Устройство для определения среднего диаметра зерен металлических изделий

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля структуры материалов и может быть использована при ультразвуковой структуроскопии металлов, в частности, для определения среднего диаметра зерен металлических изделий. Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в упрощении процедуры измерений и сокращении времени обработки их результатов, а также повышении точности определения среднего диаметра зерен металлических изделий. Указанная задача решается за счет того, что устройство для определения среднего диаметра зерен металлических изделий содержит ультразвуковой контактный раздельно-совмещенный преобразователь, генератор зондирующих импульсов, соединенный с излучающей пластиной преобразователя, и усилитель, подключенный к приемной пластине преобразователя, при этом дополнительно снабжено измерителем амплитуды импульса релеевской волны в контактной зоне преобразователя U_R, измерителем среднего уровня амплитуды структурных шумов U_SN в зоне контроля между импульсом релеевской волны и донным сигналом и вычислителем отношения указанных параметров U_SN/U_R. Входы измерителей параметров U_SN и U_R соединены с выходом усилителя, а выходы измерителей - с соответствующими входами вычислителя, выход которого является выходом устройства.

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля структуры материалов и может быть использована при ультразвуковой структуроскопии металлов, в частности, для определения среднего диаметра зерен металлических изделий.

Известно устройство измерения среднего размера зерна материала ультразвуковым методом (Пат. 2334224 Российская Федерация, МПК G01N 29/04. Способ измерения среднего размера зерна материала ультразвуковым методом / С.К. Паврос, К.С. Паврос, А.В. Курков; 2007101562/28; заявл. 16.01.2007; опубл. 20.09.2008 Бюл. 26. 7 с.; ил.), которое содержит генератор, пьезоэлектрический преобразователь, усилитель и регистратор. Устройство работает следующим образом. Генератор высокочастотных электрических колебаний возбуждает преобразователь на частоте/ соответствующей собственной резонансной частоте преобразователя. Ультразвуковой импульс, создаваемый этим преобразователем в режиме излучения, распространяется в контролируемом изделии и последовательно отражается от свободной донной поверхности изделия и от верхней его поверхности, на которой установлен преобразователь, работающий уже в режиме приема. Преобразователь последовательно принимает эхо-сигналы, однократно U₁ (f) и двукратно U₂(f) отраженные от дна изделия, преобразует их в соответствующие электрические сигналы, которые усиливаются усилителем, их амплитуды измеряются регистрирующим устройством, а затем находят отношение амплитуд этих сигналов.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности контроля металлических объектов с крупнозернистой и сильно упрочненной структурой вследствие большего рассеивания и сильного затухания акустических волн, поскольку в качестве единственного и основного информативного параметра принимают донные эхо-импульсы и измеряют отношение амплитуд этих сигналов. Большое рассеивание и сильное затухание акустических волн при контроле металлических изделий с крупнозернистой структурой объяснятся тем, что при поглощении звуковая энергия переходит в тепловую, а при рассеянии ультразвуковых волн на структурных неоднородностях, зернах материала акустическая волна порождает рассеянные волны, которые, распространяясь в произвольных направлениях, «не поддерживают» основной волновой поток.

Кроме того, использование в качестве основного информативного параметра амплитуды донных сигналов влияет на нестабильность сигнала, зависящего от геометрического состояния донной поверхности, что ограничивает применение данного метода на целый класс использующихся объектов контроля и требует изготовления контрольных плоскопараллельных образцов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату техническим решением является устройство измерения среднего размера зерна материала ультразвуковым методом (Методика определения акустических структурных шумов металла / В.В. Муравьев, О.В. Муравьева, А.В. Байтеряков, А.И. Дедов // Интеллектуальные системы в производстве. 2013. 1. с. 143-148), которое содержит ультразвуковой контактный раздельно-совмещенный преобразователь, генератор зондирующих импульсов, соединенный с излучающей пластиной преобразователя, и усилитель, подключенный к приемной пластине преобразователя.

