Ультразвуковой адаптивный дефектоскоп

(57) Изобретение отщему контролю ультможег быть использрованном контроле к неразрушаювым методом и азв овгно прл а качества и томатизиелий для ая схеого деа блока ма "Наабота". ма ул фектос управл стройк ОСУДЛРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗСБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Дефектоскоп УЗД-Т. Техописание, 2894-00-00-000, 1975,Изобретение отно щему контролю ультра может быть использов рованном контроле к обнаружения локальнь Целью изобретен ние производительно контроля зд счет авто выбора рабочей часто новленного диапазона фициента передачи зсится к неразрушаюзвуковым методом и ано при автоматизиачества изделий для х дефектов,ия является повышести и достоверности матизации процесса ты в пределах устапо максимуму коэф- лектроакустического фиг. 1 приведена структурн ьтразвухового (УЗ) адаптивн копа; на фиг, 2- структурная схе ения; на фиг, 3 - алгоритм режи а"; на фиг. 4- алгоритм режима" обнаружения локальных дефектов. Целью изобретения является повышение производительности и достоверности контроля за счет автоматизации процесса выбора рабочей частоты в пределах установленного диапазона по максимуму коэффициента передачи электроакустического тракта, Использование программного блока управления, двух управляемых делителей напряжения, цифроаналогового и аналогоцифрового преобразователей позволяет в процессе "Настройка" .определять оптимальные значения рабочей частоты и амплитуды излучаемого сигнала, автоматически переводить дефектоскоп в режим "Работа" и осуществлять стабилизацию частоты и амплитуды принимаемого ультразвукового сигнала, 1 з.п,ф-лы, 4 ил. Дефектоскоп содержит блок 1 коммутации, первый блок 2 полосовых фильтров, последовательно электроакустически соединенные первый управляемый делитель 3 напряжения, усилитель 4 мощност излучающий электроакустический преобразователь 5 (ЗАП), приемный электроакустический преобразователь 6 и предварительный усилитель 7, детектор 8, последовательно соединенные пороговый каскад 9 и регистратор 10, перестраиваемый генератор 11, последовательно соединенные блок 12 управления и цифроаналоговый преобразователь 13 (ЦАП), блок 14 выбора частотного диапазона, электронный ключ 15, второй блок 16 полосовых фильтров, последовательно сое 1702294диненные второй управляемый делитель 17 напряжения и аналого-цифровой преобразователь 18 (АЦП).Первый и второй выходы преобразователя 18 соединены с первым и вторым входами блока 12 управления соответственно, второй вход - с вторым входом блока 12 управления, вход порогового каскада 9 - с выходом второго управляемого делителя 17 , напряжения, вход перестраиваемого гене; ратора 11 - с выходом ЦАП 13, выход - с первым входом блока 14 выбора частотного диапазона и третьим входом блока 12 управления, Первый вход первого блока 2 полосовых фильтров соединен с выходом блока 14 выбора частотного диапазона, выход - с первым входом электронного ключа 15, третий выход блока 12 управления соединен с первыми входами первого и второго управляемых делителей 3 и 17 напряжения, четвертый выход - с вторым входом электронного ключа 15, пятый и шестой выходы - с вторыми входами первого и второго управляемых делителей 3 и 17 напряжения. Первый вход второго блока 16 полосовых фильтров соединен с выходом предварительного усилителя 7, выход - с входом детектора 8. Выход блока 1 коммутации соединен с вторыми входами блока 14 выбора частотного диапазона, первого и второго блоков 2 и 16 полосовых фильтров, выход детектора 8 - с третьим выхсдом второгоуправляемого делителя 17 напряжения, авыход электронного ключа 15 - с третьимвходом первого управляемого делителя 3 ; напряжения,Блок 12 управления состоит из генератора 19 тактовых импульсов (ГТИ), центрального процессорного элемента 20(ЦПЬ).постоянного запоминающего усройства 21 (ПЗУ), оперативного запоминающего устройства 22 (ОЗУ), дешифратора 23 адреса, программируемого таймера 24, параллельного программируемого интерфейса 25 и кнопки 26 "Пуск", первый контакт которой соединен с входом генератора 19 тактовых импульсов, второй - с шиной "Корпус",Первый выход генератора 19 тактовых импульсов соединен с входом управления центрального процессорного элемента 20, второй выход - с первым тактовым входом программируемого таймера 24, Выход "Шина адреса" центрального процессорного элемента 20 соединен с входами "Шина адреса" постоянного запоминающего устройства 21, оперативного запоминающего устройства 22, дешифратора 23 адреса, программируемого таймера 24 и параллельного программируемого интерфейса 25, вход/выход "Шина данных" - с входа 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ми/выходами "Шина данных" постоянного запоминающего устройства 21, ОЗУ 22, программируемого таймера 24 и параллельного программируемого интерфейса 25 и является третьим выходом блока 12 управления, выход "Чтение" - с входами "Чтение" постоянного запоминающего устройства 21, ОЗУ 22, программируемого таймера 24 и параллельного программируемого интерфейса 25, выход "Запись" - с входами "Запись" ОЗУ 22, программируемого таймера 24 и параллельного программируемого интерфейса 25.