Устройство определения скорости ультразвуковых волн

Полезная модель относиться к области измерений и позволяет повысить точность определения скорости ультразвука, а также расширить область применения устройства в протяженных сложноструктурных изделиях с большим затуханием ультразвука. Устройство содержит электроакустически последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, излучающий электроакустический преобразователь 3, приемный электроакустический преобразователь 4, измеритель 5 временных интервалов, вычислитель 6 скорости ультразвуковых волн и контролируемое изделие 7. Излучающий преобразователь 3 и приемный преобразователь 4 соответственно расположены на расстояниях L₁ и L₂ от ребра выпуклого двухгранного угла контролируемого изделия 7. Синхронизатор 1 формирует синхроимпульс, подаваемый на вход запуска генератора 2 и на вход измерителя 5 временных интервалов. Генератор 2 формирует электрический зондирующий импульс и передает его на преобразователь 3, который преобразует этот импульс и излучает его в изделие 7. Акустический зондирующий импульс распространяется в изделии 7 от преобразователя 3 до преобразователя 4, который преобразует акустический импульс в электрический импульс и направляет в измеритель 5, для расчета значения задержки между моментом подачи синхроимпульса и моментом появления электрического импульса на преобразователе 4. Акустическая волна проходит путь длиной Н от преобразователя 3 до преобразователя 4. При этом длина пути Н распространения ультразвукового сигнала будет: . На преобразователе 4 проходит обратное преобразование импульсов. После регистрации принятого импульса время задержки Т_зад импульса в изделии 7 скорость С распространения импульса в изделии 7 равна: С=Н/Т_зад.. 4 илл.

Полезная модель относится к области измерений и предназначена для неразрушающих испытаний ультразвуковыми способами и может быть использована в различных отраслях машиностроения для измерения скорости ультразвуковых волн в образцах и изделиях, преимущественно протяженных, сложноструктурных, с большим затуханием ультразвука.

Известно устройство, реализующее эхо-способ определения скорости ультразвуковых волн (см. Ультразвуковые импульсные приборы контроля прочности материалов, авторы: Королев М.В. и др., М.: Машиностроение, 1987, 864 с.15), в котором на поверхности контролируемого изделия устанавливают излучающий и приемный электроакустические преобразователи, излучающим электроакустическим преобразователем формируют в контролируемом изделии ультразвуковой зондирующий импульс, приемным электроакустическим преобразователем принимают эхо-импульс, измеряют время Т_зад задержки эхо-импульса, а скорость ультразвуковых волн в контролируемом изделии вычисляют в соответствии с выражением:

С=2D/Т_зад ,

Где: D - толщина контролируемого устройства.

Однако такое устройство имеет низкую точность определения скорости ультразвуковых волн, так как измерение времени задержки производится по удвоенной толщине.

При контроле протяженных сложноструктурных изделий с большим затуханием ультразвука принимаемый сигнал представляет собой сумму сильно ослабленного по амплитуде информационного эхо-импульса и значительных по амплитуде белого шума и структурной помехи. Суммарное влияние шумов и помех не позволяет с высокой точностью определить время задержки эхо-импульса и, следовательно, определить значение скорости ультразвуковых волн.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство определения скорости ультразвуковых волн, описанное в книге Ультразвуковые импульсные приборы контроля прочности материалов, авторы: Королев М.В. и др., М.: Машиностроение, 1987, 864 с.14), содержащий электроакустически последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучающий и приемный электроакустические преобразователи, соосно установленные на противоположных сторонах контролируемого изделия толщиной D, измеритель временных интервалов, регистратор теневого импульса и измеритель скорости ультразвуковых волн. Ультразвуковые импульсы, пройдя через контролируемое изделие, попадают на приемный электроакустический преобразователь, электрические сигналы с выхода которого усиливаются усилителем, регистрируется прошедший через контролируемое изделие теневой импульс, измеряется время Т_зад задержки регистрируемого импульса, и вычисляется скорость С ультразвуковых волн в контролируемом изделии, в соответствии с выражением:

С=D/T_зад.,

Однако такое устройство имеет узкую область применения и низкую точность определения скорости ультразвуковой волн в протяженных сложноструктурных изделиях с большим затуханием ультразвука.

Технической задачей полезной модели является повышение точности определения скорости ультразвука, а также расширение области применения устройства определения скорости ультразвуковых волн в протяженных сложноструктурных изделиях с большим затуханием ультразвука.

