RU2560753C1 - Mirror-shadow method for ultrasonic inspection with differential compensation for interfering factors - Google Patents
Mirror-shadow method for ultrasonic inspection with differential compensation for interfering factors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2560753C1 RU2560753C1 RU2014127346/28A RU2014127346A RU2560753C1 RU 2560753 C1 RU2560753 C1 RU 2560753C1 RU 2014127346/28 A RU2014127346/28 A RU 2014127346/28A RU 2014127346 A RU2014127346 A RU 2014127346A RU 2560753 C1 RU2560753 C1 RU 2560753C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channels
- generator
- flaw detector
- signal
- offset
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Зеркально-теневой способ ультразвукового контроля с разностной компенсацией мешающих факторов.Mirror-shadow method of ultrasonic testing with differential compensation of interfering factors.
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам для ультразвукового (УЗ) скоростного эксплуатационного контроля железнодорожного рельсового пути. Также изобретение может быть использовано для УЗ контроля изделий листового, сортового и фасонного проката.The invention relates to measuring equipment, and in particular to means for ultrasonic (ultrasound) high-speed operational control of a rail track. Also, the invention can be used for ultrasonic testing of products of sheet, long and shaped steel.
Из авторского свидетельства SU 1497561 А1 (30.07.1989) известен способ зеркально-теневого УЗ контроля изделий равного сечения, включая железнодорожные рельсы, и дефектоскоп для его реализации. Известный способ УЗ контроля включает формирование единственного измерительного канала посредством пары генератор-приемник дефектоскопа, предназначенной для излучения и приема УЗ по зеркально-теневой схеме контроля. Систему преобразователей дефектоскопа приводят в движение и прозвучивают объект контроля УЗ пучком. При этом проводят обработку сигналов с выхода измерительного канала. Наличие дефекта определяют по величине измеренной крутизны изменения амплитудной огибающей принятых колебаний, что позволяет повысить достоверность и точность контроля при значительных скоростях сканирования благодаря тому, что при нарушении акустического контакта из-за подпрыгиваний преобразователей на неровностях пути указанная крутизна изменения меньше аналогичной величины при появлении дефекта.From the copyright certificate SU 1497561 A1 (07/30/1989) there is a known method of mirror-shadow ultrasonic testing of products of equal cross section, including railway rails, and a flaw detector for its implementation. The known method of ultrasonic testing includes the formation of a single measuring channel through a pair of generator-receiver of the flaw detector, intended for radiation and reception of ultrasound according to the mirror-shadow control scheme. The system of flaw detector converters is set in motion and the object of ultrasonic beam monitoring is heard. In this case, signal processing is performed from the output of the measuring channel. The presence of a defect is determined by the value of the measured slope of the change in the amplitude envelope of the received oscillations, which allows to increase the reliability and accuracy of control at significant scanning speeds due to the fact that in case of disturbance of the acoustic contact due to bouncing of the transducers on irregularities of the path, the specified slope of the change is less than the same value when the defect occurs.
Зеркально-теневой метод УЗ контроля остается актуальным и в настоящее время. Однако практическая реализация зеркально-теневого метода, основанного на регистрации уменьшения амплитуды прошедшей УЗ волны под влиянием дефекта, затруднена из-за возможных ложных срабатываний, вызываемых падением уровня полезного сигнала по иным, чем указано в SU 1497561 А1, причинам, что делает известное техническое решение недостаточно эффективным. Увеличение зазора между поверхностью рельса и преобразователем при его подпрыгивании на неровностях пути вызывает ослабление измерительного сигнала, а так как форма рабочей грани в сечении рельса отличается от номинальной по причине износа, то измерительный сигнал от электроакустического преобразователя ослабляется вследствие рассеяния части энергии УЗ волн в разные стороны или из-за изменения траектории распространения упругих колебаний относительно приемников. Наличие коррозии на отражающей поверхности головки рельса также вызывает частичное рассеивание УЗ волн и как следствие ослабление регистрируемого сигнала. Загрязнения на отражающей поверхности головки рельса приводят к поглощению УЗ волн и ослаблению полезного сигнала. Кроме того, затухание УЗ волн отличается в рельсах разных производителей, что означает отличие амплитуд принимаемых сигналов от одних и тех же дефектов, если такие рельсы уложены в один путь.The mirror-shadow method of ultrasonic testing remains relevant at the present time. However, the practical implementation of the mirror-shadow method, based on recording a decrease in the amplitude of the transmitted ultrasonic wave under the influence of a defect, is difficult due to possible false responses caused by a drop in the level of the useful signal for reasons other than those specified in SU 1497561 A1, which makes a well-known technical solution not effective enough. An increase in the gap between the rail surface and the transducer when bouncing on irregularities of the path causes a weakening of the measurement signal, and since the shape of the working face in the rail section differs from the nominal one due to wear, the measurement signal from the electro-acoustic transducer is weakened due to the scattering of part of the energy of ultrasonic waves in different directions or due to changes in the path of propagation of elastic vibrations relative to the receivers. The presence of corrosion on the reflecting surface of the rail head also causes partial scattering of ultrasonic waves and, as a result, attenuation of the recorded signal. Pollution on the reflecting surface of the rail head leads to the absorption of ultrasonic waves and the weakening of the useful signal. In addition, the attenuation of ultrasonic waves differs in rails of different manufacturers, which means that the amplitudes of the received signals differ from the same defects if such rails are laid in the same way.
