RU2011193C1

RU2011193C1 - Device for ultrasonic inspection of articles

Info

Publication number: RU2011193C1
Authority: RU
Inventors: А.В. Захаров
Original assignee: Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского
Priority date: 1991-06-20
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: non-destructive inspection. SUBSTANCE: device has a delay line, spectrum analyzer, acoustic wave source. The device is adjusted on a flaw-free portion by varying a length of the delay line till obtaining sharp minimum on a frequency spectrum. Method of ultrasonic inspection involves emitting and receiving an surface acoustic wave and determining the presence of flaw by a shift of the minimum of the spectrum analyzer. EFFECT: enhanced accuracy. 1 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковыми методами и может быть использовано при контроле качества изделий. The invention relates to non-destructive testing by ultrasonic methods and can be used in quality control of products.

Известно устройство для ультразвукового контроля изделий, состоящее из генератора зондирующих импульсов, последовательно соединенных усилителя с аттенюатором, временного селектора и анализатора спектра, преобразователя излучающего с пьезопластиной, подключенной к генератору зондирующих импульсов, преобразователя приемного с пьезопластиной, подключенной к входу усилителя с аттенюатором [1] . A device for ultrasonic testing of products is known, consisting of a probe pulse generator, a serially connected amplifier with an attenuator, a temporary selector and a spectrum analyzer, a transmitter emitting with a piezo plate connected to a probe pulse generator, a receiver transducer with a piezo plate connected to the input of the amplifier with an attenuator [1] .

Недостатком такого устройства является то, что оно не позволяет с необходимой чувствительностью обнаруживать дефекты с низким коэффициентом отражения ультразвука. The disadvantage of this device is that it does not allow the necessary sensitivity to detect defects with a low reflection coefficient of ultrasound.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ультразвуковое устройство, состоящее из генератора зондирующих импульсов, последовательно соединенных усилителя временного селектора и анализатора спектра, демпфера, наклонной призмы с первой излучающей пьезопластиной, подключенной к генератору зондирующих импульсов, наклонной призмы с первой приемной пьезопластиной, подключенной к усилителю, и второй приемной пьезопластиной, соединенной акустически с демпфером и подключенной к усилителю с аттенюатором параллельно первой приемной пьезопластине [2] . The closest in technical essence to the proposed device is an ultrasonic device consisting of a probe pulse generator, a serially connected time-domain amplifier and a spectrum analyzer, a damper, an inclined prism with a first radiating piezoelectric plate connected to a probe pulse generator, an inclined prism with a first receiving piezoelectric plate connected to the amplifier, and a second receiving piezoelectric plate, acoustically connected to the damper and connected to the amplifier with an attenuator parallel to the first receiving piezoplate [2].

Недостатком этого устройства является сложность перехода с контроля изделий из одного материала на контроль изделий из другого материала (с другой скоростью ультразвука), так как в этом случае необходимо иметь уже другую акустическую задержку, что ограничивает область применения этого способа. Кроме того, существует большая разница в амплитудах эхо-импульсов в акустической задержке импульсов, полученных в контролируемом изделии, что приводит к недостаточной чувствительности устройства. The disadvantage of this device is the complexity of the transition from the control of products from one material to the control of products from another material (with a different ultrasound speed), since in this case it is necessary to have a different acoustic delay, which limits the scope of this method. In addition, there is a large difference in the amplitudes of the echo pulses in the acoustic delay of the pulses received in the controlled product, which leads to insufficient sensitivity of the device.

Цель изобретения - повышение чувствительности. The purpose of the invention is to increase sensitivity.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля изделий, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов и излучающую пьезопластину с наклонной призмой и последовательно соединенные приемную пьезопластину с наклонной призмой, усилитель, временной селектор и анализатор спектра, снабжено аттенюатором и акустической регулируемой линией задержки переменной длины с микрометрическим винтом, излучатель которой подключен к выходу генератора зондирующих импульсов, а приемник - с входом аттенюатора, связанного выходом с входом усилителях. This goal is achieved by the fact that the device for product control, containing a serially connected probe pulse generator and a radiating piezoelectric plate with an inclined prism and a serially connected receiving piezoelectric plate with an inclined prism, an amplifier, a time selector and a spectrum analyzer, is equipped with an attenuator and an acoustic adjustable delay line of variable length with a micrometer screw, the emitter of which is connected to the output of the probe pulse generator, and the receiver - with the attenuator input, associated with output with input amplifiers.

