Ультразвуковой способ измерения толщины изделия с большим затуханием ультразвука и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к методам неразрушающих испытаний и может быть использовано для ультразвуковой толщинометрии изделий, выполненных из материалов с большим затуханием ультразвука. Цель изобретения - повышение точности определения толщины изделий с большим затуханием ультразвука - достигается путем излучения в изделие фазоманипулированного зондирующего сигнала, получения с помощью оптимальной фильтрации автокорреляционной функции принятого отраженного от противоположной стенки изделия эхо-сигнала и определения толщины изделия по известной скорости распространения ультразвука и разнице во времени между моментом окончания фазоманипулированного зондирующего сигнала и моментом, соответствующим максимуму автокорреляционной функции эхо-сигнала. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к методам неразрушающих испытаний и может быть использовано для ультразвуковой толщинометрии изделий, выполненных из материалов с большим затуханием ультразвуков.

Известен способ ультразвуковой импульсной толщинометрии, заключающийся в том, что в изделие вводятcя короткие ультразвуковые импульсы и по разнице во времени между передними фронтами излучаемого сигнала и эхо-сигнала от противоположной стенки изделия определяют его толщину [1] Недостаток этого способа невысокая точность измерения толщины изделий, выполненных из материалов с большим затуханием ультразвука, из-за увеличения длительности фронтов и уменьшения амплитуды принятого эхо-сигнала.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ толщинометрии [2] заключающийся в том, что в изделие вводят зондирующий сигнал, принимают отраженный от противоположной стенки эхо-сигнал, определяют момент времени, соответствующий максимуму этого эхо-сигнала, и по известной скорости распространения ультразвука и разнице во времени между началом зондирующего сигнала и максимумом эхо-сигнала определяют толщину изделия. Указанный способ реализуется с помощью устройства, состоящего из излучающего и приемного ультразвуковых преобразователей, генератора возбуждающих короткоимпульсных сигналов, входного усилителя, порогового ограничителя, дифференциатора, нуль-органа и измерителя временных интервалов, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора.

Недостаток указанного способа невысокая точность измерения толщины изделий, выполненных из материалов с большим затуханием ультразвука, из-за смещения во времени и уменьшения по величине максимума эхо-сигнала.

Таким образом, из анализа уровня техники ультразвуковой толщинометрии видно, что в известных способах и устройствах не решена задача точного определения толщины изделий, имеющих большое затухание.

Цель изобретения повышение точности определения толщины изделий с большим затуханием ультразвука.

В предлагаемом способе ультразвуковой толщинометрии в изделие вводят фазоманипулированный зондирующий сигнал, принимают отраженный от противоположной стенки эхо-сигнал, получают путем оптимальной фильтрации эхо-сигнала его автокорреляционную функцию и определяют момент времени, соответствующий максимуму автокорреляционной функции. Толщину изделия определяют по известной скорости распространения ультразвука и разнице во времени между моментом окончания фазоманипулированного зондирующего сигнала и моментом, соответствующим максимуму автокорреляционной функции эхо-сигнала.

Поставленная цель достигается с помощью устройства, содержащего генератор фазоманипулированных зондирующих сигналов, широкополосные излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи, входной усилитель, оптимальный фильтр, пороговый ограничитель, дифференциатор, нуль-орган и измеритель временных интервалов.

На фиг. 1 представлена схема ультразвукового способа толщинометрии и структурная схема устройства для его реализации; на фиг. 2 временная диаграмма сигналов: зондирующего (а), приемного (б), отфильтрованного (в), послепорогового (г) и продифференцированного (д) ограничения.

Способ реализуется с помощью устройства, содержащего последовательно соединенные генератор 1 фазоманипулированных возбуждающих сигналов и широкополосный излучающий ультразвуковой преобразователь 2, последовательно соединенные широкополосный приемный ультразвуковой преобразователь 4, входной усилитель 5, оптимальный фильтр 6, пороговый ограничитель 7, дифференциатор 8, нуль-орган 9 и измеритель 10 временных интервалов, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора.

Способ ультразвуковой толщинометрии изделий с большим затуханием ультразвука заключается в следующем.