Выход "ВМ" ПЗУ дешифратора 23 адреса соединен с входом "ВМ" ПЗУ 21, выход "ВМ ОЗУ" - с входом "ВМ" ОЗУ 22, выход "ВМ ПТ" - с входом "ВМ" программируемого таймера 24, выходом "ВМ ППИ" с входом "ВМ" параллельного програюлируемого интерфейса 25. Второй и третий тактовые входы программируемого таймера 24 объединены и являются третьим входом блока 12 управления, пеовый выход программируемого таймера 24 соединен с его входом "Разрешение счета" и первым входом канала "КН 3" параллельного программируемого интерфейса 25, Третий выход программируемого таймера 24 является четвертым выходом блока 12 управления, вход канала "КН 1" параллельного программируемого интерфейса 25 - первым входом блока 12 управления, выход канала "КН 2" - первый выходом блока 12 управления, первый выход канала "КН 3" - вторым выходом блока 12 управления, второй вход канала "КН 3" - вторым входом блока 12 управления, а выходы "ВМ УДН 1" и "ВМ УДН 2" и лешифратора 23 адреса являются пятым и шестым выходами блока 12 управления,Ультразвуковой адаптивный дефектоскоп работает в двух режимах по программе, предварительно записанной в ПЗУ 21: режим "Настройка" и режим "Работа".Алгоритм режима "Настройка" (фиг, 3) заключается в формировании передающим трактом радиоимпульсного зондирующего сигнала, излучении его в контролируемое изделие, приеме прошедших через него колебаний, измерении их амплитуды при последовательном дискретном изменении несущей частоты в пределах выбранного рабочего диапазона, выборе такой частоты 1 орт. при которой амплитуда принятого сигнала имеет максимальное значение Амакс, и такой максимально возможной амплитуды возбуждающего сигнала, при которой Амакс не превышает предельно допустимого для АЦП 18 сигнала Аорт.По окончании режима "Настройка" блок 12 управления автоматически переводит дефектоскоп в режим "Работа", алгоритм фиг, 4) которого заключается в поддержании постоянного уровня сигнала, равного Аиако, на входа порогового каскада 9, несущей частоты зондирующего сигнала, равной топт, и записи результатов контроля регистратором 10, т.е. в дефектоскопе реализуатся функции автоматической регулировки усиления и автоматической подтройки частоты,При каждом нажатии кнопки 26 "Пуск" дефектоскоп переходит в режим "Настройка", При этом сначала устанавливаются режимы работы поограммируемого таймера 24 и параллельного программируемого интерфейса 25,Формирование блоком 12 управления возбуждающих сигналов осуществляется следующим обра,",ом,Перестраиваемый генератор 11 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов, частотами которых меняется дискретно 256 раз в пределах 320 кГц ь 10 с помощью управпяющето наряжения, поступающего с выхода ЦАП 13. Последнее, в свою очередь, задается согласно программе изменением двоичного кода Мт от значения " ГЕН до ООН, поступающего с центрагьногс процессорного элемента 20 через выход "КН 2" параллельного программируемсгс итерфейса 25 на вход ЦАП 13, Программное управление несушей частотой позволяет на этапе настройки определять ее оптимальное знацение в указанных пределах.Псступающая с выхода перестраиваемого генератоса 11 основная последовательность импульсов с частотой 320 кГц подается на блок 14 выбора частотного диап -зона, с выходов которого снимаются последовательности импульсов с частотами 320, 160, 80 и 40 крц, Одна из укаэанных четырех последовательностей импульсов с помощью блока 1 коммутации подается на первый блок 2 полосовых фильтров, выделяющий колебания первой. гармоники одной из несущих частот: 320, 160, 80 или 40 кГц, Эти,колебания псдастся ва второй вход электро"ного ключа 15, на первый вход которого поступают импульсы с третьего выхода программируемого таймера 24, формируемые следующим образом. Третий канал программируемого таймера 24 запоограммирсван в режим деления импульсов, поступающих на его третий счетный вход с выхода перестраиваемого генератора 11. Коэффициент деления, определяющий частоту следования возбуждающих сигналов порядка 1 кГц), задается программой и загружается в программируемый тай мер 24 через "Шину данных" с помощью центрального процессорного элемента 20. После каждого М-го импульса, поступающего на третий счетный вход программируемого таймера 24, с третьего выхода снимается импульс, поступэющий нг первый вход электронного ключа 15. длительность радиоимпульса на выходе которого равна примерно 100 мкс и определяется воемязадающей цепью электронного клю 5 10 ча 15, Указанные возбуждающие сигналы далее поступают на третий вход первого управляемого делителя 3 напряжения с коэффициентом передачи, изменяющимся в пределах от 1 до 1/256, Это позволяет программно менять амплитуду возбуждающих сигналов, снимаемых с выхода эпектронного ключа 15 и подаваемых на усилитель 4мощности,20 Установление оптимальных значений несущей частоты и амплитуды возбуждающего сигнала на этапе "Настройка" произваритепьный усилитель 7, второй блок 16 полосовых фильтров и детектор 8 подается на третий вход второго управляемого делитепя 17 напряжения, первоначальный коэффициент передачи которого устанавЗО ливается равным 1/16, С выхода псспеднего сигнала подается на первый вход АЦП 18, а также через порогсвый каскад 9 - на регистратор 10. В АЦП 18 принятый сигнал поесбсазуется в двочый код, соответствующий уровню входного сигнала, и через "(Н 1 параллепьногс программируемого интерфейса 25 поступазт в центральный процессорный эпемен. 