В каждом из перечисленных случаев в какой-то момент времени уровень полезного сигнала в приемнике упадет настолько, что станет ниже браковочного уровня и произойдет ложное срабатывание дефектоскопа, вызванное не наличием дефекта, а слишком большим рассеиванием или поглощением УЗ пучка. По данной причине зеркально-теневой метод УЗ контроля нашел пока еще недостаточное распространение в скоростной дефектоскопии такого важного объекта как рельсовый путь.In each of these cases, at some point in time, the level of the useful signal in the receiver will drop so much that it will become lower than the rejection level and the flaw detector will be triggered spontaneously, caused not by the presence of a defect, but by too much scattering or absorption of the ultrasonic beam. For this reason, the mirror-shadow method of ultrasonic testing has so far found insufficient distribution in high-speed flaw detection of such an important object as a rail track.
Наиболее близкими аналогами настоящего изобретения в части устройства и способа являются, соответственно, УЗ дефектоскоп по авторскому свидетельству SU 564592 А1 (04.11.1975) и реализуемый им зеркально-теневой способ УЗ контроля с разностной компенсацией мешающих факторов.The closest analogues of the present invention in terms of the device and method are, respectively, an ultrasonic flaw detector according to the copyright certificate SU 564592 A1 (04/04/1975) and the mirror-shadow method of ultrasonic testing that it implements with differential compensation of interfering factors.
УЗ дефектоскоп по SU 564592 А1 содержит две пары генератор-приемник из электромагнитно-акустических преобразователей (ЭМАП) для излучения и приема УЗ по зеркально-теневой схеме контроля, два детектора, блок сравнения и индикатор. При функционировании дефектоскопа происходит формирование первого и второго измерительных каналов, содержащих пары генератор-приемник электроакустических преобразователей и смещенных в пространстве по оси движения. Измерительные сигналы проходят детектирование и сравнение. Результирующий сигнал при этом характеризуется более высокой амплитудой помех, чем ослабленного в процессе обработки полезного сигнала. Однако сигналы помех имеют меньшую длительность, что позволяет отфильтровывать их.Ultrasonic flaw detector according to SU 564592 A1 contains two pairs of generator-receiver from electromagnetic-acoustic transducers (EMAP) for radiation and reception of ultrasonic ultrasound according to the mirror-shadow control scheme, two detectors, a comparison unit and an indicator. During the operation of the flaw detector, the first and second measuring channels are formed, containing pairs of generator-receiver electroacoustic transducers and displaced in space along the axis of movement. Measuring signals are detected and compared. The resulting signal is characterized by a higher noise amplitude than the attenuated signal during processing of the useful signal. However, the interference signals have a shorter duration, which allows you to filter them.
Известное техническое решение позволяет повысить надежность УЗ контроля благодаря увеличению соотношения сигнал-шум, но малоприменимо для эксплуатационного УЗ контроля железнодорожного рельсового пути, при котором в реальных условиях доступ к головке рельса ограничен из-за конструктивных особенностей рельсового пути и практически обеспечен по всей длине пути только со стороны рабочей боковой грани головки рельса, что требует медленного ручного контроля отдельных участков (стрелок, переездов и т.п.). Кроме того, при сканировании рельсового пути на высоких скоростях предпочтительно использование решений с более простой обработкой измерительных сигналов.The known technical solution allows to increase the reliability of ultrasonic monitoring due to an increase in the signal-to-noise ratio, but it is of little use for operational ultrasonic monitoring of a rail track, in which in real conditions access to the rail head is limited due to the design features of the rail track and is practically only provided along the entire length of the track from the side of the working side face of the rail head, which requires slow manual control of individual sections (arrows, crossings, etc.). In addition, when scanning a rail track at high speeds, it is preferable to use solutions with simpler processing of the measurement signals.
Задачей является повышение эффективности перспективного УЗ контроля с разностной компенсацией мешающих факторов, необходимой для эксплуатационного УЗ контроля железнодорожного рельсового пути.The objective is to increase the effectiveness of prospective ultrasonic testing with differential compensation of interfering factors necessary for operational ultrasonic monitoring of a rail track.
Обеспечиваемый настоящим изобретением первый технический результат заключается в повышении результативности и достоверности контроля при сканирования рельсового пути на высоких скоростях, а второй технический результат состоит при этом в упрощении способа УЗ контроля с разностной компенсацией мешающих факторов и устройства для его реализации.Provided by the present invention, the first technical result is to increase the effectiveness and reliability of control when scanning a rail track at high speeds, and the second technical result consists in simplifying the method of ultrasonic testing with differential compensation of interfering factors and a device for its implementation.
