Устройство контроля качества изделий

.11 1Ф )Я ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН шиностр Бож СССР1975.ССР1983. льство9/04,ство С29/04,ФО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(7 1) Институт проблемния АН УССР(56) Авторское свидетВ 534687, кл. С 01 МАвторское свидетелУ 1138733, кл. С 01 И 54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВАЗДЕЛИЙ57) Изобретение относится к областиеразрушающего контроля и может быть использовано при прочностныхиспытаниях материалов и конструкцийи при диагностике механического состояния изделий в процессе эксплуатации, Цель изобретения - повышениедостоверности контроля за счет учета непрерывно следующих сигналовакустической эмиссии, В устройствеанализируется форма огибающей сериисигналов акустической эмиссии, выделяемой формирователем 3, и с помощью реверсивного счетчика 9, блока 10 измерения скорости счета игенератора 33 импульсов определяетсячисло импульсов акустической эмиссии, образовавших серию непрерывноследующих сигналов. 5 ил.1350606 2 35 40 45 50 55 Изобретение относится к областинеразрушающего контроля и может бытьиспользовано при прочностных испытаниях материалов и конструкций и придиагностике механического состоянияизделий в процессе эксплуатации,Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет учетанепрерывно следующих сигналов акустической эмиссии,На фиг. 1 предс.тавлена блок-схема устройства контроля качества изделий; на фиг, 2 - эпюры сигналов,иллюстрирующие независимость временидостижения видеоимпульсом своегомаксимального значения от амплитудывозмущающего воздействия; на фиг. 35 - эпюры сигналов, иллюстрирующиеработу устройства,Устройство содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь 1, усилитель 2,формирователь 3 огибающей и первыйкомпаратор 4, последовательно соединенные блок 5 выделения экстремума,первый формирователь 6 импульсов итриггер 7, второй компаратор 8, первый вход которого соединен с выходомусилителя 2, реверсивный счетчик 9,блок 10 измерения скорости счета,суммирующий вход которого объединенс суммирующим входом реверсивногосчетчика 9, и регистратор 11 амплитуды. Вход блока 5 выделения экстремума соединен с выходом формирователя 3 огибающей, а выход первого компаратора 4 соединен с входом "Сброс"триггера 7,Устройство также содержит синхронизатор 12, выход которого соединен с входом стробирования блока 10измерения скорости счета, первуюсхему ИЛИ 13, последовательно соединенные первый масштабный усилитель14, третий компаратор 15, второйФормирователь 16 импульсов и первыйблок 17 задержки, последовательносоединенные второй масштабный усилитель 18, четвертый компаратор 19,третий формирователь 20 импульсови второй блок 21 задержки, последовательно соединенные третий масштабный усилитель 22, пятый компаратор23, четвертый Формирователь 24 импульсов и третий блок 25 задержкиВыходы первого 17, второго 21 итретьего 25 блоков задержки соединены, соответственно, с первым, вторыми третьим входами первой схемы ИЛИ 13, выход которой соединен с вычитающими входами блока 10 измеренияскорости счета и реверсивного счетчика 9.5 устройство содержит также первыйэлектронный ключ 26, управляющийвход которого соединен с выходамитриггера 7 и синхронизатора 12, а 10информационный вход соединен с выходом формирователя 3 огибающей, первую схему НЕ 27, входом соединенную свыходом синхронизатора 12, второйэлектронный ключ 28, управляющим 15входом соединенный с выходом первойсхемы НЕ 27, а информационным входом - с выходом Формирователя 3 огибающей, первый операционный,усилитель 29, первым входом соединенныйс выхода первого электронного ключа 20и объединенный с входами первого14, второго 18 и третьего 22 масштабных усилителей, подключенные к выходу первого операционного усилителя 29 последовательно соединенныепервый аналого-цифровой преобразователь 30, первую схему И 31, вторуюсхему ИЛИ 32 и генератор 33 импульсов, выход которого соединен с четвертым входом первого элементаИЛИ 13, подключенный