Что такое в развертка в дефектоскопии

развертка типа А

развертка типа А
Форма индикации на экране электронно-лучевой трубки в прямоугольных координатах, при которой амплитуда исследуемого сигнала представляется отклонением электронного луча по оси ординат, а время от начала цикла — отклонением по оси абсцисс
[ГОСТ 23829-85]

Тематики

Синонимы

Смотреть что такое «развертка типа А» в других словарях:

развертка типа С — С скан 1. Изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта контроля, параллельной поверхности сканирования. Для оценки амплитуды эхосигналов часто связывают эту амплитуду с яркостью или цветом изображения 2. Представление… … Справочник технического переводчика

развертка типа В — В скан 1. Изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта контроля, перпендикулярной поверхности ввода и параллельной плоскости падения волны. Для оценки амплитуды эхосигналов часто связывают эту амплитуду с яркостью или цветом… … Справочник технического переводчика

развертка типа Р — Р скан Проекция нескольких B сканов или С сканов. [BS EN 1330 4:2000. Non destructive testing Terminology Part 4: Terms used in ultrasonic testing] Рис. 13. Развертка типа Р: 1 вид сверху; 2 вид спереди; 3 вид сбоку; 4 эхосигналы [Система… … Справочник технического переводчика

развертка типа F — F скан Модификация развертки типа С. Вместо амплитуд сигналов представляются и регистрируются другие их параметры, например центральные частоты импульсов. [BS EN 1330 4:2000. Non destructive testing Terminology Part 4: Terms used in ultrasonic… … Справочник технического переводчика

развертка типа D — D скан изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта контроля, перпендикулярной как к поверхности сканирования, так и к плоскости падения волны. Обычно изображение D скан перпендикулярно изображению В скан. [BS EN 1330 4:2000.… … Справочник технического переводчика

развертка типа А — 2.13.1 развертка типа А; А развертка; А скан: Форма представления ультразвукового сигнала на экране ультразвукового прибора, при котором ось абсцисс представляет время, а ось ординат амплитуду (см. рисунки 17а), 17b), 17с)). Источник: ГОСТ Р ИСО… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

развертка типа В — 2.13.2 развертка типа В; В развертка; В скан: Изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта контроля, перпендикулярной поверхности ввода и параллельной плоскости падения волны (см. рисунок 18). Примечание В основном используют… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

развертка типа С — 2.13.3 развертка типа С; С развертка; С скан: Изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта контроля, параллельной поверхности сканирования (см. рисунок 19). en C scan display, C scan presentation fr représentation de type С… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Развертка — 3.24.3. Развертка Осевой режущий инструмент для повышения точности формы и размеров отверстия и уменьшения шероховатости поверхности Источник: ГОСТ 25751 83: Инструменты режущие. Термины и определения общих понятий оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

развертка — [IEV number 314 06 03] развертка Определенное и повторяющееся перемещение изображающей точки по одной из координат на дисплее. Для развертки типа А в ультразвуковом эходефектоскопе это перемещение прямо пропорционально времени от начала цикла… … Справочник технического переводчика

Источник

развертка типа В

развертка типа В
Форма индикации на экране электронно-лучевой трубки в прямоугольных координатах, при которой смещение преобразователя относительно объекта контроля представляется отклонением электронного луча по оси абсцисс, а время начала цикла — отклонением по оси ординат, причем отраженные импульсы изображаются в виде ярких меток на темном фоне или наоборот
[ГОСТ 23829-85]

Тематики

Синонимы

Смотреть что такое «развертка типа В» в других словарях:

развертка типа С — С скан 1. Изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта контроля, параллельной поверхности сканирования. Для оценки амплитуды эхосигналов часто связывают эту амплитуду с яркостью или цветом изображения 2. Представление… … Справочник технического переводчика

развертка типа А — А скан 1. Форма представления сигналов в прямоугольных координатах на дисплее, при которой амплитуда исследуемого сигнала представляется отклонением по оси ординат, а время от начала цикла отклонением по оси абсцисс 2. Представление… … Справочник технического переводчика

развертка типа Р — Р скан Проекция нескольких B сканов или С сканов. [BS EN 1330 4:2000. Non destructive testing Terminology Part 4: Terms used in ultrasonic testing] Рис. 13. Развертка типа Р: 1 вид сверху; 2 вид спереди; 3 вид сбоку; 4 эхосигналы [Система… … Справочник технического переводчика

развертка типа F — F скан Модификация развертки типа С. Вместо амплитуд сигналов представляются и регистрируются другие их параметры, например центральные частоты импульсов. [BS EN 1330 4:2000. Non destructive testing Terminology Part 4: Terms used in ultrasonic… … Справочник технического переводчика