Данные технические результаты достигаются благодаря тому, что в зеркально-теневом способе УЗ контроля, включающем формирование первого и второго измерительных каналов, содержащих пары генератор-приемник электроакустических преобразователей и смещенных в пространстве по оси движения, центры акустических осей всех преобразователей располагают по одной линии в ряд так, что смещение между центрами приемников равно смещению между центрами генераторов. А в процессе сканирования получают разностный сигнал с выходов указанных каналов и сравнивают уровень данного сигнала с браковочным уровнем. Причем о присутствии дефекта судят по падению уровня разностного сигнала.These technical results are achieved due to the fact that in the mirror-shadow method of ultrasonic testing, including the formation of the first and second measuring channels containing pairs of generator-receiver electroacoustic transducers and offset in space along the axis of movement, the centers of the acoustic axes of all transducers are placed on one line in a row so that the offset between the centers of the receivers is equal to the offset between the centers of the generators. And in the process of scanning, a difference signal is obtained from the outputs of these channels and the level of this signal is compared with the rejection level. Moreover, the presence of a defect is judged by a drop in the difference signal level.
В частном случае смещение между измерительными каналами выбирают в диапазоне от 3 до 900 мм.In the particular case, the offset between the measuring channels is selected in the range from 3 to 900 mm.
В другом частном случае число измерительных каналов выбирают из условия N>2, где N - число каналов, являющееся четным. При этом каналы смещают равномерно, а сигнал измерительной информации получают как усредненную разность между сигналами из каналов с четными и нечетными номерами, или каналы смещают неравномерно, а разностным сигналам придают весовые коэффициенты и усредняют.In another particular case, the number of measuring channels is selected from the condition N> 2, where N is the number of channels that is even. In this case, the channels are shifted evenly, and the measurement information signal is obtained as the average difference between the signals from the channels with even and odd numbers, or the channels are shifted unevenly, and weight coefficients are given to the difference signals and averaged.
Также технические результаты достигаются благодаря тому, что в УЗ дефектоскопе, содержащем пары генератор-приемник для излучения и приема УЗ по зеркально-теневой схеме контроля, а также устройство для обработки данных, связанное своими входами с выходами приемников УЗ, генераторы и приемники УЗ расположены по одной линии в ряд, причем смещение между приемниками равно смещению между генераторами, а устройство для обработки данных выполнено с возможностью получения разностного сигнала с выходов измерительных каналов и сравнения уровня данного сигнала с браковочным уровнем.Technical results are also achieved due to the fact that in an ultrasonic flaw detector containing pairs of generator-receiver for emitting and receiving ultrasound according to a mirror-shadow control scheme, as well as a data processing device connected to its inputs with outputs of ultrasonic receivers, the generators and receivers of ultrasound are located at one line in a row, and the offset between the receivers is equal to the offset between the generators, and the data processing device is configured to receive a differential signal from the outputs of the measuring channels and compare the level d signal with rejection level.
В частном случае дефектоскоп содержит пары генератор-приемник с одинаковыми характеристиками электронно-акустического тракта.In a particular case, the flaw detector contains pairs of the generator-receiver with the same characteristics of the electro-acoustic path.
В другом частном случае дефектоскоп содержит пары генератор-приемник, расположенные со взаимным перекрытием.In another particular case, the flaw detector contains a pair of generator-receiver located with mutual overlap.
В другом частном случае смещение между генераторами составляет от 3 до 900 мм.In another particular case, the displacement between the generators is from 3 to 900 mm.
Также в частном случае все генераторы и приемники собраны в группы из однородных элементов.Also in the particular case, all the generators and receivers are assembled into groups of homogeneous elements.
В другом частном случае N>2, где N - число пар генератор-приемник, являющееся четным, а устройство для обработки данных выполнено с возможностью получения разностных сигналов с выходов чередующихся измерительных каналов.In another particular case, N> 2, where N is the number of generator-receiver pairs, which is even, and the data processing device is configured to receive differential signals from the outputs of alternating measuring channels.
В частном случае дефектоскоп содержит пары генератор-приемник, смещенные равномерно. При этом устройство для обработки данных выполнено с возможностью усреднения результата измерений.In a particular case, the flaw detector contains a pair of generator-receiver, offset uniformly. In this case, the data processing device is configured to averag the measurement result.
В еще одном частном случае дефектоскоп содержит пары генератор-приемник, смещенные неравномерно, причем устройство для обработки данных выполнено с возможностью придания разностным сигналам весовых коэффициентов при усреднении.In another particular case, the flaw detector contains pairs of generator-receiver, shifted unevenly, and the data processing device is configured to give the difference signals weighting coefficients during averaging.
Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.The invention is illustrated by the following illustrations.