к выходу второго электронного ключа 28 второйоперационный усилитель 34, второйвход которого объединен с пороговымивходами компараторов 4, 8, 15, 19 и 23 и с вторым входом первого операционного усилителя 29 и предназначендля подключения к источнику опорногонапряжения Цр, подключенные к выходу второго операционного усилителя34 последовательно соединенные второй аналого-цифровой преобразовательЪ35 и вторую схему И 36, выход которой подключен к второму входу второйсхемы ИЛИ 32, вторую схему НЕ 37,Выход первого аналого-цифровогопреобразователя 30 соединен с входомрегистратора 11 амплитуды, выходпервой схемы НЕ 27 - с вторыми входами первой 31 и второй 36 схем И, .а третий вход последней объединен свходами второй схемы НЕ 37.и соединен с выходом первого компаратора 4.Выход второй схемы НЕ 37 соединен стретьим входом первой схемы И 31,а выход второго компаратора 8 - ссуммирующим входом реверсивного счетчика 9.Устройство работает следующимобразом, 1 1)0606Если на пьезопреобразователь 1 воздействует одиночный импульс акустической эмиссии (АЭ) (фнг, 2 а), отклик пьезопреобразователя на данное возмущение имеет вид, изобра 5 женный на фиг, 2 б, Время 3 с момента возникновения электрического сигнала пьезопреобразователя до момента достижения огибающей этого сигнала максимума (фиг, 2 в) для данного датчика постоянно и не зависит от амплитуды возмущающего воздействия,В этом случае амплитуда огибающей в любой точке от нуля до макмимума описывается выражением где У - максимальная амплитуда огибающей сигнала;- параметр, определяемыйконструкцией пьезопреобразователя.Если на вход устройства воздействуют сигналы АЭ, частота следования которых соизмерима с резонансной .частотой пьезопреобразователя (фиг, За), отклик пьезопреобразователя имеет вид, приведенный на фиг. Зб. Второй и третий сигналы АЭ вызывают дальнейшее увеличение амплитуды колебаний, В этом случае устройство работает следующим образом.Сигнал снимается с пьезопреобразователя 1 и усиливается усилителем 2, На выходе формирователя 3 огибающей появляется сигнал, изображенный на фиг. Зг. При превьппении огибающей сигнала АЭ порогового уровня40 напряжения первый компаратор 4 вырабатывает положительный потенциал (фигЗз), который поступает на вход "Сброс" триггера 7 и разрешает его работу в счетном режиме. Блок 545 выделения экстремума совместно с первым формирователем б формирует прямоугольный нормированный по амплитуде и длительности импульс (фиг. Зд), который переводит триггер 7 в .единичное состояние (фиг.:Зи).Одновременно открывается первый электронный ключ 26 и сигнал с выхода формирователя 3 огибающей, равный по амплитуде максимальному значению огибающей, поступает на входы первого 14, второго 18 и третьего 22 масштабных усилителей. Коэффицивалы передачи первого 14, второго 8 и третьего 22 масштабных усилителей определяются по формулам соответственно-з3 Таким образом, на выходах первого 14, второго 18 и третьего 22 масштабных усилителей уровни сигналов равны амплитудам первого, второго и третьего колебаний пьезопреобразователя 1 соответственно. Сигналы с выхода усилителя 2 поступают на первый вход компаратора 8 и при превышении порога дискриминации уже в импульсной форме поступают на суммирующие входы реверсивного счетчика 9 и блока 10 измерения скорости счета (фиг. Зв),.Если амплитуда первого колебания (фигЗб) меньше установленного порога дискриминации П , на суммирующие входы реверсивного счетчика 9 и блока. 10 измерения скорости счетацо достижения огибающей сигнала АЭмаксимума поступит пять импульсов,В момент достижения максимума сраба- .тывают четвертый 19 и пятый 23 компараторы, выходные импульсы которых,сформированные по амплитуде и длительности третьим 20 и четвертым 24формирователями, поступают на входывторого 21 и третьего 25 блоков задержек,Времена задержек выбираются неодинаковыми, чтобы разделить во времени импульсы третьего 20 и четвертого 24 формирователей (фиг. Зе, ж),которые через первую схему ИЛИ 13поступают на вычитающие входы реверсивного счетчика 9 и блока 10 измерения скорости счета, В данном случаечерез первую схему ИЛИ 13 пройдутдва импульса и в реверсивном счетчике 9 и блока 10 измерения скоростисчета зафиксируется три импульса,но на их суммирующие входы начинаютпоступать импульсы, соответствующиеуменьшающимся по амплитуде колебаниям пьезоэлектрического преобразователя 1.