развертка типа D — D скан изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта контроля, перпендикулярной как к поверхности сканирования, так и к плоскости падения волны. Обычно изображение D скан перпендикулярно изображению В скан. [BS EN 1330 4:2000.… … Справочник технического переводчика

развертка типа А — 2.13.1 развертка типа А; А развертка; А скан: Форма представления ультразвукового сигнала на экране ультразвукового прибора, при котором ось абсцисс представляет время, а ось ординат амплитуду (см. рисунки 17а), 17b), 17с)). Источник: ГОСТ Р ИСО… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

развертка типа В — 2.13.2 развертка типа В; В развертка; В скан: Изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта контроля, перпендикулярной поверхности ввода и параллельной плоскости падения волны (см. рисунок 18). Примечание В основном используют… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

развертка типа С — 2.13.3 развертка типа С; С развертка; С скан: Изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта контроля, параллельной поверхности сканирования (см. рисунок 19). en C scan display, C scan presentation fr représentation de type С… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Развертка — 3.24.3. Развертка Осевой режущий инструмент для повышения точности формы и размеров отверстия и уменьшения шероховатости поверхности Источник: ГОСТ 25751 83: Инструменты режущие. Термины и определения общих понятий оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

развертка — [IEV number 314 06 03] развертка Определенное и повторяющееся перемещение изображающей точки по одной из координат на дисплее. Для развертки типа А в ультразвуковом эходефектоскопе это перемещение прямо пропорционально времени от начала цикла… … Справочник технического переводчика

Источник

Что такое в развертка в дефектоскопии

В современных дефектоскопах для ручного контроля, наря­ду с представлением сигналов на развертке типа А, в качестве дополнительной предусматривается возможность отображения сигналов на развертке типа В. С помощью таких приборов можно реализовать новые технологии контроля, позволяющие существенно увеличить наглядность представления резуль­татов и производительность контроля.

Марков Анатолий Аркадиевич

Начальник отдела «Методов и средств НК» АО «Радиоавионика», к. т. н., доцент. III уровень по акусти­ческим методам. Ру­ководитель разработ­ки УЗ-дефектоскопа АВИКОН-01 и комп­лекса АВИКОН-ОЗ ва­гона дефектоскопа.

Принцип формирования развертки типа В

В ультразвуковых дефектоскопах для контроля рельсов с 50-х гг. применяется представление эхо-сигналов в координатах вре­мя (t_p) распространения УЗ-колебаний в конт­ролируемом изделии — время (t_дв,) движения пьезопреобразователя (ПЭП) по поверхности этого изделия. В пределах одного цикла излучения-приема эхо-сигнал в этих координатах ото­бражается в виде точки (яркостного пятна), положение которой зависит от глубины залегания отражателя и от местоположения ПЭП по длине изделия (рис. 1). Видно, что В-развертка более наглядно представляет взаимное расположение отражателей по длине и глубине контролируемого изделия, но не отражает информацию об ампли­туде и форме эхо-сигналов.

Наиболее просто изображение эхо-сигналов на развертке типа В формируется при контроле изделий с помощью прямых преобразователей, когда угол ввода колебаний в изделие α = 0°. При этом временное положение эхо-сигнала прямо пропорционально глубине залегания отражателя h и зависит только от скорости распространения УЗ-колебаний в изделии (рис. 1).

Реальная картина эхо-сигнала от точечного отражателя несколько сложнее изображенной на рис. 1 и представляет собой не одиночную точку, а короткую дугу. Это объясняется следующим: любой ПЭП об­ладает определенной диаграммой направленности с углом раскрытия 2φ_р. По мере перемещения ПЭП по поверхности изделия точечный от­ражатель первоначально будет озвучиваться одним краем УЗ-пучка. При этом расстояние между ПЭП и отражателем неско­лько больше, чем глубина h залегания отражателя (r_max = h/cosφ_p). По мере перемеще­ния ПЭП это расстояние умень­шается до величины h (в мо­мент нахождения ПЭП над отражателем), а потом опять увеличивается, достигая зна­чения гтах в момент выхода другого края луча за пределы отражателя. В результате на дефектограмме образуется дугообразное изображение сигнала. Причем длина этой дуги тем больше, чем больше угол раскрытия диаграммы направленности 2φ_р. При про­чих равных условиях без учета затухания колебаний в контролируемом изделии дли­на дуги изображения возрас­тает с увеличением глубины залегания дефекта. На прак­тике вследствие затухания и рассеяния колебаний этот эф­фект не столь ярко выражен и при расшифровке сигналов практически не используется.

При контроле изделий с плоскопараллель­ными поверхностями в большинстве случаев одновременно с пропаданием донного сигнала во временной зоне между зондирующим и донным сигналом появляется эхо-сигнал от дефекта. При этом на развертке типа В прерывается линия донного сигнала, идущая параллельно линии зондирующего сигнала, и между этими двумя линиями появляется изображение эхо-сигнала от дефекта (рис. 1).

