоугольных импульсов поступает на входы первого и второго формирователей 3, 4 псевдослучайной последовательности, вырабатывающих два различных шумоподобных сигнала одинаковой длительности Ти, Т,к, длительности элементарных импульсов Тэ в последовательностях относятся как 1;2, то базы В находятся в таком же соотношении. Если первый формирователь 3 вырабатывает псевдослучайную последовательность Баркера В = 13., Ти = 26 мкс и Тэ = 44 мкс, то вторая последовательность характеризуется следующими параметрами; В = 7, Ти = 26 мкс, Тэ =-4 мкс, В зависимости от положения переключателя в блоке 29 коммутации, на его выходе формируется управляющий сигнал, определяющий состояние всех электронных коммутаторов 5, 6, 22, 23, С помощью этого переключателя можно выбирать тот или иной тип псевдослучайной последовательности, а значит величины Тэ и В, поступающие на первый вход балансного модулятора 8 и частоту гармонического сигнала, поступающего на его второй вход. Формирователь 7 периода, вырабатывая управляющий состоянием электронного ключа 9 сигнал, с помощью последнего "вырезает" из непрерывного во времени фазоманипулированного в соответствии с выбранной псевдослучайной последовательностью сигнала радиоимпульс. Зтот радиочающий и ьезоп реобразовател ь 11.Принятый приемным пьезопреобразователем 12 регистрируемый сигнал усиливается по амплитуде входным усилителем,двухканально синхронно детектируется синхронными детекторами 14, 15 и поступает на входы оптимальных фильтров 16, 17 На вторые входы синхронных детекторов поступают опорные сигналы, первый из которых является сигналом генератора 1, а второй предварительно пропускается через широкополосный фазовращатель 27, сдвигающий фазу колебаний несущей на 90 О,Оптимальный фильтр 16, 17 выполнен таким образом, что он оказывается настроенным одновременно на два типа шумоподобного сигнала, Зто достигается тем, что к отводам электромагнитной линии 30 задержки подключены входы нескольких, в данном случае двух, дифференциальных сумматоров 31, 32. Количество входов сумматоров 31, 32 определяется базой фильтруемого сигнала напомним, что базы могут быть В = 13 и В = 7), чередование подключения прямь х и инверсных входов дифференциальных сумматоров задается структурой кода шумоподобного сигнала.Сжатый во времени оптимальным фильтром 16; 17 шумоподобный сигнал в зависимости от рабочего частотного диапазона в каждом из квадратурных каналов фильтруется тем или иным фильтром 18. 19 (20, 21) нижних частот, коммутируемых третьим электронным коммутатором 22 (в другом канале - четвертым электронных коммутаторов 23) и после операции возведения в квадрат, выполняемой квадратором 24 (25) поступает на вход сумматора 26, а с выхода последнего на вход измерителя 28 временных интервалов,Измеритель временного интервала измеряет время задержки регистрируемого сигнала относительно зондирующего и может быть выполнен на базе электроннолучевого осциллографа,Использование оптимальных фильтров, настроенных на два типа псевдослучайного . сигнала и отличающихся длительностями элементарных импульсов в совокупности с про отой их коммутации, позволяет осуществлять двухчастотный контроль, что выгодно отличает предлагаемое устройство ультразвукового контроля материалов и изделий от указанного прототипа, эа счет возможности двухчастотного контроля в конечном счете повысит достоверность и производительность ультразвукового не- разрушающего контроля. Формула изобретения Устройство ультразвукового контроля материалов и иэделий по авт. св, М 1397830, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности и производительности, оно снабжено вторым формирователем псевдослучайной кодовой последовательности, первым, вторым, третьим и четвертым фильтрами нижних частот, генератор синусоидального сигнала выполнен двухчастотным, фаэовращатель выполнен широкополосным, каждый иэ оптимальных фильтров выполнен в виде электромагнитной линии задержки и двух 5 дифференциальных сумматоров, первый изкоторых подключен входами соответственно к выходам электромагнитной линии задержки, а второй - к нечетным выходам электромагнитной линии задержки, а вход 10 электромагнитной линии задержки, выходпервого и второго дифференциального сумматоров являются соответственно входом и первым и вторым выходами оптимального фильтра, вход второго формирователя псев дослучайной кодовой последовательностисоединен с вьходом генератора синусоидального сигнала, а первый выход соединен с первым входом первого электрон ного коммутатора, второй вход которого соединен с 20 первым выходом первого формирователяпсевдослучайной кодовой последовательности, второй выход второго формирователя псевдослучайной кодовой последовательности соединен с первым входом второ го электронного коммутатора, второй вход.которого подключен к второму выходу первого формирователя псевдослучайной кодо-.вой последовательности, выход первого электронного коммутатора соединен с вхо дом формирователя периода последовательности, а выход второго электронного коммутатора - с входом балансного модулятора, первые входы третьего и четвертого электронного коммутаторов соединены с 35 выходами соответственно первого и второго фильтров нижних частот, входы последних соединены со вторыми выходами соответственно первого и второго оптимальных фильтров, выходы третьего и чет вертаго электронных коммутаторов связаныс входами первого и второго квадраторов, а выход блока коммутации соединен с входами управления электронных коммутаторов и генератора синусоидального сигнала, 45,Ворович оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород гарина. 10 Заказ 2500 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5