20 для дальнейшей обработки с цслью установления оптимальых значений несущей частоты и амплитуды приемного сигнала.Дпя этого в процесса настройки частота перестраиеаемого генератора 11 программр меняется от максимального до минимальногс значения в пределах 320+ 100 кГц, Для каждого текущего значения частоты 1 40 45 блек 12 управления измеряет амплитуду принятого сигнала, При прохождении всего диапазона частот блок 12 уппавления запоминает максимальное значение принятого сигнала А;-.к, и соответствующее ему значение оптимальной частоты Ьпт. Одновременно он сравнивает пслучаемыс текущие значения амплитуды принятого сигнала А с максимально допустимым значением сигнала Аоот, которое можно подать на вход предварительного усилителя 7, Если текущее значение А поевышает Аоот, то блок 12 управления уменьшает ководится следующим образом.25Сигнал с приемного ЭАП б через пред 1702294зффициент передачи Кум первого управляемого делителя 3 напряжения, котороепервоначально устанавливается максимальным и равным 1. После прохождениявсего диапазона частот блок 12 управлениязапоминает в ОЗУ 22 значения оптимальной частоты и максимальной амплитуДы принятого сигнала, выдает на ЦАП,13 управляющий код, соответствующийоптимальной частоте, и автоматическипереходит на режим "Работа",В алгоритм настройки введена вре;менная задержка, осуществляемая с помощью подпрограммы "Задержка", Этопозволяет производить считывание информации с выхода АЦП 18 после того, как вэлектроакустическом тракте закончится переходный процесс, связанный со ступенчатыми изменениями частоты и амплитудызондирующего сигнала, Использование служебной переменной "Е АО" позволяет со,кратить количество измерений частоты итем самым сократить длительность процесса выбора оптимальных значений несущей,частоты и амплитуды зондирующего импульса,В режиме "Работа" производится конт роль изделия, стабилизация частоты и амплитуды приемного сигнала и регистрация. результата контроля.Стабилизация частоты осуществляетсяс помощью программируемого таймера 24,второй канал которого программируется врежим счета импульсов, На счетный входоэтого канала подаются импульсы с выходаперестраиваемого генератора 11, а навход "Разрешение счета" - импульсы с выхода первого канала программируемоготаймера 24, Количество импульсов, поступивших на второй счетный вход, соответствует текущей частоте 11 перестраиваемогогенератора 11. Число импульсов сравнивается в центральном процессорном элементе 20 с числом, соответствующимоптимальной частоте. Если эти числа не равны, центральный процессорный элемент 20.через программируемый интерфейс 25 иЦАП 13 изменяет уровень управляющего напряжения и тем самым вносит поправку вчастоту перестраиваемого генератора 11,Стабилизация амплитуды осуществляется с помощью регулирования коэффициента передачи К,ру программноуправляемого делителя 17 напряжения. Коэффициент передачи может увеличиватьсяили уменьшаться в 16 раз, при этом онвыполняет функцию программной автоматической регулировки усиления с динамическим диапазоном около 40 дБ.Постоянная времени автоматической регу производительности и достоверности конт 55 роля, он снабжен последовательно соединенными блоком управления и цифроаналоговым преобразователем, блоком выбора частотного диапазона, электронным ключом, вторым блоком полосовых фильтров, последовательно соединенными вторым управляемым де 5 102030 35 40 4550 лировки усиления выбирается на порядок большей, чем длительность сигнала от дефекта, для того, чтобы цепь автоматической регулировки усиления реагировалане на дефекты контролируемого изделия, а на достаточно медленные изменения коэффициента передачи электроакустического тракта, связанные с изменением прохождения ультразвука в изделии, нарушением способностей преобразователей 5, и 6, вариацией акустическогоконтакта и т. и,Автоматическая регулировка усиленияосуществляется следующим образом.Блок 12 управления производят 256 измерений текущих значений А амплитуды принятого сигнала с помощью АЦП 18, суммирует их и находит среднее Аср арифметическое, Далее значение Аср сравнивается с записанным в режиме "Настройка" в оперативном запоминающем устройстве 22 значением Амакс ЕСли Аср = Амакс, топроизводится измерение и стабилизация НЕСУЩЕЙ ЧаСТОТЫ. ЕСЛИ АсрАмакс ТО производится изменение коэффициента передачи (Кару) второго управляемого делителя 17 напряжения путем изменения наединицу цифрового кода Кару, поступающего на первый вход второго управляемого делителя 17 напряжения, а затем измеряется и стабилизируется несущая частота.