Сущность изобретения состоит в том, что акустический тракт устройства состоит из двух каналов таким образом, что один канал выполняет роль эталонного (опорного) канала, т. е. в этом канале ультразвуковой импульс, сформированный с помощью излучающего преобразователя и принятый приемным преобразователем, не меняет свои параметры (спектр, фазу и время прихода на приемную пьезопластину), но появляется возможность изменять (уменьшать) его амплитуду с помощью аттенюатора и задержку относительно исследуемого импульса с помощью вращения микрометрического винта. Исследуемый импульс формируется в другом канале, пройдя контролируемый участок изделия, и имеет изменяющийся спектр, фазу, время прихода на первую приемную пьезопластину и амплитуду в зависимости от качества изделия. Предлагаемое устройство позволяет контролировать изделия из различных материалов, имеющих большой диапазон скоростей ультразвука за счет быстрого уменьшения или увеличения (в зависимости от уменьшения или возрастания скорости) длины линии акустической задержки при помощи микрометрического винта (который уменьшает или увеличивает длину линии задержки, а аттенюатор позволяет уменьшать амплитуду эталонного сигнала (так как в данном устройстве она больше, чем амплитуда исследуемого импульса) и тем самым выравнивать амплитуды в обоих каналах, что позволяет получить в суммарном спектре исследуемого импульса и эталонного (опорного) импульса четкий (острый и глубокий) интерференционный минимум на любой частоте, лежащей в полосе пропускания преобразователей, и тем самым повысить чувствительность контроля, так как положение этого интерференционного минимума находится в функциональной зависимости от качества изделия. The essence of the invention lies in the fact that the acoustic path of the device consists of two channels in such a way that one channel acts as a reference (reference) channel, i.e., in this channel the ultrasonic pulse generated by the emitting transducer and received by the receiving transducer does not change own parameters (spectrum, phase and time of arrival at the receiving piezoelectric plate), but it becomes possible to change (decrease) its amplitude with the help of an attenuator and the delay relative to the pulse under study using microm rotation tricolor screw. The studied pulse is formed in another channel, having passed the controlled section of the product, and has a changing spectrum, phase, time of arrival at the first receiving piezoelectric plate and amplitude depending on the quality of the product. The proposed device allows you to control products from various materials having a wide range of ultrasound speeds by rapidly reducing or increasing (depending on decreasing or increasing speed) the length of the acoustic delay line using a micrometer screw (which reduces or increases the length of the delay line, and the attenuator allows you to reduce the amplitude of the reference signal (since in this device it is larger than the amplitude of the studied pulse) and thereby equalize the amplitudes in both which allows one to obtain a clear (sharp and deep) interference minimum at any frequency lying in the passband of the converters in the total spectrum of the studied pulse and the reference (reference) pulse, and thereby increase the sensitivity of the control, since the position of this interference minimum is in the functional depending on the quality of the product.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. The drawing shows a structural diagram of the proposed device.