Размер изображения эхо-сигнала вдоль оси t_дв может превышать размер просвета (зоны пропадания) линий донного сигнала. Как правило, просвет в линии донного сигнала больше соответствует раз­меру проекции дефекта на поверхность сканирования, чем линейный размер изображения эхо-сигналов.

При значительной отражающей способности дефекта возможны многократные переотражения от дефекта и поверхности сканирова­ния. В этом случае на развертке типа В наблюдается серия равно­отстоящих друг от друга эхо-сигналов от дефекта.

При вводе колебаний под определенным углом а интервал t_p зависит не только от глубины залегания h отражателя и скорости волны с, но и от угла p = 2hl(c_t cos α_i). В процессе сканирования текущий угол од меня­ется в пределах угла раскрытия 2ф_р основного дефекта. Соответственно изменяется и времен­ное положение эхо- сигнала на развертке типа В.

Можно показать, что для уг­лов раскрытия диаграммы на­правленности реальных ПЭП, не превышающих 14 ÷ 16° (2φ_р

Источник

Ультразвуковой дефектоскоп: как устроен, какими функциями обладает и как не ошибиться с выбором

Импульсный ультразвуковой дефектоскоп – это прибор, предназначенный для акустического контроля сварных соединений, наплавок, поковок, основного металла, листового, фасонного проката и иных материалов на предмет несплошностей и неоднородностей. Это основная единица аппаратуры для активного метода УЗК – ручного, механизированного и автоматизированного. Именно от дефектоскопа зависит производительность, чувствительность, точность и достоверность контроля. В классическом понимании под ним подразумевается электронный блок, работающий с пьезоэлектрическими преобразователями, сканерами и иными вспомогательными и регистрирующими устройствами.

В учебной литературе принято делить ультразвуковые дефектоскопы на аналоговые и цифровые. Первые сегодня встречаются крайне редко – это морально устаревшая аппаратура. С ней операторам приходилось вручную производить многочисленные расчёты, например, для определения эквивалентной площади дефектов. Прозвучивание и обработка результатов занимала слишком много времени. Тем не менее, среди «ветеранов» отечественной УЗ-дефектоскопии по-прежнему в почёту легендарный УД2-12 («Рыжик»), USK-7S и др. В сегодняшнем мире приборы построены на цифровых технологиях и оснащаются микропроцессором, дисплеем, энергонезависимой памятью. Подробная информация об их технических возможностях доступна ниже, ну а пока – попробуем разобраться с принципиальной архитектурой приборов для акустического НК.

Устройство современных ультразвуковых дефектоскопов

Пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП)

Типы развёрток

В ультразвуковых дефектоскопах с поддержкой фазированных решёток и TOFD встречается также S-скан. Речь идёт о так называемом секторном сканировании, при котором апертуры остаются постоянными, а отклонение луча происходит последовательно под разными углами. Главная особенность S-сканов в том, что они позволяют получить динамическое изображение в режиме реального времени по мере движения преобразователя. Технология очень эффективна для визуализации дефектов, включая беспорядочно ориентированные.

Говоря об ультразвуковых дефектоскопах с поддержкой фазированных решёток, нельзя также не упомянуть про L-скан. Это результат линейного сканирования, когда изображение формируется в виде параллелограмма за счёт пучков, сгенерированных разными активными элементами кристалла. Угол ввода при этом постоянен.

Наконец, существуют ещё Т-сканы, 2D- и 3D-визуализация, мульти-сканы и т.д. Данному вопросу нужно не только посвятить отдельную статью, но и периодически её обновлять, поскольку современные приборы, «обрастая» мощными вычислительными возможностями и цветными дисплеями высокой чёткости, постоянно совершенствуются.

Как выбрать ультразвуковой дефектоскоп

И последнее по данному параграфу. Важно понимать, что ни один ультразвуковой дефектоскоп – не вечен. Поэтому, присматриваясь к той или иной модели, оцените ещё и производителя, который её выпустил. В каком объёме и на каких условиях предоставляется техподдержка? Где находится сервисная служба? Как быстро производится гарантийный и послегарантийный ремонт? Нет ли перебоев с поставкой запчастей? Насколько доступна их стоимость? Занимаются ли аппаратурой данной марки другие сервисные центры? Акустический прибор – та вещь в лаборатории, которая будет применяться едва ли не каждый день. Важно быть готовым к быстрому и качественному устранению поломок и повреждений.

Функционал цифровых ультразвуковых дефектоскопов

Ультразвуковые дефектоскопы с поддержкой фазированных решёток и TOFD умеют много больше этого. В частности, речь идёт о реализации различных фокальных законов (набора переменных параметров канала – мощности, амплитуды, длительности зондирующего импульса, задержки, длительности развёртки и других). Множество инструментов предусмотрено для управления эффективной площадью излучения, его направленностью. В зависимости от типа прибора оператор может использовать 16-, 32-, 64- или даже 128-элементные датчики. Это, а также возможность генерации пучка точно в зоне несплошности многократно повышает производительность и точность контроля.

