Устройство для ультразвукового контроля материалов или изделий

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ ИЛИ ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Учреждение образования Могилевский государственный технический университет(72) Авторы Сергеев Сергей Сергеевич Маклаков Владимир Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Могилевский государственный технический университет(57) Устройство для ультразвукового контроля материалов или изделий, содержащее синхронизатор, к первому выходу которого подключен генератор импульсов, последовательно соединенный с ультразвуковым преобразователем, усилитель эхосигналов, подключенный ко входу ультразвукового преобразователя, блок прямого ортогонального преобразования, генератор развертки, подключенный ко второму выходу синхронизатора и соединенный с первым входом индикатора, блок обратного ортогонального преобразования, выход которого соединен со вторым входом индикатора, а управляющие входы блоков прямого и обратного ортогонального преобразования соединены со вторым выходом синхронизатора, отличающееся тем, что содержит подключенный к выходу усилителя эхосигналов аналогоцифровой преобразователь, выход которого подключен ко входу блока прямого ортогонального преобразования, блок инверсной фильтрации, вход которого подключен к выходу блока прямого ортогонального преобразования, а выход - ко входу блока обратного ортогонального преобразования, последовательно соединенные блок вычисления передаточной функции инверсного фильтра и блок хранения передаточной функции инверсного фильтра,вход блока вычисления передаточной функции инверсного фильтра подключен к выходу блока прямого ортогонального преобразования, выход блока хранения передаточной функции инверсного фильтра подключен ко входу блока инверсной фильтрации, третий вход индикатора подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а управляющие входы аналого-цифрового преобразователя, блока инверсной фильтрации, блока вычисления передаточной функции инверсного фильтра и блока хранения передаточной функции инверсного фильтра подключены ко второму выходу синхронизатора.(56)1629836 1, 1989.96100813 , 1998.4187725 , 1980.3693414 , 1972. Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано в различных областях машиностроения для контроля качества материалов и изделий. Известно устройство для контроля качества изделий, содержащее последовательно соединенные преобразователь, пороговый каскад, схему И, реверсивный счетчик, триггер и регистратор, последовательно соединенные генератор счетных импульсов, второй делитель частоты, схему НЕ-И, второй вход которой подключен к выходу порогового каскада,третий вход к первому выходу реверсивного счетчика, а выход подключен ко второму входу реверсивного счетчика между генератором счетных импульсов и вторым входом схемы И включен первый делитель частоты (а.с. СССР 966587, МПК 01 29/04, 1982). Недостатком известного устройства является невозможность различить два импульса,расстояние между которыми меньше, чем длительность импульса по пороговому уровню. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для ультразвукового контроля материалов и изделий, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор импульсов и ультразвуковой преобразователь подключенные к выходу ультразвукового преобразователя, последовательно соединенные усилитель эхосигналов и блок прямого ортогонального преобразования, подключенные ко второму выходу синхронизатора, последовательно соединенные генератор развертки и индикатор, блок обратного ортогонального преобразования, выход которого соединен со вторым входом индикатора, последовательно соединенные блоки возведения в квадрат и логарифмирования, включенные между выходом блока прямого ортогонального преобразования и блоком обратного ортогонального преобразования (а.с. СССР 1629836, МПК 01 29/04, 1991). Недостатками известного устройства являются сложность расшифровки полученных результатов контроля и сильное влияние на результаты обработки полученной информации неизбежных в реальных условиях контроля шумов. Указанные недостатки обусловлены тем,что в устройства введены блоки возведения в квадрат и логарифмирования коэффициентов ортогонального разложения, а такого рода операции неустойчивы при наличии шумов. Задача изобретения - повышение пространственной разрешающей способности при контроле изделий, в т.ч. и многослойных, за счет разделения эхосигналов от отражателей(дефектов, слоев и т.п.) в условиях, когда расстояние между отражателями меньше пространственной протяженности ультразвуковых импульсов. Указанная задача достигается тем, что устройство для ультразвукового контроля материалов и изделий, содержащее синхронизатор, к первому выходу которого подключен генератор импульсов, последовательно соединенный с ультразвуковым преобразователем,усилитель эхосигналов, подключенный ко входу ультразвукового преобразователя, блок прямого ортогонального преобразования, генератор развертки, подключенный ко второму выходу синхронизатора и соединенный с первым входом индикатора, блок обратного ортогонального преобразования, выход которого соединен со вторым входом индикатора, а управляющие входы блоков прямого и обратного ортогонального преобразования соединены со вторым входом синхронизатора, согласно изобретению, снабжено подключенным к выходу усилителя аналого-цифровым преобразователем, выход которого подключен ко входу блока прямого ортогонального преобразования, блоком инверсной фильтрации,вход которого подключен к выходу блока прямого ортогонального преобразования, а выход ко входу блока обратного ортогонального преобразования, последовательно соединенными блоком вычисления передаточной функции инверсного фильтра и блоком хра 2 5363 1 нения передаточной функции инверсного фильтра, вход блока вычисления передаточной функции инверсного фильтра подключен к выходу блока прямого