Фиг. 1-2: зеркально-теневая схема УЗ контроля железнодорожного рельса при отсутствии дефектов, вид сверху, и форма сигнала на выходе измерительного канала.FIG. 1-2: mirror-shadow scheme of ultrasonic inspection of a railway rail in the absence of defects, top view, and waveform at the output of the measuring channel.
Фиг. 3-4: зеркально-теневая схема контроля рельса при появлении дефекта вблизи рабочей грани головки рельса и форма соответствующего сигнала на выходе.FIG. 3-4: mirror-shadow rail monitoring scheme when a defect appears near the working edge of the rail head and the shape of the corresponding output signal.
Фиг. 5-6: зеркально-теневая схема контроля рельса при наличии дефекта в центральной части головки и форма сигнала на выходе.FIG. 5-6: mirror-shadow scheme of rail monitoring in the presence of a defect in the central part of the head and the signal shape at the output.
Фиг. 7-8: зеркально-теневая схема контроля рельса с дефектом вблизи внешней части головки и форма измерительного сигнала.FIG. 7-8: mirror-shadow diagram of the control rail with a defect near the outer part of the head and the shape of the measuring signal.
Фиг. 9-10: показано увеличение ширины провала измерительного сигнала при обнаружении более протяженного дефекта.FIG. 9-10: shows the increase in the width of the dip of the measuring signal when a longer defect is detected.
Фиг. 11: схема УЗ контроля рельсов двумя парами преобразователей, вид сверху.FIG. 11: Ultrasound control circuit of rails with two pairs of converters, top view.
Фиг. 12: расположение моноблока УЗ преобразователей на головке рельса с внутренним дефектом, вид с торца рельса.FIG. 12: monoblock arrangement of ultrasonic converters on the rail head with an internal defect, view from the end of the rail.
Фиг. 13: расположение двухканального моноблока УЗ преобразователей на головке рельса, вид сбоку.FIG. 13: arrangement of a two-channel monoblock of ultrasonic converters on the rail head, side view.
Фиг. 14: упрощенная принципиальная схема УЗ дефектоскопа с разностной компенсацией мешающих факторов.FIG. 14: simplified circuit diagram of an ultrasonic flaw detector with differential compensation of interfering factors.
Фиг. 15-16: форма сигнала на выходе первого измерительного канала при кратковременном отрыве моноблока от головки рельса и при отсутствии отрыва соответственно.FIG. 15-16: waveform at the output of the first measuring channel for a short-term separation of the monoblock from the rail head and in the absence of separation, respectively.
Фиг. 17-18: форма сигнала на выходе второго измерительного канала при кратковременном отрыве моноблока от головки рельса и при отсутствии отрыва.FIG. 17-18: waveform at the output of the second measuring channel for a short-term separation of the monoblock from the rail head and in the absence of separation.
Фиг. 19-20: форма разностного сигнала при отрыве моноблока от поверхности рельса и при отсутствии отрыва.FIG. 19-20: the form of the difference signal when the monoblock is torn off the rail surface and in the absence of separation.
Фиг. 21: четырехканальный моноблок с равномерным смещением каналов.FIG. 21: four-channel monoblock with uniform channel offset.
Фиг. 22: четырехканальный моноблок с неравномерным смещением каналов.FIG. 22: four-channel monoblock with uneven channel offset.
Осуществление настоящего изобретения показано на примере конструкции УЗ дефектоскопа, предпочтительной для скоростного эксплуатационного контроля рельсового пути.The implementation of the present invention is shown on the example of the design of ultrasonic flaw detector, preferred for high-speed operational control of the rail track.