Если резюмировать, то современный ультразвуковой дефектоскоп – мощный инструмент для неразрушающего акустического контроля. Благодаря передовым секторному сканированию, дифракционно-временному методу (вышеупомянутый TOFD), новейшим цифровым технологиям приборостроения УЗК в последнее время всё чаще рассматривается в качестве полноценной альтернативы рентгену. При этом, несмотря на мощный функционал, акустические приборы становятся проще в работе – благодаря сохранению типовых настроек, интерактивным подсказкам, текстовым заметкам и другим полезным «фишкам» ПО.

Обучение работе с ультразвуковым дефектоскопом

«Набивать руку» желательно под присмотром опытного наставника. По мере проведения контроля разных объектов из разных материалов вы станете лучше разбираться в ПО, выработаете «короткие пути» до нужных настроек и функций, привыкнете к цветовой гамме развёрток, научитесь правильно сохранять и обрабатывать результаты.

Для лучшего понимания принципа работы ультразвукового дефектоскопа рекомендуем также побольше читать учебной и научно-технической литературы. В особенности это касается «классики жанра» – трудов В.Г. Щербинского, И.Н. Ермолова, А.К. Гурвича, Е.Ф. Кретова, В.А. Троицкого, В.Ю. Попова, Ю.В. Ланге и других авторитетных авторов. Свои учебные пособия есть в разных институтах и аттестационных центрах. Например, многие специалисты УЗК высоко отзываются о материалах, которые готовят для своих студентов преподаватели Томского политехнического университета, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ПГУПС и т.д.

Помимо книг, пособий и справочников, нужно внимательно изучать руководящую документацию, и в особенности технологические карты, по которым предстоит работать. В грамотно составленной техкарте содержатся подробные указания по настройке ультразвукового дефектоскопа, выбору ПЭП, схемы прозвучивания, измерению характеристик дефектов и т.д. Уверенное знание нормативно-технической документации – это вообще ключ к успеху в профессии дефектоскописта, к слову сказать.

Наконец, если при работе с акустическим приборов возникают какие-либо трудности, вы всегда можете обратиться за советом к старшим товарищам. Сделать это можно на форуме «Дефектоскопист.ру». На нашем сайте зарегистрированы тысячи специалистов УЗК всех квалификационных уровней, I–III, а также преподаватели, представители фирм-производителей аппаратуры, сервисных центров и пр. В разделе «Ультразвуковой контроль» можно получить информацию практически по любым вопросам, связанным с подбором, эксплуатацией, метрологическим и техническим обслуживанием ультразвуковых дефектоскопов.

Где купить ультразвуковой дефектоскоп

Среди приборов для акустического контроля очень жёсткая конкуренция. Чтобы подобрать и приобрести хороший прибор для УЗК, вы можете обратиться к партнёрам форума «Дефектоскопист.ру».

Источник

Типы разверток, применяемых в рельсовых дефектоскопах

Функциональная схема цифрового микропроцессорного дефектоскопа

Функциональная схема аналогового дефектоскопа общего назначения

Классификация ультразвуковых дефектоскопов

Ультразвуковой дефектоскоп – это электронно-акустическое устройство, предназначенное для возбуждения-приема ультразвуковых колебаний с целью обнаружения несплошностей или неоднородности материалов и измерения их характеристик.

Дефектоскоп преобразует колебания в вид, удобный для вывода на соответствующий индикатор. Он снабжен сервисными устройствами для настройки и сохранения параметров принятых сигналов.

В зависимости от области применения дефектоскопы делятся (ГОСТ 23049–84) на приборы общего назначения (УЗДОН) и специализированные (УЗДС).

В зависимости от функционального назначения дефектоскопы делятся на группы:

По конструктивному исполнению дефектоскопы подразделяются на стационарные, переносные, портативные.

По степени участия дефектоскописта в процессе контроля различают ручные, механизированные и автоматизированные дефектоскопы.

Условное буквенно-цифровое обозначение молдавских дефектоскопов состоит из букв УДС (для УЗДС), номера группы назначения и порядкового номера модели.

УДС2-РДМ-22 : УДС – ультразвуковой дефектоскоп специализированный;

2 – предназначенный для обнаружения дефектов, измерения глубин их залегания и измерения отношения амплитуд сигналов от дефектов;

РДМ – изготовитель – фирма «РДМ» г. Кишинев;

22 – порядковый номер.

Эхо-импульсный дефектоскоп предназначен для обнаружения дефектов типа несплошности, измерения глубин их залегания и измерения отношения амплитуд сигналов от дефектов.