Время полного затухания колебаний, а следовательно, и их количестЭти импульсы и импульсы, снимаемыес блоков 21 и 25 задержки, являютсявычитаемыми, Следовательно, реверсивный счетчик 9 и блок 10 измеренияскорости счета зафиксируют реальноеколичество импульсов АЭ. В приведенном примере их количество равнотрем. На Фиг. Зл изображено количество зафиксированных импульсов послеокончания измерения.Возможен случай, когда на входустройства воздействуют, например,два сигнала АЭ (фиг, 4 а) таким образом, что отклик пьезопреобразователя 1 соответствует приведенномуна фиг, 4 бВ данном случае количество экспоненциально затухающих колебаний после первого максимума меньше по сравнению сих количествомпри одиночном возмущении той же амплитуды.Следовательно, в данном случаедля того, чтобы генератор 33 выработал правильное количество импульсов,необходимо учитывать уровень огибающей сигнала А(фиг. 4 в) при выделении второго экстремума. Для этого огибающая сигнала АЭ поступаетна информационный вход второго электронного ключа 28, который открывается в момент сброса триггера 7 внулевое состояние (фиг. 4 д)., Этоможет произойти или при срабатываниипервого компаратора 4 (при уменьшенииуровня огибающей ниже порога срабатывания), или при выработке блоком5 выделения экстремума и первым формирователем б импульса, соответствующего по времени второму экстремуму(фиг, 4 г), так как триггер 7 работает в счетном режиме (первый импульспереводит его в единичное состояние,второй - в нулевое),Если второй электронный ключ 28откроется при срабатывании первогокомпаратора 4, на выходе второго операционного усилителя 34 сигнал будетотрицательным, так как пороговоенапряжение будет больше уровня огибающей. При этом на выходе второгоаналого-цифрового преобразователя35 будут нули, которые через открытую в данном случае вторую схемуИ Зб и вторую схему ИЛИ 32 поступаютна вход генератора 33, который невырабатывает ни одного импульса длявычитания.Если второй электронный ключ 28откроется в момент второго экстрему 5 1350 б 06 6во для данного пьезопреобразователяопределяется амппитудой входноговозмущения. Таким образом, каждойамплитуде входного возмущения можнопривести в соответствие количество 5экспоненциально затухающих колебаний пьезопреобразователя, Сигнал,соответствующий максимуму огибающейв момент достижения этого максимума,поступает на первый операционныйусилитель 29, на выходе которого формируется разность межцу абсолютнымизначениями максимума огибающей иуровня порогового напряжения БЧем меньше эта разность, тем меньшеэкспоненциально затухающих колебанийвызовет срабатывания второго компаратора 8, тем меньше импульсов поступит на суммирующие входы реверсногосчетчика 9 и блока 10 измерения скорости счета,Экспериментально устанавливаетсязависимость количества затухающихколебаний от этой разности и черезпервый аналого-цифровой преобразователь 30 осуществляется управлениеколичеством выработанных генератором 33 импульсов, которые через первую схему ИЛИ 13 поступают на вычитающие входы реверсивного счетчика ЗО9 и блока 10 измерения скорости счета, т.е, количество импульсов генератора 33 равно количеству экспоненциально затухающих колебаний ньезопреобразователя, 35Информация с выхода первого аналого-цифрового преобразователя 30поступает также на регистратор 11амплитуды, который в цифровой формерегистрирует уровень превышения сигналом АЭ установленного порога дискриминации, Первая схема И 31 пропускает информацию, записанную в первоманалого-циФровом преобразователе 30,через вторую схему ИЛИ 32 на вход 45генератора 33 при условии, что навтором и третьем ее входах присутствуют логические единицы. Это условие выполняется во время пересеченияогибающей сигнала АЭ порогового уров Оня дискриминации при условии, чтотриггер 7 находится в нулевом состоянии.