Использующий зеркально-теневую схему УЗ контроля дефектоскоп содержит пару акустически связанных между собой электроакустических преобразователей 1 и 2 (фиг. 1). Преобразователь 1 выполняет функцию генератора УЗ колебаний, а преобразователь 2 служит приемником отраженных УЗ волн и генерирует на своем выходе измерительный электрический сигнал (фиг. 2). Оба преобразователя размещены со стороны рабочей боковой поверхности рельса 3. Зеркально-теневая схема УЗ контроля рельса позволяет по форме сигнала определить глубину нахождения внутреннего дефекта 4 и его размер (фиг. 3-10).Using a mirror-shadow scheme of ultrasonic testing, the flaw detector contains a pair of acoustically-connected electro-
В качестве электроакустических преобразователей использованы ЭМАП 1, 2, 5 и 6. ЭМАП 1 и 2 образуют первую пару акустически связанных преобразователей. Вторая пара образована ЭМАП 5 и 6. ЭМАП 1 и 5 выполняют функцию генераторов УЗ колебаний, а ЭМАП 2 и 6 служат приемниками отраженных от противоположной грани головки рельса 3 УЗ волн. При этом центры акустических осей всех ЭМАП расположены в один ряд и находятся на одной линии 1-1 (фиг. 11-13), конструктивно образуя линейный моноблок 7 преобразователей на общей несущей платформе. Рабочие поверхности ЭМАП 1, 2, 5 и 6 лежат в одной плоскости и обращены к объекту контроля. Пары ЭМАП расположены со взаимным перекрытием, т.к. элементы первой пары преобразователей чередуются с элементами второй пары. За счет чередования элементов пар генераторы 1, 5 образуют по своему расположению первую однородную группу, а приемники 2, 6 образуют вторую однородную группу, отдаленную от первой группы.EMAC 1, 2, 5 and 6 were used as electroacoustic transducers. EMAP 1 and 2 form the first pair of acoustically coupled transducers. The second pair is formed by EMAT 5 and 6. EMAT 1 and 5 serve as generators of ultrasonic vibrations, and EMAT 2 and 6 serve as receivers of ultrasonic waves reflected from the opposite face of the
Первая пара ЭМАП является частью первого измерительного канала, а вторая пара ЭМАП представляет собой часть второго измерительного канала. Оба канала расположены в одной плоскости зондирования и характеризуются акустической связью, соответственно, генератора 1 с приемником 2 и генератора 5 с приемником 6 по зеркально-теневой схеме контроля, для чего генераторы 1, 5 обеспечивают наклонный ввод УЗ луча в объект контроля, а приемники 2, 6 сдвинуты от них на расстояние, соответствующее толщине головки 3 рельса и углу ввода УЗ луча. Смещение d между центрами приемников равно смещению между центрами генераторов (фиг. 13) и составляет для данного примера 100 мм. Так как ЭМАП 1, 2, 5 и 6 являются однотипными, а закономерность их расположения одинакова, то характеристики электронно-акустических трактов полностью идентичны.The first pair of EMAT is part of the first measuring channel, and the second pair of EMAT is part of the second measuring channel. Both channels are located in the same sounding plane and are characterized by acoustic coupling, respectively, of
ЭМАП 1, 2, 5 и 6 электрически связаны своими входами/выходами с устройством управления и устройством для обработки данных, конструктивно выполненных в виде единого цифрового вычислительного устройства 8 с интерфейсной частью и аналоговыми функциональными узлами. Разностный усилитель (вычитатель) 9 измерительных сигналов является одним из указанных аналоговых функциональных узлов (фиг. 14) или реализуется компьютерными средствами в виде цифрового функционального узла.
УЗ дефектоскоп устанавливают на железнодорожную тележку и подводят моноблок 7 к рабочей боковой поверхности рельса 3. Устройство переводят в рабочий режим и начинают перемещать вдоль рельсового пути сканируя таким образом головку 3 рельса УЗ пучком в поисках внутренних дефектов типа поперечных трещин 4. На фигурах направление движения условно показано стрелкой V, однако благодаря однотипности ЭМАП 1, 2, 5 и 6 и симметричности схемы прозвучивания устройство способно работать и при перемещении в противоположном направлении.The ultrasonic flaw detector is mounted on a railway carriage and the
Устройство управления подает электрические импульсы на генераторы 1, 5 для излучения УЗ колебаний под одинаковым углом к поверхности рельса. При отсутствии дефекта 4 приемники 2 и 6 постоянно принимают отраженный от противоположной стенки головки 3 рельса акустический сквозной сигнал. Появление дефекта 4 ведет к падению уровня полезного сигнала. Во время сканирования сформированы два идентичных измерительных канала с максимально приближенными характеристиками, причем второй канал смещен в пространстве на расстояние d относительно первого канала по оси движения, совпадающей с продольной осью рельса (фиг. 11).The control device supplies electric pulses to the
Электрические сигналы с выходов приемников 2 и 6 имеют вид, показанный на фиг. 15-18, где: А - небольшой дефект; В - дефект средней величины, сопровождающийся отрывом моноблока 7 преобразователей от поверхности головки 3 рельса; С - стык рельсов; D - значительный дефект. При необходимости измерительные сигналы сначала проходят вспомогательную предварительную обработку, в частности, фильтрацию или предусиление, а затем поступают на вход разностного усилителя 9. Полученный разностный сигнал (фиг. 19 или 20) с выхода усилителя 9 передают на вход вычислительного устройства 8, сравнивающего уровень полученного разностного сигнала в первоначальном виде, или подвергнутого дополнительной постобработке, с установленным браковочным уровнем и реализующего другие заложенные в него алгоритмы обработки результатов измерений. Если падение уровня разностного сигнала превышает заданный браковочный уровень, то УЗ дефектоскоп сообщает оператору о присутствии в головке 3 рельса дефекта 4.The electrical signals from the outputs of the