Устройство содержит параллельно соединенные излучающую пьезопластину 1 и излучатель 2, которые подключены к генератору 3 зондирующих импульсов. Излучающую пьезопластина 1 акустически соединена с наклонной призмой 4, а излучатель 2 - с жидкой, например, из трансформаторного масла линией 5 акустической задержки и переменной длины, другой конец которой акустически соединен с приемником 6. Наклонная призма 4 акустически контактирует с контролируемым изделием 7, которое акустически контактирует с наклонной призмой 8, акустически соединенной с пьезопластиной 9, которая подключена к входу усилителя 10. Приемник 6 подключен к входу аттенюатора 11, выход которого подключен к входу усилителя 10 параллельно приемной пьезопластине 9. Выход усилителя 10 подключен к входу переменного селектора 12, выход которого подключен к анализатору 13 спектра. Приемник 6 соединен также с микрометрическим винтом 14. The device contains parallel connected radiating piezoelectric plate 1 and emitter 2, which are connected to the generator 3 of the probe pulses. The emitting piezoelectric plate 1 is acoustically connected to the inclined prism 4, and the emitter 2 is connected to a liquid, for example, from transformer oil, by an acoustic delay and variable length line 5, the other end of which is acoustically connected to the receiver 6. The inclined prism 4 is acoustically in contact with the controlled product 7, which acoustically contacts with an inclined prism 8, acoustically connected to the piezoelectric plate 9, which is connected to the input of the amplifier 10. The receiver 6 is connected to the input of the attenuator 11, the output of which is connected to the input of the amplifier 10 p parallel to the receiving piezoelectric plate 9. The output of the amplifier 10 is connected to the input of a variable selector 12, the output of which is connected to the spectrum analyzer 13. The receiver 6 is also connected to the micrometer screw 14.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Генератор 3 зондирующих импульсов вырабатывает импульс электрических колебаний, возбуждающий ультразвуковые колебания излучающей пьезопластиной 1, например на рабочей частоте 5 МГц, через наклонную призму 4 в контролируемом изделии 7 в виде поверхностной или головной волн, а излучателем 2 - тоже на рабочей частоте 5 МГц в линии 5 акустической задержки переменной длины. Импульсы поверхностной или головной волн после взаимодействия с участком длиной lи в изделии 7 приходят через наклонную призму 8 на приемную пьезопластину 9, а ультразвуковые импульсы в линии 5 акустической задержки переменной длины приходят на приемник 6 и преобразуются обратно в электрические колебания. Далее импульсы поверхностной или головной волн, провзаимодействующие с участком длиной lи контролируемого изделия 7, в виде электрических сигналов поступают на усилитель 10, а импульсы, прошедшие линию 5 акустической задержки переменной длины в виде электрических сигналов, поступают на аттенюатор 11. С помощью аттенюатора 11 амплитуда эталонных (опорных) импульсов, полученных в линии 5 акустической задержки переменной длины, выравнивается с амплитудой импульсов поверхностной или головной волн, прошедших участок контролируемого изделия 7, и поступают также на вход усилителя 10, с выходом которого суммарный электрический сигнал исследуемых и эталонных (опорных) импульсов поступает на вход временного селектора 12, который селектирует суммарный сигнал от других мешающих сигналов и подает его на анализатор 13 спектра для наблюдения суммарного спектра, в котором наблюдается четкий один или несколько интерференционных минимумов, число которых зависит от того, какая величина задержки установлена между импульсами, прошедшими участок изделий 7, и эталонными (опорными) импульсами за счет перемещения второго приемника относительно излучателя 2 с помощью вращения вправо или влево микрометрического винта 14. Фиксируя положение микрометрического винта 14 и измеряя величину (положение) частотного минимума на качественном участке изделия (или рабочего тест-образца), начинают проводить контроль, а дефекты обнаруживают по смещению интерференционного минимума на дефектном участке. (56) 1. Методы неразрушающих испытаний. Под ред. Р. Шарна. М. : Мир, 1972, с. 59-70. The probe pulse generator 3 generates an electrical oscillation pulse that excites ultrasonic vibrations by the emitting piezoelectric plate 1, for example, at the operating frequency of 5 MHz, through the inclined prism 4 in the controlled product 7 in the form of surface or head waves, and by the emitter 2 also at the operating frequency of 5 MHz in line 5 acoustic delays of variable length. The pulses of the surface or head waves after interacting with a section of length l and in the product 7 come through an inclined prism 8 to the receiving piezoelectric plate 9, and the ultrasonic pulses in the acoustic delay line 5 of variable length come to the receiver 6 and are converted back into electrical vibrations. Then, surface or head wave pulses interacting with a section of length l and of the controlled product 7 are fed into the amplifier 10 in the form of electrical signals, and pulses passing the variable-length acoustic delay line 5 in the form of electrical signals are fed to the attenuator 11. Using the attenuator 11, the amplitude reference (reference) pulses received in line 5 of the acoustic delay of variable length, is aligned with the amplitude of the pulses of the surface or head waves that have passed the portion of the controlled product 7, and also arrive at the input of amplifier 10, with the output of which the total electrical signal of the studied and reference (reference) pulses is fed to the input of a temporary selector 12, which selects the total signal from other interfering signals and feeds it to the spectrum analyzer 13 to observe the total spectrum in which a clear one or more interference minima, the number of which depends on how much delay is set between the pulses that have passed the product section 7 and the reference (reference) pulses per second If the second receiver is moved relative to the emitter 2 by rotating the micrometer screw 14 to the right or left. Fixing the position of the micrometer screw 14 and measuring the value (position) of the frequency minimum on a high-quality part of the product (or a working test sample), they begin to carry out control, and defects are detected by displacement of the interference minimum in the defective area. (56) 1. Non-destructive testing methods. Ed. R. Sharn. M.: World, 1972, p. 59-70.

2. Авторское свидетельство СССР N 1763971, кл. G 01 N 29/04, 1991. 2. USSR author's certificate N 1763971, cl. G 01 N 29/04, 1991.

Claims

DEVICE FOR ULTRASONIC PRODUCT CONTROL OF PRODUCTS, comprising a series-connected probe pulse generator and a radiating piezoelectric plate with an inclined prism and a series-connected receiving piezoelectric plate with an inclined prism, an amplifier, a time selector and a spectrum analyzer, characterized in that, in order to increase sensitivity, it is equipped with an attenuator and an acoustic adjustable delay line of variable length with a micrometer screw, the emitter of which is connected to the output of the probe generator xs, and the receiver - to the input of the attenuator, connected by the output to the input of the amplifier.