Излучают в изделие с помощью излучающего ультразвукового преобразователя фазоманипулированный зондирующий сигнал (фиг. 2,а), с этой же стороны изделия с помощью приемного ультразвукового преобразователя принимают отраженный эхо-сигнал (фиг. 2, б) соответствующий отражению зондирующего сигнала от противоположной стенки изделия, усиливают его и оптимально фильтруют, получая на выходе оптимального фильтpа автокорреляционную функцию эхо-сигнала (фиг. 2,в). Форма автокорелляционной функции, амплитуда ее основного лепестка, а также соотношение амплитуд основного и боковых лепестков существенным образом зависят от степени затухания зондирующего сигнала при его прохождении в изделии от излучающего к приемнику преобразователю. Положение же максимума автокоppеляционной функции, соответствующего максимуму основного лепестка, зависит не от степени затухания зондирующего сигнала, а только от времени прохождения этого сигнала, т.е. в конечном счете, от толщины изделия. С целью наилучшей фиксации момента времени, соответствующего максимуму автокорреляционной функции, ее подвергают пороговому ограничению снизу (фиг. 2, г) и дифференцируют (фиг. 2,д). Момент времени, соответствующий переходу через нуль продифференцированной автокорреляционной функции, в точности соответствует моменту времени, соответствующему максимуму автокорреляционной функции. По разнице во времени t между этим моментом и моментом, соответствующим окончанию зондирующего сигнала и известной скорости С распространения ультразвука в изделии определяют его толщину h C t/2.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 фазоманипулированный сигналов возбуждает широкополосный излучающий ультразвуковой преобразователь 2, который излучает в изделие 3 фазоманипулированный зондирующий сигнал. Отраженный от противоположной стенки изделия фазоманипулированный эхо-сигнал принимается широкополосным приемным ультразвуковым преобразователем 4, усиливается во входном усилителе 5, подается на вход оптимального фильтра 6, с выхода которого снимается автокорреляционная функция эхо-сигнала. Эта функция ограничивается снизу в пороговом ограничителе 7, дифференцируется в дифференциаторе 8 и подается на нуль-орган 9. Нуль-орган вырабатывает короткий видеоимпульс в момент времени, соответствующей прохождению через нуль продифференцированнoй автокорреляционной функции эхо-сигнала, то есть в момент ее максимума. Такой же короткий видеоимпульс, соответствующий окончанию зондирующего сигнала, снимается со второго выхода генератора 1. Оба этих сигнала подаются на два входа измерителя 10 интервала времени. По разнице времени t между этими сигналами и известной скорости С распространения ультразвука определяется толщина изделия h C t/2.

Изобретение позволяет повысить точность измерения толщины изделия за счет того, что местоположение максимума автокорреляционной функции эхо-сигнала на оси времени не зависит от степени затухания ультразвука. При оптимальной фильтрации фазоманипулированных сигналов возрастает величина их максимума в тем большей степени, чем больше база сигналов.

Формула изобретения

1. Ультразвуковой способ измерения толщины изделия с большим затуханием ультразвука, заключающийся в том, что в изделие вводят зондирующий сигнал и принимают донный эхо-сигнал, отличающийся тем, что в качестве зондирующего сигнала используют фазоманипулированный сигнал с узким главным лепестком его автокорреляционной функции, после приема эхо-сигнала получают его автокорреляционную функцию путем оптимальной фильтрации, фиксируют момент времени, при котором эта функция максимальна, а толщину изделия определяют по интервалу времени между моментом окончания фазоманипулированного зондирующего сигнала и зафиксированным моментом времени.

2. Устройство для измерения толщины изделия с большим затуханием ультразвука, содержащее последовательно соединенные генератор возбуждающих сигналов, излучающий преобразователь, приемный преобразователь, входной усилитель, пороговый ограничитель, дифференциатор, нуль-орган и измеритель временных интервалов, второй вход которого связан с вторым выходом генератора возбуждающих сигналов, отличающееся тем, что оно снабжено оптимальным фильтром, включенным между выходом входного усилителя и входом порогового ограничителя, генератор возбуждающего сигнала выполнен в виде генератора фазоманипулированного сигнала, а излучающий и приемный преобразователи выполнены широкополосными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2