Так как генераторы и приемники расположены по одной линии в ряд, а смещение между приемниками равно смещению между генераторами, то второй измерительный канал оказывается смещенным в пространстве относительно первого канала по оси движения при реализации показанной на фиг. 11 схемы. При этом дефект 4 сначала пересекает первый УЗ пучок, а через некоторое время второй пучок. Задержка между падениями сигналов с выходов приемников 2 и 6 при этом составит δt=d/υ, где: δt - временная задержка между сигналами; d - смещение между каналами; υ - скорость движения преобразователей относительно объекта контроля. Задержка между измерительными сигналами ведет к практически удвоению полной амплитуды сигнала от дефекта 4 на разностном сигнале. Однако какой-либо мешающий фактор, снижающий уровень принимаемого сигнала (подпрыгивание, рассеивание, коррозия, изменение формы профиля, отличие свойств реального рельса от настроечного и пр.), действует на измерительные каналы одновременно и в равной степени. Соответственно, вызванные мешающим фактором изменения измерительных сигналов временной задержки не имеют, а следовательно их разность будет близка к нулю, что позволяет отфильтровать таким образом данный сигнал помехи, а не бороться с мешающим фактором путем увеличения усиления дефектоскопа, что способно привести к пропуску небольшого или даже среднего дефекта. Как видно из фиг. 15 и 16, сигнал на выходе первого измерительного канала при кратковременном отрыве моноблока 7 от головки 3 рельса существенно отличается от сигнала при отсутствии отрыва. Аналогичная картина наблюдается для второго канала (фиг. 17, 18). Однако при этом кривая разностного сигнала при отрыве (фиг. 19) практически идентична кривой разностного сигнала при отсутствии отрыва (фиг. 20). Таким образом, отрыв моноблока 7 от головки 3 рельса не сказался на результирующей разнице сигналов, хотя для каждого из каналов по отдельности это было существенно.Since the generators and receivers are located on the same line in a row, and the offset between the receivers is equal to the offset between the generators, the second measuring channel is displaced in space relative to the first channel along the axis of motion in the implementation shown in FIG. 11 schemes. In this case,
Для вывода о присутствии в объекте контроля дефекта достаточно сравнить с браковочным уровнем падение уровня разностного сигнала, получаемого с выходов смещенных в пространстве по оси движения одинаковых (смещение между центрами приемников равно смещению между центрами генераторов) измерительных каналов, построенных по зеркально-теневой схеме. Отсутствие необходимости в какой-либо иной обработке сигналов, включая детектирование, необходимое в ранее известном способе, делает способ и устройство по настоящему изобретению максимально простыми, результативным и достоверным, что приобретает особую важность при сканирования рельсового пути на высоких скоростях, вплоть до 200 км/ч. Благодаря расположению центров акустических осей всех УЗ преобразователей по одной линии в ряд при зеркально-теневой схеме обеспечена возможность УЗ контроля с одной стороны объекта контроля - со стороны рабочей боковой грани головки рельса, что позволяет исключить ручные операции, а следовательно делает контроль проще, повышает его результативность и достоверность при сканирования рельсового пути на высоких скоростях.To conclude that there is a defect in the control object, it is enough to compare with the rejection level the drop in the level of the difference signal received from the outputs of the measurement channels constructed in the mirror-shadow scheme from the outputs of the displaced in space along the axis of movement identical (offset between the centers of the receivers equal to the offset between the centers of the generators). The absence of the need for any other signal processing, including the detection required in the previously known method, makes the method and device of the present invention as simple, efficient and reliable as possible, which is especially important when scanning a rail track at high speeds, up to 200 km / hours Due to the location of the centers of the acoustic axes of all ultrasonic transducers in one line in a row with a mirror-shadow scheme, the ultrasound control is possible on one side of the control object - from the side of the working side of the rail head, which eliminates manual operations, and therefore makes monitoring easier, increases it efficiency and reliability when scanning rail tracks at high speeds.
В процессе сканирования избирательность УЗ дефектоскопа к контролируемым дефектам объекта контроля будет тем выше, чем ближе друг к другу характеристики электронно-акустического тракта измерительных каналов, что определяется в значительной мере точностью задания равенства смещения между приемниками смещению между генераторами. Расстояние d выбирают опытным путем в зависимости от требований, в частности, к скорости контроля и размерам выявляемых дефектов. На практике повышении результативности и достоверности контроля при сканирования рельсового пути на высоких скоростях достигается, если величина d находится в диапазоне 3÷900 мм.During the scanning process, the selectivity of the ultrasonic flaw detector to the controlled defects of the test object will be the higher, the closer to each other the characteristics of the electron-acoustic path of the measuring channels, which is determined to a large extent by the accuracy of setting the equality of the offset between the receivers to the offset between the generators. The distance d is chosen empirically depending on the requirements, in particular, on the speed of control and the size of the detected defects. In practice, increasing the effectiveness and reliability of control when scanning a rail track at high speeds is achieved if the value of d is in the range of 3 ÷ 900 mm.
Расположение пар генератор-приемник со взаимным перекрытием, когда все генераторы и приемники собраны в группы из однородных элементов, необходимо, если величина d не должна превышать базовое расстояние между преобразователями в паре.The arrangement of generator-receiver pairs with mutual overlap, when all the generators and receivers are assembled in groups of homogeneous elements, is necessary if the value of d should not exceed the base distance between the converters in the pair.