Таким, образом, в момент времениТр генератор 33 вырабатывает сериюимпульсов (фиг. Зк), количество которых равно количеству экспоненциально затухающих колебаний сигнала,снимаемого с пьезопреобразовауеля 145 ма, сигнал И на выходе второгооперационного усилителя 34 будет равен разности между уровнем огибающей в момент перехода через минимуми пороговым напряжением Б (фиг. 2 в).5Чем больше эта разность, тем меньшее количество импульсов вычитаниянужно выработать генератору 33,На выходе второго аналого-цифро 10вого преобразователя 35 информацияв цифровом коде (число) обратно пропорциональна входному напряжению,Таким образом, фактически осуществляется автоматическое слежение за разностью:величин, А , и Аи взависимости от этой разницы генератор 33 вырабатывает разное количество вычитаемых импульсов. В данномслучае после первого максимума этоколичество равно двум (фиг. 4 е).В остальном работа устройства аналогична описанному выше.Возможен случай, когда на входустройства поступают импульсы АЭ 25(фиг5 а) и отклик пьезопреобразователя 1 имеет вид, приведенный нафиг, 5 б, т.е. сигнал на выходе пьезопреобразователя 1, а следовательно,и усилителя 2 какое-то конечное время представляет собой незатухающиеколебания. И в этом случае работаустройства аналогична описанному выше. На фиг. 5 в приведено истинноеколичество зарегистрированных импульсов. Положение этих импульсовна временной оси не соответствуетвремени.их прихода на реверсивныйсчетчик 9 и блок 10 измерения скорости счета, Из фиг. 5 в видно, что ис Отинное количество актов АЭ фиксируется в вышеуказанных регистрирующихприборах после момента времени й,который определяется временем выработки генератором 33 нужного количества импульсов вычитания,Время С может быть достаточномало при большой частоте импульсовгенератора 33, но необходимо учитывать тот факт, что измерение скорости счета и суммарного счета АЭ осу 50ществляется не в реальном масштабевремени. При измерении суммарногосчета АЭ это обстоятельство несущественно, а при измерении скорости счета АЭ оно может внести значительную55погрешность в результат измерения.Скорость счета АЭ - это отношениесуммарного счета АЭ к интервалу времени наблюдения, В качестве интервала времени набпюдения чаще всего принимается одна секунда (фиг. 5 г).В интервале времени , происходитсброс счетчика, входящего в составблока 10 измерения скорости счета, внулевое состояние, При сопоставлениифиг. 5 а и 5 г видно, что в течениепервой секунды происходит накапливание числа в счетчике (счетчик зарегистрирует семь импульсов), а в течение второй секунды счетчик зарегистрирует восьмой и девятый импульсы, после чего на его вычитающийвход поступят импульсы, количествокоторых равно числу экспоненциальнозатухающих колебаний, Следовательно,в течение второй секунды измерениескорости счета будет произведено,сошибкой.Для уменьшения данной погрешностиизмерения в устройстве используетсясинхронизатор 12, который искусственно затягивает сброс счетчика, входящего в состав блока 10 измеренияскорости счета, до момента времениесли по истечении одной секундына его входе присутствует высокийпотенциал, т.е. огибающая сигналаАЭ выше порога амплитудной дискриминации Б (фиг. 5 д), Так. осуществляется работа синхронизатора при условии, что Дс ( Т,Когда отклик пьезопреобразователя представляет собой незатухающиеколебания в течение времени, соизмеримого с одной секундой (например,сигналы АЭ, генерируемые истекающейжидкостью при образовании течи),описанный режим работы синхронизатора 12 может привести к большой разнице интервалов времени наблюдения,что недопустимо. Поэтому, если в течение одной миллисекунды после достижения огибающей сигнала АЭ максимумапотенци:л на входе синхронизатораотличен от нуля (длительность импульса триггера 7 больше одной миллисекунды), синхронизатор 12 выдает разрешение на сброс счетчика - блока 10измерения скорости счета. Значениевремени одна миллисекунда принятоусловно и может быть изменено в зависимости от конструкции и материалаконкретных контролируемых иэделий,Таким образом, за счет введейя в устройство новых элементов обеспечивается измерение суммарного счета,1 350 Ч)6 динены саознетгтс.