Рисунок 125 – Функциональная схема аналогового дефектоскопа

Дефектоскоп запускается в работу после подключения его к аккумуляторной батарее и включения сетевой кнопки. Напряжение 12 В поступает в преобразователь напряжений, в котором оно преобразуется в напряжения разной величины для питания узлов дефектоскопа.

При подаче напряжения на генератор синхронизирующих импульсов ГС , он вырабатывает синхроимпульсы с определенной частотой. Генератор синхронизирующих импульсов обеспечивает синхронизацию работы узлов дефектоскопа, реализуя импульсный режим излучения-приема ультразвуковых колебаний. Он фактически управляет работой ГЗИ, ГВЗ, ВРЧ, ГР и Гл, обеспечивая своими синхроимпульсами их запуск в определенной последовательности. ГС может работать в режиме самовозбуждения (внутренняя синхронизация) или внешнего запуска. Наиболее часто ГСИ используют в режиме самовозбуждения. Частота внутренней синхронизации в дефектоскопе РДМ-22 установлена 900 Гц, при работе от датчика пути (внешний запуск) частота синхронизации составляет 1000 Гц.

Частота синхронизации (число синхроимпульсов за единицу времени) определяет частоту следования зондирующих импульсов. Период между посылками синхроимпульсов должен быть больше времени пробега импульса между излучателем, самым удаленным отражателем и приемником. В случае наличия многократных отражений от границы изделия период синхроимпульсов должен быть настолько большим, чтобы все отражения успевали затухнуть к моменту излучения следующего зондирующего импульса. В противном случае, отражения, вызванные предыдущим зондирующим импульсом, попадут на развертку в последующем такте и будут ошибочно приняты за эхоимпульс от дефекта. Такие отражения, попавшие на экран из-за неправильной установки частоты синхронизации, носят название паразитных (фантомных) импульсов. Таким образом, частота ГС ограничивается сверху условием полного затухания всех принимаемых сигналов в периоде между соседними зондирующими импульсами, снизу – скоростью сканирования ПЭП.

Синхроимпульс поступает в генератор зондирующих импульсов несколько позднее, чем начинается развертка изображения на экране для того, чтобы возрастание зондирующего импульса было видно на экране уже несколько правее нулевой линии.

Генератор зондирующих импульсов ГЗИ предназначен для формирования высокочастотных электрических импульсов (зондирующих импульсов) малой длительности (0,2–5 мкс) для возбуждения пьезопластины ПЭП. Длительность зондирующего импульса ограничивается снизу условием сохранения спектральных свойств, т.е. должно иметься хотя бы несколько периодов (примерно 10 колебаний) с требуемой частотой. Но с точки зрения уменьшения «мертвой» зоны и улучшения разрешающей способности длительность зондирующего импульса должна быть как можно меньше. Однако при этом уменьшается излучаемая в ОКэнергия.

Рисунок 126 – Колебательный контур ГЗИ

Хотя в разных типах ультразвуковых дефектоскопов есть различия в схемных решениях и элементной базе, почти во всех используется один и тот же принцип формирования импульса возбуждения. Этот принцип основан на периодическом заряде конденсатора до напряжения в несколько сотен вольт с последующим его разрядом на колебательный контур. Этот контур состоит из параллельно включенных емкости излучающего преобразователя и катушки индуктивности, которая может быть установлена в электронном блоке или в излучающем преобразователе (рисунок 126).

Частота контура должна быть близка частоте пьезопластины, в этом случае амплитуда колебаний пьезопластины будет максимальной.

Разряд конденсатора на колебательный контур, т. е. на пьезопреобразователь, производится с помощью специального быстродействующего переключающего элемента, в качестве которого используются тиристоры или высокочастотные полевые транзисторы. Переключение происходит в момент поступления синхроимпульса от синхронизатора, в результате чего в контуре возбуждаются электрические колебания, которые вызывают соответствующие (вынужденные) колебания пьезопластины излучателя. Амплитуда импульса определяется напряжением заряда конденсатора С_н (напряжением питания), длительность переднего фронта импульса зависит от скорости открывания тиристора, а длительность заднего фронта определяется емкостью конденсатора С_н и сопротивлением нагрузки R_в. Таким образом, форма зондирующего импульса в данной схеме сильно зависит от нагрузки. Емкость С_н делают относительно небольшой, для того чтобы длительность зондирующего импульса при подключении ПЭП была примерно равна ½ периода колебаний ПЭП, что является оптимальным условием возбуждения ультразвуковых преобразователей. В этом случае наблюдается максимум коэффициента преобразования электрического сигнала в акустический сигнал (максимум эффективности возбуждения ПЭП).

