Установка для определения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Белорусский государственный институт метрологии(72) Авторы Павловский Александр Александрович Добров Александр Анатольевич Фдоров Владислав Викторович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Белорусский государственный институт метрологии(57) Установка для измерения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний, включающая генератор радиоимпульсов, предусилитель, излучающий и приемный иммерсионные пьезоэлектрические преобразователи, иммерсионную ванну с устройством юстировки преобразователей, источник временных сдвигов, отличающаяся тем,что в установку дополнительно введены полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь, контроллер, которые совместно с генератором радиоимпульсов и предусилителем объединены в один электронный блок, соединенный посредством -порта с персональным компьютером, а в качестве генератора радиоимпульсов используется генератор радиоимпульсов с прямоугольной формой огибающей сигнала.(56) 1. ТУ 25-06 (ЩЮ 2.048.145) - 78. Измеритель скорости и коэффициента затухания ультразвука ГСП УС-12 ИМ КРИСТАЛЛ-9 Технические условия. 2. ТУ 50 БССР-01-87. Установка для измерения скорости ультразвука УИСУ-2 М Технические условия. 25512006.02.28 Предлагаемое техническое решение относится к ультразвуковым устройствам для измерения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний в твердых средах и может найти применение при метрологическом обеспечении стандартных образцов и акустических нагрузок, применяющихся в ультразвуковом неразрушающем контроле, а также в медицине при метрологическом обеспечении ультразвуковых томографов. Известно устройство 1 для измерения скорости ультразвука, включающее блок индикаторный, приемник, генератор, блок вычислительный, комплект ультразвуковых преобразователей и иммерсионную ванну. Недостатками установки являются низкая точность измерений, при вычислении скорости ультразвука в изделии не учитывается поправка на дифракцию, большая нижняя граница толщины образца, для которого нормируется погрешность, в качестве органов управления блоками установки используются механические переключатели, снижающие надежность устройства. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению(прототип) является установка для измерения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний 2, включающая блок генератора-предусилителя (в блок входят генераторы радиоимпульсов с затухающей формой огибающей сигнала, генератор видеоимпульсов и предусилитель), источник временных сдвигов, осциллографический индикатор, излучающий и приемный иммерсионные пьезоэлектрические преобразователи и иммерсионную ванну с устройством юстировки преобразователей. Однако данное устройство обладает рядом недостатков, а именно отсутствует возможность изменения длительности импульсов генератора радиоимпульсов,ограниченный (пять значений) набор частот заполнения радиоимпульсов, не позволяющий подстраивать генератор на частоту максимума преобразования иммерсионного пьезоэлектрического преобразователя низкая производительность процесса измерений использование в качестве органов управления блоками установки механических переключателей и соединение с помощью переходников и кабелей источника временных сдвигов, осциллографического индикатора и блока генератора-предусилителя приводит к снижению надежности устройства отсутствует возможность автоматической обработки результатов измерений, их документирования и накопления отсутствует возможность отсечения мешающих сигналов (шумов, наводок и т.п.), лежащих вне рабочей полосы частот. Задачей предлагаемой полезной модели является создание автоматизированной цифровой установки для измерения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний, которая позволит упростить процесс измерений и управление им, вести обработку результатов измерений и их хранение, в широких пределах изменять параметры импульса генератора радиоимпульсов, отсекать мешающие сигналы (шумы, наводки и т.п.),лежащие вне рабочей полосы частот, имеющей повышенную надежность, за счет исключения механических элементов, переходников и кабелей. Задача решается за счет того, что в устройство, содержащее генератор радиоимпульсов, предусилитель, излучающий и приемный иммерсионные пьезоэлектрические преобразователи, иммерсионную ванну с устройством юстировки преобразователей, источник временных сдвигов, включают полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь,контроллер и персональный компьютер, а в качестве генератора радиоимпульсов используют генератор радиоимпульсов с прямоугольной формой огибающей сигнала. Для повышения надежности установки генератор радиоимпульсов, предусилитель, полосовой фильтр,источник временных сдвигов, аналого-цифровой преобразователь и контроллер объединены в один электронный блок. Электронный блок соединен с персональным компьютером посредством -порта. Сущность предлагаемого технического решения поясняется блок-схемой устройства для измерения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний. 2 25512006.02.28 Блок-схема устройства для измерения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний включает в себя генератор радиоимпульсов с прямоугольной формой огибающей сигнала 1, излучающий 2 и приемный 3 иммерсионные пьезоэлектрические преобразователи, иммерсионную ванну с устройством юстировки иммерсионных пьезоэлектрических преобразователей (на схеме не показаны), предусилитель 4, полосовой фильтр 5, источник временных сдвигов 6, аналого-цифровой преобразователь 7, контроллер 8 и персональный компьютер 9. Применение в устройстве генератора радиоимпульсов с прямоугольной формой огибающей сигнал позволяет реализовать принцип прямого цифрового синтеза. Поэтому форма и параметры формируемого радиоимпульса полностью программируемы и могут обеспечить любой режим возбуждения излучателя. Такой генератор позволяет генерировать радиоимпульсы длительностью от 0,1 до 10 мкс с любой частотой повторения и произвольной частотой заполнения из диапазона рабочих частот с возможностью тонкой подстройки под параметры применяемых иммерсионных пьезоэлектрических преобразователей. Устройство для измерения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний работает следующим образом. Генератор радиоимпульсов 1 формирует радиоимпульс, который попадает на излучающий иммерсионный пьезоэлектрический преобразователь 2. Излучающий иммерсионный пьезоэлектрический преобразователь 2 возбуждается и излучает в направлении нормальном к передней грани исследуемого образца через слой иммерсионной жидкости импульс ультразвуковых колебаний, который в процессе многократных отражений от плоскопараллельных граней исследуемого образца трансформируется в последовательность затухающих по амплитуде эхоимпульсов, принимаемых приемным иммерсионным пьезоэлектрическим преобразователем 3 после прохождения через иммерсионную жидкость. Возможно также применение совмещенной схемы, когда используется один пьезоэлектрический преобразователь, который и излучает и принимает эхоимпульсы, отраженные от дна и поверхности образца. Сигнал, полученный с приемного иммерсионного пьезоэлектрического преобразователя 3, поступает в предусилитель 4, где усиливается до амплитуды, достаточной для эффективного анализа. Затем сигнал проходит через полосовой фильтр 5, позволяющий отсечь мешающие сигналы (шумы, наводки и т.п.), лежащие вне рабочей полосы частот, и далее поступает на источник временных сдвигов 6. Источник временных сдвигов 6 смещает сигналы относительно радиоимпульса для выбора отсчетных сигналов. Затем аналого-цифровой преобразователь 7 фиксирует уровень сигнала для последующего программного расчета задержки эхо-сигнала, а также выполняет оцифровку принятого сигнала для последующего анализа и визуализации, что необходимо для правильной юстировки иммерсионных пьезоэлектрических преобразователей относительно исследуемого образца и контроля процесса измерений. Контроллер 8 обеспечивает предварительную обработку получаемой информации,реализацию низкоуровневого измерительного алгоритма, управление всеми узлами установки и связь с управляющим персональным компьютером. Управляющий персональный компьютер 9 выполняет основной объем вычислений,предусмотренных методикой измерений, обеспечивает эффективное взаимодействие оператора с установкой (оператору достаточно выбрать лишь параметры радиоимпульса,провести юстировку преобразователей относительно исследуемого образца и указать точки отсчета), визуальное представление процесса и результатов измерений, долговременное хранение и документирование результатов измерений. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.