Дополнительно повысить результативность и достоверность УЗ контроля при сканирования рельсового пути на высоких скоростях можно при получении измерительной информации с большего числа каналов. Число пар генератор-приемник для этого выбирают из условия N>2, где N - число каналов, являющееся четным. При этом возможны два варианта расположения пар генератор-приемник: равномерное и неравномерное. При равномерном взаимном смещении пар преобразователей (фиг. 21) сигнал измерительной информации получают как усредненную разность между сигналами из каналов с четными и нечетными номерами, что позволяет избавиться от случайных помех. Если каналы смещены неравномерно (фиг. 22, где S - константа), то разностным сигналам сначала придают весовые коэффициенты, корректируя таким образом результат для более точной избирательности, а потом усредняют.In addition, it is possible to increase the effectiveness and reliability of ultrasonic testing when scanning a rail track at high speeds when receiving measurement information from a larger number of channels. The number of generator-receiver pairs for this is chosen from the condition N> 2, where N is the number of channels, which is even. In this case, two options for the location of the pairs of the generator-receiver are possible: uniform and uneven. With a uniform mutual offset of the pairs of converters (Fig. 21), the measurement information signal is obtained as the average difference between the signals from the channels with even and odd numbers, which allows you to get rid of random noise. If the channels are shifted unevenly (Fig. 22, where S is a constant), then the difference signals are first weighted, thereby adjusting the result for more accurate selectivity, and then averaged.
Возможные реализация настоящего изобретения не ограничены представленным примером. Техническое решение подходит и для проведения контроля рельсового пути с поверхности катания для прозвучивания всего рельса и даже с боковой части шейки рельса. Также возможно улучшение избирательности УЗ дефектоскопов работающих, например, на основе теневого метода или метода многократной тени.Possible implementation of the present invention is not limited to the presented example. The technical solution is also suitable for monitoring the track from the rolling surface to sound the entire rail and even from the side of the rail neck. It is also possible to improve the selectivity of ultrasonic flaw detectors operating, for example, on the basis of the shadow method or the multiple shadow method.
Claims (13)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014127346/28A RU2560753C1 (en) | 2014-07-04 | 2014-07-04 | Mirror-shadow method for ultrasonic inspection with differential compensation for interfering factors |
PCT/RU2015/000410 WO2016003326A1 (en) | 2014-07-04 | 2015-06-30 | Method of ultrasound inspection with differential compensation of interfering factors |
JP2017518027A JP6408145B2 (en) | 2014-07-04 | 2015-06-30 | Ultrasonic flaw detection method with differential compensation of interfering factors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014127346/28A RU2560753C1 (en) | 2014-07-04 | 2014-07-04 | Mirror-shadow method for ultrasonic inspection with differential compensation for interfering factors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2560753C1 true RU2560753C1 (en) | 2015-08-20 |
Family
ID=53880819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014127346/28A RU2560753C1 (en) | 2014-07-04 | 2014-07-04 | Mirror-shadow method for ultrasonic inspection with differential compensation for interfering factors |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6408145B2 (en) |
RU (1) | RU2560753C1 (en) |
WO (1) | WO2016003326A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649636C1 (en) * | 2016-11-29 | 2018-04-04 | Анатолий Аркадиевич Марков | Electromagnetic-acoustic transducer for ultrasonic testing |
RU196378U1 (en) * | 2019-12-23 | 2020-02-26 | Общество с ограниченной ответственностью "НПК "ТЕХНОВОТУМ" | ACOUSTIC UNIT FOR RAIL DEFECTOSCOPE SCANNER |
RU226169U1 (en) * | 2024-02-27 | 2024-05-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭНТЭ" | Two-channel electromagnetic-acoustic module |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3960005A (en) * | 1974-08-09 | 1976-06-01 | Canac Consultants Limited | Ultrasonic testing device for inspecting thermit rail welds |
US5677490A (en) * | 1993-02-18 | 1997-10-14 | F. H. Gottfeld Gesellschaft Fur Zerstorungsfreie Werkstoffprufung Mbh | Ultrasonic testing device for weld seams in pipes, sheets and containers |
RU2137120C1 (en) * | 1997-11-04 | 1999-09-10 | Анненков Андрей Станиславович | Method of ultrasonic inspection and gear for its realization |
RU2158001C1 (en) * | 1999-12-06 | 2000-10-20 | 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации | Method for radio direction-finding |