Генератор зондирующих импульсов возбуждает излучающую пластину раздельно-совмещенного преобразователя. Рассеянные на неоднородностях структуры ультразвуковые импульсы регистрируются приемной пьезопластиной и усиливаются высокочастотным усилителем. Для сохранения и дальнейшей обработки электрического сигнала структурных шумов к выходу устройства подключен цифровой осциллограф, синхронизированный через линию синхронизации, после чего данные оцифрованного сигнала сохраняются на USB-накопителе, интерполируются, после чего вычисляется интегральная характеристика структурного шума по всей рабочей зоне.

Недостатком известного устройства является длительность процесса и большая трудоемкость обработки сигнала для получения интегральной характеристики структурного шума, что является основным показателем, характеризующим средний диаметр зерна металлического изделия. Кроме того, появляются погрешности измерения, связанные с наличием временных соотношений при работе осциллографа и применением численных методов обработки данных.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в упрощении процедуры измерений и сокращении времени обработки их результатов, а также повышении точности определения среднего диаметра зерен металлических изделий.

Указанная задача решается за счет того, что устройство для определения среднего диаметра зерен металлических изделий содержит ультразвуковой контактный раздельно-совмещенный преобразователь, генератор зондирующих импульсов, соединенный с излучающей пластиной преобразователя, и усилитель, подключенный к приемной пластине преобразователя. При этом устройство дополнительно снабжено измерителем амплитуды импульса релеевской волны в контактной зоне преобразователя U_R, измерителем среднего уровня амплитуды структурных шумов U_SN в зоне контроля между импульсом релеевской волны и донным сигналом и вычислителем отношения указанных параметров U_SN/U_R. Входы измерителей параметров U_SN и U_R соединены с выходом усилителя, а выходы измерителей - с соответствующими входами вычислителя, выход которого является выходом устройства.

Техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью признаков, является упрощение процедуры измерений и сокращение времени обработки их результатов, благодаря исключению ручных процедур, что также приводит к повышению точности определения среднего диаметра зерен металлических изделий за счет минимизации временных соотношений при работе осциллографа (измерения времени установления, времени удержания, задержки распространения) и фазового сдвига сигнала, а также погрешности измерений, вызванных применением численных методов обработки данных.

Полезная модель поясняется фигурой, на которой представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор зондирующих импульсов 1, соединенный с излучающей пластиной 2 раздельно-совмещенного преобразователя 3, установленного на объект контроля 4. Приемная пластина 5 преобразователя соединена с усилителем 6, выход которого соединен с входами измерителя 7 амплитуды импульса релеевской волны в контактной зоне преобразователя U_R и измерителя 8 среднего уровня структурных шумов U_SN в зоне контроля между импульсом релеевской волны и донным сигналом. Выходы измерителей 7 и 8 соединены с входом вычислителя 9 отношения параметров U_SN/U_R , выход которого является выходом устройства.

Устройство для измерения среднего диаметра зерен металлических изделий работает следующим образом.

Генератор зондирующих импульсов 1 возбуждает излучающую пластину 2 раздельно-совмещенного преобразователя 3. Приемная пластина 5 преобразователя регистрирует рассеянные на неоднородностях структуры объекта контроля 4 ультразвуковые импульсы, которые передаются на высокочастотный усилитель 6, усиливающий сигнал на 80-90 дБ. С усилителя 6 сигнал поступает на измеритель 7 амплитуды импульса релеевской волны в контактной зоне преобразователя U_R и на измеритель 8 среднего уровня структурных шумов U_SN в зоне контроля между импульсом релеевской волны и донным сигналом. Затем с помощью вычислителя 9 определяется отношение U_SN/U_R , на основании которого определяется средний диаметр зерен металла контролируемого объекта 4.

Устройство для определения среднего диаметра зерен металлических изделий, содержащее ультразвуковой контактный раздельно-совмещенный преобразователь, генератор зондирующих импульсов, соединенный с излучающей пластиной преобразователя, и усилитель, подключенный к приемной пластине преобразователя, отличающееся тем, что дополнительно снабжено измерителем амплитуды импульса релеевской волны в контактной зоне преобразователя U_R, измерителем среднего уровня амплитуды структурных шумов U_SN в зоне контроля между импульсом релеевской волны и донным сигналом и вычислителем отношения указанных параметров U_SN/U_R, при этом входы измерителей параметров U_SN и U_R соединены с выходом усилителя, а выходы измерителей - с соответствующими входами вычислителя, выход которого является выходом устройства.