При использовании описанной выше схемы генератора верхняя граница частоты излучателя определяется длительностью переднего фронта импульса возбуждения, зависящей от скорости срабатывания (быстродействия) переключающего элемента, через который осуществляется разряд конденсатора.

Пьезоэлектрический элемент представляет собой емкостную нагрузку, для компенсации которой необходима индуктивность для эффективного возбуждения ультразвукового преобразователя (т.е. для подстройки частоты высокочастотных колебаний, заполняющих импульс). Также емкостную нагрузку представляет и кабель, который недостаточно хорошо согласован с волновыми сопротивлениями прибора и ПЭП. Поэтому кабель не может иметь произвольную длину. Для получения максимальной мощности от данного генератора зондирующих импульсов необходимо правильно согласовать и реактивное сопротивление ПЭП. Для этого используют разные методы: в приборах типа УД2-12 и др. при установке частоты преобразователя автоматически включалась индуктивное сопротивление, величина которого выбиралось средним для всех ПЭП данной частоты. Однако емкость пьезоэлемента зависит не только от его толщины (влияющей на частоту), но и от его диаметра (площади) и марки пьезокерамики. Позднее на рынке появились выносные индуктивные элементы согласования различного номинала для подключения любых ПЭП к любому прибору. Такое техническое решение используется только с релаксационными ГЗИ. В дефектоскопах зарубежного производства согласующую индуктивность встраивают в преобразователь. Российские разработчики ультразвуковых дефектоскопов вынуждены делать согласующий элемент как отдельное устройство. В этом случае обеспечивается универсальность работы преобразователя с различными типами дефектоскопов.

Зондирующий импульс может иметь либо колоколообразную, либо синусоидальную форму (рисунок 127).

Основные параметры зондирующего импульса:

Тс– период следования ЗИ (интервал времени между двумя посылками ЗИ), [мкс];

Fс – частота следования посылок ЗИ (величина, обратная периоду следования), [Гц]; определяет максимальную скорость сканирования, при которой еще возможно выявление дефекта. Чем быстрее перемещается ПЭП по рельсу, тем чаще должны посылаться ЗИ. Максимальное значение частоты посылок ограничивается скоростью затухания ультразвука в изделии. При большой частоте посылок предыдущий импульс не успевает затухать и поэтому может вызвать появление ложных сигналов во время действующей посылки;

f₀– частота высокочастотного заполнения ЗИ, [МГц]; выбирается исходя из условий λ ≤ b (длина волны меньше или равна минимально выявляемому размеру дефекта) и длина волны должна быть намного больше размера зерна контролируемого металла;

U_и – амплитуда ЗИ, [В].

Т₀ – период высокочастотного заполнения ЗИ, [мкс].

Рисунок 127 – Зондирующий импульс колокообразной и экспоненциальной форм

Импульсы высокочастотных электрических колебаний с выхода ГЗИ поступают на пьезопластину, которая в результате обратного пьезоэффекта преобразует их в механические. При акустическом контакте излучателя с контролируемым изделием в последнем распространяются акустические импульсы. Форма излучаемого акустического импульса в значительной мере определяется типом преобразователя и условиями его акустического контакта. Кроме того, влияние на форму импульса оказывает демпфирующее (гасящее) сопротивление, которое включается параллельно контуру с целью ускорения процесса затухания колебаний в электрическом контуре и, как следствие, уменьшения длительности акустического импульса.

Дойдя до границы с какой-либо инородной средой, акустические колебания переотражаются, попадают на пьезопластину ПЭП и преобразуются ею в результате прямого пьезоэффекта снова в импульсы высокочастотных электрических колебаний. Прием отраженных ультразвуковых колебаний возможен только в паузах между излучением коротких зондирующих импульсов в случае работы с ПЭП по совмещенной схеме включения (ключ К замкнут на рисунке 125). При раздельной и раздельно-совмещенной схеме включения ПЭП (ключ К разомкнут) прием отраженных импульсов осуществляется другой пьезопластиной, работающей только на прием эхо-импульсов.

Импульсы высокочастотных электрических колебаний, преобразованные пьезопластиной из акустических, далее поступают на вход приемно-усилительного тракта ПУТ дефектоскопа.

Ультразвуковые дефектоскопы можно условно разделить на два класса – аналоговые и цифровые.

В аналоговых дефектоскопах обработка сигналов производится с помощью аналоговых устройств (усилитель высокой частоты УВЧ, детектор Д, видео усилитель ВУ и т.д.). Отображение сигналов осуществляется также аналоговым устройством – электроннолучевой трубкой ЭЛТ. Это дефектоскопы, разработанные в 70–80 годах, такие как ДУК-66ПМ, УД2-12, Поиск-10Э, ЭМ, Рельс-6.