Эта техническая задача достигается тем, что в известном устройстве определения скорости ультразвуковых волн, содержащем излучающий и приемный электроакустические преобразователи, устанавливаемые на разных поверхностях контролируемого изделия, измеритель временных интервалов, генератор зондирующих импульсов, синхронизатор и вычислитель скорости ультразвуковых волн, поверхности, на которых установлены излучающий и приемный электроакустические преобразователи, расположены на прилегающих сторонах контролируемого изделия, соответственно на расстояниях L₁ и L ₂ от ребра выпуклого двухгранного угла, образованного прилегающими поверхностями контролируемого изделия, при этом скорость С распространения импульса в контролируемом изделии определена по формуле:

С=Н/Т_зад.,

где: Т_зад - время задержки импульса в контролируемом изделии,

Н -длина пути распространения импульса в контролируемом изделии, выбранная из условия

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема устройства определения скорости ультразвуковых волн, на фиг.2 изображена конфигурация расположения ультразвуковых преобразователей, на фиг.3 приведены диаграммы направленности излучающего и приемного электроакустических преобразователей, на фиг.4 приведена осциллограмма принятого сигнала после детектирования, зарегистрированного при сквозном прозвучивании выпуклого двухгранного угла, принадлежащего контролируемому изделию.

Устройство определения скорости ультразвуковых волн содержит электроакустически последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, излучающий электроакустический преобразователь 3, приемный электроакустический преобразователь 4, измеритель 5 временных интервалов, вычислитель 6 скорости ультразвуковых волн, контролируемое изделие 7. Вход измерителя 5 временных интервалов соединен с выходом синхронизатора 1. Излучающий электроакустический преобразователь 3 и приемный электроакустический преобразователь 4 соответственно расположены на расстояниях L₁ и L₂ от ребра выпуклого двухгранного угла контролируемого изделия 7.

Устройство определения скорости ультразвуковых волн работает следующим образом.

Синхронизатор 1 формирует синхроимпульс, подаваемый на вход запуска генератора 2 зондирующего импульса и на вход измерителя 5 временных интервалов. Генератор 2 зондирующего импульса формирует электрический зондирующий импульс и передает его на излучающий электроакустический преобразователь 3, который преобразует этот импульс и излучает его в контролируемое изделие 7. Акустический зондирующий импульс распространяется в контролируемом изделии 7 от излучающего электроакустического преобразователя 3 до приемного электроакустического преобразователя 4, который преобразует акустический импульс в электрический импульс и направляет в измеритель 5 временных интервалов. Измеритель 5 временных интервалов рассчитывает значение длительности задержки между моментом подачи синхроимпульса при генерации импульса и моментом появления электрического импульса на приемном электроакустическом преобразователе 4. Полученное измерителем 5 временных интервалов значение длительности задержки направляется в вычислитель 6 скорости ультразвуковых волн.

Излучающий электроакустический преобразователь 3 практически осуществляет прямое акустическое преобразование электрического импульса в акустическую волну. Волна проходит путь длиной Н от излучающего электроакустического преобразователя 3, расположенного на одной стороне контролируемого изделия 7 на расстоянии L ₁ от ребра выпуклого двухгранного угла до приемного электроакустического преобразователя 4, расположенного на другой стороне этого двухгранного угла контролируемого изделия 7 на расстоянии L₂. При этом длина пути Н, вдоль которого распространяется ультразвуковой сигнал, рассчитывается по

формуле: .

На приемном преобразователе 4 волна проходит обратное электроакустическое преобразование в электрический импульс. После регистрации принятого импульса определяется время задержки Т_зад импульса в контролируемом изделии 7, и в соответствии с рассчитанной длиной пути распространения импульса Н рассчитывается скорость С распространения импульса в контролируемом изделии по формуле:

С=Н/Т_зад.

Для обеспечения прохождения ультразвука от излучающего электроакустического преобразователя 3 к приемному электроакустическому преобразователю 4 - преобразователи могут иметь широкий угол раскрыва диаграммы направленности.

Использование полезной модели позволяет повысить точность определения скорости ультразвука, а также расширить область применения устройства определения скорости ультразвуковых волн в протяженных сложноструктурных изделиях с большим затуханием ультразвука.

Устройство определения скорости ультразвуковых волн, содержащее излучающий электроакустический преобразователь и приемный электроакустический преобразователь, устанавливаемые на разных поверхностях контролируемого изделия, измеритель временных интервалов, генератор зондирующих импульсов, синхронизатор и вычислитель скорости ультразвуковых волн, отличающееся тем, что поверхности, на которых установлены излучающий и приемный электроакустические преобразователи, расположены на прилегающих сторонах контролируемого изделия соответственно на расстояниях L₁ и L₂ от ребра выпуклого двухгранного угла, образованного прилегающими поверхностями контролируемого изделия, при этом скорость С распространения импульса в контролируемом изделии определена по формуле

С=Н/Т_зад,

где Т_зад - время задержки импульса в контролируемом изделии;

Н - длина пути распространения импульса в контролируемом изделии, выбранная из условия .