Ультразвуковое устройство для исследования образцов материалов

 

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения изменения поглощения и скорости ультразвука в образцах материалов. Цель изобретения - повьшеиие быстродействия и точности измерений за счет независимой балансировки устройства по фазе и амплитуде. При помощи генератора синусоидального напряжения и второго ключа по сигналам синхронизатора на излучающий электроакустический преобразователь пода ют зондирующие радиоимпульсы. Акустические импульсы проходят через исследуемый образец и принимаются приемным,электроакустическим преобразователем . Радиоимпульсы с выхода приемного электроакустического преобразователя сравниваются поочередно по амплитуде и фазе с радиоимпульсами сравнения, формируемыми в цепи первого фазовращателя, первого ключа и аттенюатора. Сигналы разбаланса поступают на первый и второй реверсивные двигатели, механически связанные соответственно с первым фазовращателем и аттенюатором. По величине фазы и амплитуды сигнала сравнения судят об изменении скорости и поглощения ультразвука. 2 ил. (Л 1C 00 4ib

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 29/00 (21) 3602703/25-28 (22) 06.06.83 (46) 23.02.86. Бюл.N- 7 (71) Физико-технический институт низких температур АН УССР (72) Н.Г.Бурма, Е.А.Иасалитин и А.Е.Кабанов (53) 620.179.16(088.8) (56) Приборы и техника эксперимента, 1970, - 5 с.124-126.

Авторское свидетельство СССР

У 489032, кл. G 01 М 29/00, 1972. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения изменения поглощения и скорости ультразвука в образцах материалов.

Цель изобретения — повьппение быстродействия и точности измерений за счет независимой балансировки уст„.Я0„,1213410 д ройства по фазе и амплитуде. При помощи генератора синусоидального напряжения и второго ключа по сигналам синхронизатора на излучающий электроакустический преобразователь подают зондирующие радиоимпульсы.

Акустические импульсы проходят через исследуемый образец и принимаются приемным электроакустическим преобразователем. Радиоимпульсы с выхода приемного электроакустического преобразователя сравниваются поочеред» но по амплитуде и фазе с радиоимпульсами сравнения, формируемыми в цепи первого фазовращателя, первого ключа и аттенюатора. Сигналы разбаланса поступают на первый и второй реверсивные двигатели, механически связанные соответственно с первым фазовращателем и аттенюатором. По величине фазы и амплитуды сигнала сравнения судят об изменении скоро» сти и поглощения ультразвука. 2 ил.

12! 3410

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения изменения поглощения и скорости ультразвука в образцах материалов.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности измерений за счет независимой балансировки устройства по фазе и амплитуде.

На фиг.l приведена блок-схема устройства; на фиг.2 — эпюры сигналов, поясняющие работу устройства.

Ультразвуковое устройство для исследования образцов материалов содержит последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, первый фазовращатель 2 первый ключ 3, аттенюатор 4 и усилитель 5, последовательно соединенные второй ключ 6 и излучающий электроакустический преобразователь 7, приемный электроакустический преобразователь 8, подключенный к входу усилителя 5, последовательно соединенные первый фазовый детектор 9 и первый реверсивный двигатель 10, механически связанный с управляющим входом первого фазовращателя 2, последова" тельно соединенные второй фазовый детектор 11 и второй реверсивный двигатель 12, механически связанный с управляющим входом аттенюатора 4 второй фазовращатель 13, вход которого подключен к генератору i синусоидального напряжения, а выход— к входу второго ключа 6, подключенные к выходу усилителя 5, последовательно соединенные амплитудный детектор 14 и блок 15 автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с управляющим входом усилителя, первую 16 и вторую 17 схемы выборки с запоминанием, выходы которых соединены с первыми входами первого 9 и второго 11 фазо» вых детекторов, а входы — с выходом амплитудного детектора 14, и синхронизатор 18, первый, второй и третий выходы которого соединены с управляющими входами соответственно второго фазовращателя 13, первого 3 и второго 6 ключей, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы соединены соответственно с вторыми входами первой 16 и второй 17 схем выборки с запоминанием и с вторыми входами первого 9 и второго 11 фазовых детекторов.

1О

2

Устройство работает следующим образом.

Непрерывные колебания с генератора синусоидального напряжения через первый 2 и второй 13 фазовращатели подаются на информационные входы первого 3 и второго 6 ключей соответственно. При подаче на управляющие входы этих ключей сигналов с выхода синхронизатора 18 на их выходах формируются соответственно когерентные зондирующие радиоимпуль" сы и радиоимпульсы сравнения длительностью и частотой высокочастотU ного заполнения, равной частоте генератора 1 синусоидального напряжения. Радиоимпульсы с выхода ключа

6 поступают на излучающий электроакустический преобразователь 7, излучающий акустическую волну в образец 19. Акустическая волна, прошедшая через образец, принимается приемным электроакустическим преобразователем 8. Радиоимпульсы сравнения с выхода ключа 3 поступают на аттенюатор 4 для плавного изменения амплитуды сигнала сравнения. Ключи

3 и 6 включаются не после каждого из синхроимпульсов (фиг.2,о), непрерывно следующих с периодом Т, а по программе, каждый цикл которой длится 4Т. Ключ 6 включается на время ц одновременно с подачей первого, второго и четвертого выделенных синхроимпульсов, а ключ 3 после второго, третьего и четвертого выделенных синхроимпульсов с задержкой во времени íà t * равное времени прохождения ультразвуком исследуемого образца 19. Зависимость амплитуды радиоимпульсов с выхода ключей 6 и 3 от времени приведена на эпюрах и в фиг.2) соответственно. Разность фаз этих когерентных сигналов плавно изменяется на произвольную величину при помощи первого фазовращателя 2 и модулируется вторым фазовращателем 13 на малую величину аР по закону меандра с периодом 4Т (эпюра 2) . Управление работой второго фазовращателя

13 производится управляющими сигналами с выхода синхронизатора 18.