Изобретение позволяет в сравнении с прототипом повысить производительность и надежность контроля за счет устранения субъективного фактора в процессе выбора как рабочей частоты, так и амплитуды зондирующего импульса.Формула изобретения 1, Ультразвуковой адаптивный дефектоскоп, содержащий блок коммутации, первый блок полосовых фильтров, последовательно электроакустически соединенные первый управляемый делитель напряжения, усилитель мощности, излучающий электроакустический преобразователь, приемный электроакустическийпреобразователь и предварительный усилитель, детектор, последовательно соединенные пороговый каскад и регистратор и перестраиваемый генератор, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения10 15 20 30 40 лителем напряжения и аналого-цифровым преобразователем, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами блока управления соответственно, второй вход - с вторым выходом блока управления, вход порогового каскада - с выходом второго управляемого делителянапряжения, вход перестраиваемого гене-: -ратора - с выходом цифроаналогового преобразователя, выход - с первым входом блока выбора частотного диапазона и третьим входом блока управления, первый вход первого блока полосовых фильтров соединен с выходом блока выбора частотного диапазона, выход - с первым входом электронного ключа, третий выход блока управления - с первыми входами первого и второго управляемых делителей напряжения, четвертый выход - с вторым входом электронного ключа, пятый и шестой выходы - с вторыми входами первого и второго управляемых делителей напряжения, первый вход второго блока полосовых фильтров соединен с выходом предварительного усилителя, выход - с входом детектора, выход блока коммутации соединен с вторыми входами блока выбора частотного диапазона, первого и втооого блоков полосовых фильтров, выход детектора соединен с третьим входом второго управляемого делителя напряжения, а выход электронного ключа - стретьим входом первого управляемого делителя напряжения,2. Дефектоскоп по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления выполнен иэ генератора тактовых импульсов, центрального процессорного элемента, постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства, дешифратора адреса, программируемого таймера, параллельного программируемого интерфейса и кнопки "Пуск", первый. контакт который соединен с входом генератора тактовых импульсов, второй -с шиной "Корпус", первый выход генератора тактовых импульсов соединен с входом управления центрального процессорного элемен га, второй выход - с первым тактовым входом программируемого таймера, выход "Шина адреса" центрального процессорного элемента соединен с входами "Шина адреса" постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства, дешифратора адреса, программируемого таймера и параллельного программируемого интерфейса, вход/выход Шина данных" - с входами/выходами "Шина данных" постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства - программируемого таймера и параллельного программируемого итерфейса и является третьим выходом блока управления, выход "Чтение" - с входами "Чтение" постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства, программируемого таймера и параллельного программируемого интерфейса, выход "Запись" - с входами "Запись" оперативного ззпоминающего устройства, программируемого таймера и параллельного программируемого интерфейса, выход "ВМ ПЗУ" дешифратора адреса соединен с входом "ВМ" постоянного запоминающего устройства, выход "ВМ ОЗУ" - с входом "ВМ" оперативного запоминающего устройства, выход "ВМ ПТ" - с входом "ВМ" программируемого таймера, выход "ВМ ППЛ" - с входом "ВМ" параллельного программируемого интерфейса, второй и третий тактовые входы программируемого таймера объединены и являются третьим входом блока управления, первый выход программируемого таймера соединен с его входом "Разоешение счета" и первым входом канала "КНЗ" параллельного программируемого интерфейса, третий выход программируемого таймера является четвертым выходом блока управления, вход канала "КН 1 параллельного программируемого интерфейса является первым входом блока управления, выход канала "КН 2" - первым выходом блока управления, первый выход канала "КН 3" - вторым выходом блока управления, второй вход канала "КН 3" - вторым входом блока управления, а выходы "ВМ УДН 1" и "ВМ УДН 2" дешифратора адреса являются пятым и шестым выходами блока управления соответственно.ов Корректор Н,Ревск венно-издательский комбинат "Патент город, ул,Гагарина, 10 Пр каз 4540 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5