JP2006242770A (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-14 | Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects | Electromagnetic ultrasonic flaw detection / measurement method and apparatus |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU564592A1 (en) * | 1975-03-03 | 1977-07-05 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Разработке Неразрушающих Методов И Средств Контроля Качества Материалов | Ultrasound flaw detector |
JPS6029661A (en) * | 1983-07-27 | 1985-02-15 | Kubota Ltd | Ultrasonic flaw detector of weld zone |
US4549437A (en) * | 1983-09-27 | 1985-10-29 | Weins Janine J | Acoustic testing of complex multiple segment structures |
JP2000046809A (en) * | 1998-07-31 | 2000-02-18 | Kawasaki Steel Corp | Flaw detection method |
JP2005106597A (en) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Nippon Steel Corp | Ultrasonic flaw detection method and apparatus |
JP2008134209A (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-12 | Nagoya Institute Of Technology | Ultrasonic flaw detection method |
JP2013036824A (en) * | 2011-08-05 | 2013-02-21 | East Japan Railway Co | Ultrasonic rail flaw detection apparatus |
-
2014
- 2014-07-04 RU RU2014127346/28A patent/RU2560753C1/en active
-
2015
- 2015-06-30 JP JP2017518027A patent/JP6408145B2/en active Active
- 2015-06-30 WO PCT/RU2015/000410 patent/WO2016003326A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3960005A (en) * | 1974-08-09 | 1976-06-01 | Canac Consultants Limited | Ultrasonic testing device for inspecting thermit rail welds |
US5677490A (en) * | 1993-02-18 | 1997-10-14 | F. H. Gottfeld Gesellschaft Fur Zerstorungsfreie Werkstoffprufung Mbh | Ultrasonic testing device for weld seams in pipes, sheets and containers |
RU2137120C1 (en) * | 1997-11-04 | 1999-09-10 | Анненков Андрей Станиславович | Method of ultrasonic inspection and gear for its realization |
RU2158001C1 (en) * | 1999-12-06 | 2000-10-20 | 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации | Method for radio direction-finding |
JP2006242770A (en) * | 2005-03-03 | 2006-09-14 | Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects | Electromagnetic ultrasonic flaw detection / measurement method and apparatus |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Баранов Илья Владимирович, Алгоритмы адаптивной обработки сигнала на основе весового усреднения разностной частоты в частотном дальномере ближнего действия, Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Рязань, 2011, стр. 1, строки 9-23. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649636C1 (en) * | 2016-11-29 | 2018-04-04 | Анатолий Аркадиевич Марков | Electromagnetic-acoustic transducer for ultrasonic testing |
RU196378U1 (en) * | 2019-12-23 | 2020-02-26 | Общество с ограниченной ответственностью "НПК "ТЕХНОВОТУМ" | ACOUSTIC UNIT FOR RAIL DEFECTOSCOPE SCANNER |
RU226169U1 (en) * | 2024-02-27 | 2024-05-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭНТЭ" | Two-channel electromagnetic-acoustic module |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6408145B2 (en) | 2018-10-17 |
WO2016003326A1 (en) | 2016-01-07 |
JP2017517755A (en) | 2017-06-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9950715B2 (en) | Air-coupled ultrasonic inspection of rails | |
Konstantinidis et al. | The temperature stability of guided wave structural health monitoring systems | |
US6945114B2 (en) | Laser-air, hybrid, ultrasonic testing of railroad tracks | |
CN102879472B (en) | Adaptive steel rail ultrasonic flaw detection method and device based on frequency spectrum recognition | |
CN104960546A (en) | Flaw detecting car for inspecting steel rails of high-speed rail | |
CA3110818A1 (en) | Continuous wave ultrasound or acoustic non-destructive testing | |
KR20130103508A (en) | Device for inspecting a moving metal strip | |
JPS6326345B2 (en) | ||
RU2560753C1 (en) | Mirror-shadow method for ultrasonic inspection with differential compensation for interfering factors | |
RU2550825C1 (en) | Method of dynamic calibration of ultrasonic detector | |
RU152257U1 (en) | ULTRASONIC DEFECTOSCOPE FOR CONTROL BY THE SHADOW DIAGRAM WITH DIFFERENT COMPENSATION OF THE INFLUENCE OF INTERFERRING FACTORS WHEN SCANNING | |
RU2613574C1 (en) | Method for ultrasound detection of microcracks on operating railhead fillet | |
Cerniglia et al. | Analysis of laser-generated lamb waves with wavelet transform | |
JPH11118771A (en) | Ultrasonic flaw-detecting method and device of thin plate with plate-thickness change | |
US11913909B2 (en) | Device and method for determining the extent of defects by means of v through-transmission | |
JPS61160053A (en) | Ultrasonic flaw detection test | |
RU2587536C1 (en) | Method of measuring attenuation coefficient of ultrasound | |
JP6761780B2 (en) | Defect evaluation method | |
RU2785606C1 (en) | Method for ultrasonic testing of the rail head | |
RU2219538C2 (en) | Technique detecting cracks in solid body | |
SU1727050A1 (en) | Method of ultrasound inspection of articles and device to implement it | |
RU2722089C1 (en) | Noncontact ultrasonic flaw detection using a doppler effect | |
RU2231783C2 (en) | Ultrasonic flaw detector | |
SU1497561A1 (en) | Method of mirrow-shadow ultrasonic inspection of articles of continuous section | |
CN218121864U (en) | Wheel flaw detection device |