В результате сигнал, поступающий на выход усилителя 5, представляет собой после синхроимпульса 20 только сигнал 11, прошедший через исследуемый образец 19, после синхроимпульса 22 — только сигнал U >, а после

1213410 4

55 синхроимпульсов 21 и 23 — геометрическую сумму обоих сигналов Ох при разности фаз между ними — ь у и ,1 + Ь соответственно. Зтот сигнал в усилителе 5 усиливается до уровня, удобного для последующей обработки, а сам уровень поддерживается при помощи блока 15 автоматической регулировки усиления. Благодаря этому скорость и точность балансировки ультразвукового устройства практически не зависят от поглощения ультразвука в исследуемом образце.

Радиоимпульсы с выхода усилителя

5 после детектирования амплитудным детектором 14 с малой постоянной времени (0,1 ь„) превращаются . в видеоимпульсы с результирующим периодом 4Т (эпюра q) . Последние подаются на первые входы первой 16 и второй 17 схем выборки с запоминанием, при помощи которых производится выделение сигналов разбаланса ультразвукового устройства по фазе и амплитуде.

Сигнал разбаланса по амплитуде вырабатывается на выходе второй схемы 17 выборки с запоминанием путем считывания и последующего запоминания амплитуды видеоимпульсов, появляющихся на выходе амплитудного детектора 14, в интервале времени

/\ д< < + „после подачи выделенных синхроимпульсов 20 и 22.

Информация о величине и знаке сигнала разбаланса по амплитуде содержится в огибающей сигнала на выходе второй схемы 17 выборки с запоминанием (эпюра е), представляющей собой меандр с периодом 4Т.

Сигнал разбаланса ультразвукового устройства по фазе вырабатывается на выходе первой схемы 16 выборки с запоминанием путем считывания ипоследующего запоминания амплитуды видеоимпульсов, появляющихся на выходе амплитудного дискриминатора 14 в интервале времени 4» t + 1,,гд + после подачи выделенных синхроимпульсов 21 и 23. Информация о величине и знаке разбаланса по фазе содержится в огибающей сигнала на выходе первой схемы 16 выборки с запоминанием (эпюра ж), представляющей собой меандр с периодом 4Т. При Ь11 (< с<1 сигнал разбаланса ультразвукового устройства по фазе пропорционален .кИ /сс у и переходит через нуль с

50 изменением знака при ty = пЯ, ь = О, 1,2,3.... Строб-импульсы, управляющие работой первой 16 и второй 17 схем выборки с запоминанием (эпюры н и y), поступают на эти схемы с выходов синхронизатора 18. Длительность строб-импульсов и их задержка во времени относительно синхроимпульсов a* cT выбирают.ся таким образом, чтобы исключить влияние переходных процессов на результат измерений.

Сигналы разбаланса по фазе и амп» литуде с выхода первой 16 и второй

17 схем выборки с запоминанием поступают на первые входы первого 9 и второго ll фазовых детекторов. Соответствующнм образом сфазированные опорные сигналы с выходов синхронизатора 18 в виде меандра с периодом

4Т поступают на вторые входы этих фазовых детекторов. В результате на их выходах вырабатываются сигналы разбаланса по фазе и амплитуде в виде сигналов постоянного тока, которые управляют работой реверсивных двигателей 10 и 12. Последние и осуществляют балансировку ульразвукового устройства, изменяя при помощи первого фазовращателя 2 и аттенюатора 4 амплитуду и фазу сигнала сравнения. Балансу соответствует равенство амплитуд и противофазность или синфазность сравниваемых сигналов.

Изменение за счет внешних воздействий коэффйциента поглощения м и скорости 5 ультразвука в исследуемом образце длиной L определяется по изменению амплитуды и фазы сигнала сравнения по формулам

5 "срг дс6 = — Otl

Сре г

Ьб 2 1 (г Ж) в которьгх 11 и, — амплитуда и фаза сигнала сравнения до внешнего возДействиЯ а Uсрг и 11 2 посл него, f — частота генератора 1 синусоидального напряжения.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для исследования образцов материалов, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, первый фазовращатель, первый ключ, аттенюатор и усилитель, после1213410

Фиг.! довательно соединенные второй ключ и излучающий электроакустический преобразователь, приемный электроакустический преобразователь, подключеннь1й к входу усилителя, последовательно соединенные первый фазовый детектор и первый реверсивный двигатель, механически связанный с управляющим входом первого фазовращателя, последовательно соединенные второй фазовый детектор и второй реверсивный двигатель, механически связанный с управляющим входом аттенюатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно снабжено вторым фазовращателем, вход которого подключен к генератору синусоидального напряжения, а выход — к входу второго ключа, подключенным к выходу. усилителя, последовательно соединенными амплитудным детектором и ,блоком автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с управляющим входом усилителя, первой и второй схемами выборки с запоминанием, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго

1р фазовых детекторов, а входы — с выходом амплитудного детектора, и синхронизатором, первый, второй и третий выходы которого соединены с управляющими входами соответственно второго фазовращателя, первого и второго ключей, четвертый, пятый, ! шестой и седьмой выходы соединены, соответственно с вторыми входами первой и второй схем выборки с за2б поминанием и с вторыми входами первого и второго фазовых детекторов.

BHHHIIH Заказ 777/54 Тираж 778 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

21

1213410

Фиа2

22