ортогонального преобразования, а выход блока хранения передаточной функции инверсного фильтра подключен ко входу блока инверсной фильтрации, третий вход индикатора подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а управляющие входы аналого-цифрового преобразователя, блока инверсной фильтрации, блока вычисления передаточной функции инверсного фильтра и блока хранения передаточной функции инверсного фильтра подключены ко второму выходу синхронизатора. Принятый сигнал от отражателя на выходе усилителя эхосигналов описывается выражениемвх , где- импульсная передаточная характеристика элементов электроакустического тракта вх - сигнал на входе ультразвукового преобразователя. Элементы электроакустического тракта вносят искажения, которые, в конечном итоге влияют на пространственную разрешающую способность. Снизить влияние элементов электроакустического тракта можно путем проведения операции инверсной фильтрации над принятым сигналом. Для придания операции инверсной фильтрации большей устойчивости в реальных условиях наличия шумов предлагается использовать алгоритм инверсной фильтрации с регуляризацией. В устройстве алгоритм инверсной фильтрации реализуется в блоке инверсной фильтрации, где выполняется операция умножения спектральной плотности принятого сигнала на коэффициент передачи инверсного фильтра ф,где ф - спектральная плотность обработанного сигнала- коэффициент передачи инверсного фильтра( ),2( )2 гдеспектральная передаточная функция электроакустического тракта- круговая частота- коэффициент, зависящий от отношения сигнал/шум. Для вычисления коэффициент передачи инверсного фильтра в качестве спектральной передаточной функции электроакустического тракта предлагается использовать спектральную плотность сигнала от эталонного одиночного отражателя (например, донного сигнала), который учитывает воздействие элементов электроакустического тракта. Операция вычисления коэффициента передачи инверсного фильтра реализуется в блоке вычисления передаточной функции инверсного фильтра. Для корректной работы фильтра его необходимо настраивать для каждых конкретных условий контроля. Значения коэффициента передачи инверсного фильтра хранятся в блоке хранения передаточной функции инверсного фильтра. Сущность изобретения поясняется чертежом. На фигуре изображена блок-схема устройства. Устройство содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 импульсов и ультразвуковой преобразователь 3, усилитель 4 эхосигналов, подключенный ко входу ультразвукового преобразователя, аналого-цифровой преобразователь 5, подключенные ко второму выходу синхронизатора 1, последовательно соединенные генератор 6 развертки и индикатор 7, блок обратного ортогонального преобразования 10, выход которого соединен со вторым входом индикатора 7, блок 9 инверсной фильтрации, вход которого подключен к выходу блока 8 прямого ортогонального преобразования, а выход ко входу блока 10 обратного ортогонального преобразования, последовательно соединенные блок 11 вычисления передаточной функции инверсного фильтра и блок 12 хранения 3 5363 1 передаточной функции инверсного фильтра вход блока 11 вычисления передаточной функции инверсного фильтра подключен к выходу блока прямого ортогонального преобразования 8, а выход блока 12 хранения передаточной функции инверсного фильтра - ко входу блока 9 инверсной фильтрации, третий вход индикатора 7 подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя 5, а управляющие входы блоков 5, 8-12 подключены ко второму выходу синхронизатора 1. Устройство работает следующим образом. Ультразвуковой преобразователь 3, возбуждаемый генератором 2 импульсов, излучает ультразвуковой зондирующий импульс в исследуемый образец (не показан) Принятый сигнал от отражателя преобразуется ультразвуковым преобразователем 3 в электрический сигнал и подается на усилитель 4, где нормируется по амплитуде. Сигнал на выходе усилителя описывается следующим выражениемвх , где- импульсная передаточная характеристика элементов электроакустического тракта в - сигнал на входе ультразвукового преобразователя. С выхода усилителя 4 эхосигналов сигнал подается на блок 5 аналого-цифрового преобразования, где преобразуется в дискретную форму, и поступает в блок 8 прямого ортогонального преобразования, на выходе которого формируется спектральная плотность эхосигнала 1. 2 С выхода блока 5 сигнал подается на индикатор, на котором можно наблюдать необработанный сигнал. В блоке 9 осуществляется операция инверсной фильтрации с регуляризацией ф,где ф - спектральная плотность обработанного сигнала- коэффициент передачи инверсного фильтра( ),2( )2 где- спектральная передаточная функция электроакустического тракта- круговая частота- коэффициент, зависящий от отношения сигнал/шум. Обработанный сигнал подается на вход блока 10 обратного ортогонального преобразования, на выходе которого формируется временной сигнал в дискретном виде. С выхода блока 10 сигнал подается на вход индикатора 7. Временное положение сигнала на развертке индикатора характеризует глубину залегания отражателя, а амплитуда сигнала его отражательные свойства (величину, форму, ориентацию, материал и т.п.) При настройке инверсного фильтра преобразователь устанавливается на образец так,чтобы получить сигнал от эталонного отражателя. Спектр эталонного сигнала с выхода блока 8 прямого ортогонального преобразования подается на вход блока 11 вычисления передаточной функции инверсного фильтра( ) э,2 э ( )2 где э - спектральная плотность эталонного сигнала. 5363 1 С выхода блока 11 передаточная функция инверсного фильтра подается на вход блока 12 хранения передаточной функции инверсного фильтра, откуда передается в блок 9 для выполнения операции фильтрации. Работа устройства управляется управляющими сигналами с выхода блока 1 синхронизации. Национальный центр интеллектуальной собственности. 5 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.