Цифровые дефектоскопы содержат микропроцессор, который обрабатывает сигналы в цифровом виде и отображает их на матричном дисплее. Это уже современные приборы. К цифровым дефектоскопам относятся, например РДМ-33, РДМ-22. Устройство приемного тракта сильно отличается для данных двух классов дефектоскопов.

Приемник аналогового ультразвукового дефектоскопа показан на рисунке 128.

Рисунок 128 – Блок-схема приемника аналогового ультразвукового дефектоскопа

Приемно-усилительный тракт (ПУТ) предназначен для приема, усиления и детектирования сигналов, регистрируемых ПЭП (от сотен микровольт до единиц и десятков милливольт), а также для измерения его амплитуды методом сравнения с опорным сигналом.

К приемному устройству ультразвукового дефектоскопа предъявляются довольно высокие требования:

С учетом вышесказанного, функциональная схема приемного устройства дефектоскопа содержит следующие элементы (рисунок 128):

Рассмотрим подробнее работу приемно-усилительного тракта.

В практике контроля рельсов в основном применяют совмещенный режим работы ПЭП, который излучает и принимает колебания. При этом в процессе излучения с ГЗИ на ПЭП поступает напряжение в десятки и сотни вольт. Оно может попасть на вход ПУТ и вывести его из строя, поэтому на его входе устанавливают диодный ограничитель (рисунок 129), который ограничивает уровень электрического сигнала с ГЗИ на входе ПУТ до 0,5–1 В, а во время приема пропускает сигналы с ПЭП порядка десятков и сотен микровольт.

Рисунок 129 – Схема подавления воздействия зондирующего импульса

При показанном включении диоды шунтируют как положительный, так и отрицательный полупериоды зондирующего импульса.

Однако при совмещенной схеме включения ПЭП к дефектоскопу нельзя полностью электрически разделить ГЗИ с приемником и полностью устранить попадание зондирующего импульса на вход приемника. Поэтому для уменьшения мертвой зоны необходимо максимально сократить время, в течение которого чувствительность дефектоскопа за счет перегрузки мощным зондирующим импульсом оказывается заниженной.

Сигнал пройдя через диодный ограничитель поступает на вход аттенюатора.

Аттенюатор – это устройство, которое служит для калиброванного ослабления входного сигнала и измерения отношений амплитуд принятых сигналов. При этом сравниваются амплитуды двух или нескольких сигналов в относительных единицах, децибелах. Аттенюатор располагают вблизи входа приемно-усилительного тракта для того, чтобы искажения амплитуд поступивших сигналов были минимальными. Отсчет аттенюатора ведется относительно некоторого нулевого уровня. Так, например, показание аттенюатора 6 дБ говорит о том, что амплитуда сигнала в два раза отличается от нулевого уровня.

Аттенюаторы выполняются в виде многопозиционных переключателей, наборов кнопок или, в современных цифровых дефектоскопах, управляются электронным способом от внутреннего микропроцессора. В цифровых дефектоскопах реализован автоматический режим измерения отношения амплитуд, для любого импульса, совпадающего по времени со стробом.

При использовании кнопочного аттенюатора сумма децибел нажатых кнопок есть общее ослабление сигнала, которое позволяет сравнивать в децибелах уровни эхо-сигналов от различных отражателей. Аттенюатор используется для настройки чувствительности дефектоскопа и измерения амплитуды принятых сигналов. Причем амплитуда сигнала является информативным признаком дефекта.

Сигнал с выхода аттенюатора поступает на вход усилителя высокочастотных сигналов (УВЧ). УВЧ необходим для усиления высокочастотных импульсов колебаний, до напряжения, при котором можно производить детектирование (не менее 1 В).

Различают два основных типа УВЧ: линейный и логарифмический. Характеристиками УВЧ являются: динамический диапазон; полоса пропускания частот.

Динамический диапазон – диапазон амплитуд сигналов, которые могут быть обработаны ультразвуковым прибором без перегрузки или значительного искажения, и в то же время не будут слишком малыми для обнаружения. Динамический диапазон является важной характеристикой усилителя. Приборы с большим динамическим диапазоном позволяют правильно оценивать соотношения амплитуд сигналов на экране.

В усилителе с линейной характеристикой амплитуда эхо-сигнала на экране должна быть максимально пропорциональна напряжению на пьезоэлементе, создаваемому принятым ультразвуковым сигналом. Однако точное соблюдение этого требования возможно лишь в ограниченном диапазоне. Для сравнения динамический диапазон линейного усилителя – 34–46 dB.

В логарифмическом усилителе амплитуда эхоимпульса должна быть пропорциональна логарифму напряжения на пьезоэлементе ПЭП. Так как амплитуды эхо-сигналов даются только в децибелах, которые являются логарифмической единицей, N = 10 lg (U/U₀) 2 = 20 lg (U/U₀), то логарифмический усилитель имеет преимущество перед линейным усилителем. Преимущество логарифмического усилителя в том, что он обладает динамическим диапазоном до 100 dB – отношением самого большого сигнала к самому малому сигналу, который виден на экране с четкой ступенчатостью. Такой высокий динамический диапазон объясняется тем, что в нем нет перевозбуждения при воздействии слишком больших сигналов.