нна , нрны.1, вторым и третьим нходамн пс рпой схемыИЛИ, а ее выход соединен с вычитающими входами блока измерения скорости счета и реверсивного счетчика,первым электронным ключом, управляющий вход которого соединен с выходами триггера и синхронизатора, а информационный вход соединен с выходом формирователя огибающей, первойсхемой НЕ, входам соединенной с выходом синхронизатора, вторым электронным ключом, управляющим входомсоединенным с выходом первой схемыНЕ, а информационным входом - с вы"ходом формирователя огибающей, первым операционным усилителем, первымвходом соединенным с выходом первого электронного ключа и объединенным с входами первого, второго итретьего масштабных усилителей, подключенными к выходу первого операционного усилителя последовательносоединенными первым аналогоцифровымпреобразователем, первой схемой И,второй схемой ИЛИ и генератором импульсов, выход которого соединен счетвертым входом первого элементаИЛИ, подключенным к выходу второгоэлектронного ключа вторым операционным усилителем, второй вход которого объединен с пороговыми входамивсех компараторов и с вторым входомпервого операционного усилителя ипредназначен для подключения к источнику опорного напряжения, подключенными к выходу второго операционного усилителя последовательно соединенными вторым аналого-цифровымпреобразователем и второй схемойИ, выход которой подключен к второмувходу второй схемы ИЛИ, второй схемой НЕ выход первого аналого-цифровога преобразователя соединен с входом регистратора амплитуды, выход первой схемы НЕ соединен с вторыми входами первой и второй схем И, а третий вход последней объединен с входом второй схемы НЕ и соединен с выходом первого компаратора, выходвторой схемы НЕ соединен с третьим входом первой схемы И, а выход второго компаратора соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика. скорости счета и ямплитупы непрерывной АЭ. Следовательно, многие критические с точки зрения прочностиконтролируемого изделия ситуации,возникающие при испытаниях или экс 5плуатации изделий и сопровождающиесялавинообразным нарастанием количества дефектов или их размеров, чтосоответствует возникновению непрерывной АЭ, могут быть своевременнопредотвращены, а достоверность контроля в устройстве существенно повышается,15Формула изобретения Устройство контроля качества изделий, содержащее последовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь, усилитель, формирователь огибающей и первый компаратор, последовательно соединенные блок выделения экстремума, первый формирователь импульсов и триггер, второй компаратор, первый вход которо" го соединен с выходом усилителя, реверсивный счетчик, блок измерения скорости счета, суммирующий вход которого объединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, и регистратор амплитуды, вход блока выделения экстремума соединен с выходом формирователя огибающей, а выход первого кампаратора соединен с входом "Сброс" триггера, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено синхронизатором, выход которого соединен с входом стробирования блока измерения скорости счета, первой схемой ИЛИ, последовательно соединенными первым масштабным усилителем, третьим компаратором, вторым формирователем импульсов и пер 20 25 30 35 вым блоком задержки, последовательно45 соединенными вторым масштабным усилителем, четвертым компаратором, третьим формирователем импульсов и вторым блоком задержки, последовательно соединенными третьим масштабным уси 50 лителем, пятым компаратором, четвертым формирователем импульсов и третьим блоком задержки, выходы первого, второго и третьего блоков задержки сое 135060 б