Еще одной характеристикой УВЧ является полоса пропускания частот – это диапазон частот, в пределах которого усиление сигнала происходит без существенного искажения его формы.

Широкополосный усилитель способен обрабатывать все возможные частоты сигнала, например, от 1 до 10 МГц, поэтому не нужно переключать усилитель при изменении частоты ПЭП. Однако широкополосный усилитель обладает достаточно высоким уровнем собственных шумов, а значит, имеет меньшие возможности для усиления эхосигнала. Гармонические составляющие высших порядков представлены в полосе частот эхо-сигналов от мелких дефектов, рассеивающих в основном более высокие частоты, намного сильнее. Возникают участки нежелательного шума, что затрудняет выявление более крупных дефектов. Значит, если сузить полосу пропускания, картина прояснится.

Поэтому большинство дефектоскопов комплектуются узкополосными усилителями. Они обладают низким уровнем собственных шумов, а значит, имеют большие возможности для усиления. Полосу пропускания частот выбирают не менее 0,2f₀, где f₀ – резонансная частота, что обеспечивает минимальные искажения принятых сигналов в приемном тракте. Слишком узкая полоса частот ведет к расширению импульса и к потере разрешающей способности.

УВЧ имеет выносной регулятор «Усиление», что позволяет менять усиление УВЧ в пределах его динамического диапазона.

На второй вход УВЧ поступает сигнал временной регулировки чувствительности (ВРЧ). ВРЧ вырабатывает управляющее напряжение с участком экспоненциально-возрастающей формы. Это дает возможность:

— подавления шумов ПЭП (в зоне действия зондирующего импульса) – с целью обеспечения требуемой мертвой зоны (рисунок 130);

Рисунок 130 – Пояснение к программной работе ВРЧ в лыжном канале резонатора с углом ввода 70º по совмещенной схеме включения дефектоскопа РДМ-22. Зона контроля в данном канале от 3 мм до 45 мм по высоте рельса. В ближней зоне ВРЧ (до 2-й точки) служит для подавления собственных шумов резонатора. После ближней зоны линия ВРЧ горизонтальная и глубина ВРЧ на этом участке составляет 0 дБ (т.е. ВРЧ выключена).

— компенсировать в определенной степени ослабление ультразвука в ОК, обусловленное расхождением пучка, а следовательно, и его затуханием (т. е. выровнять чувствительность по глубине ОК). Это достигается установкой разной чувствительности в разных по расстоянию зонах ОК. Это в свою очередь позволяет получить одинаковые по амплитуде индикации от отражателей с равной отражательной способностью, расположенных на разных расстояниях при одинаковом общем усилении для всей зоны (рисунок 131);

Зона контроля в канале от 14 мм до 145 мм по высоте рельса. Такая длительность зоны необходима для работы многократно отраженным лучом для озвучивания всего объема головки рельса

Рисунок 131 – Пояснение к программной работе ВРЧ в лыжном канале резонатора с углом ввода 55º по совмещенной схеме включения дефектоскопа РДМ-22. В ближней зоне линия ВРЧ разделена на два участка – на первом участке линия ВРЧ наклонная (служит для подавления сигналов за пределами зоны контроля), на втором участке – горизонтальная (ВРЧ выключена). В средней зоне линия ВРЧ также разделена на два участка. Второй участок находится на уровне +6 дБ относительно первого с целью лучшего выявления эхо-сигналов от отражателей во второй половине средней зоны и в дальней зоне, т.е. относительно установленного в канале общего усиления, усиление в данной зоне повышено сверх общего усиления на 6 дБ.

— обеспечения требуемой чувствительности только в зоне контроля (при подавлении чувствительности за ее пределами) (рисунок 131).

Линия ВРЧ строится по опорным точкам, при этом дефектоскоп имеет возможность ввода значений опорных точек. Принцип ввода параметров ВРЧ по реальным сигналам, на примере пяти донных эхо-сигналов в плоскопараллельном образце (рисунок 132): из контролируемого материала изготовить образец толщиной примерно в 5 раз меньше контролируемой толщины образца. На образец поставить прямой ПЭП и установить чувствительность такой, чтобы на экране наблюдались не менее 5 донных сигналов.

1. Выделяем первый донный сигнал. Регулировкой усиления установим его амплитуду около 90% высоты экрана. Имея сигнал, превышающий уровень порога в зоне строба, введем точку ВРЧ. В качестве положения, будет записано положение максимума сигнала, находящегося в зоне контроля, а в качестве усиления – текущее усиление тракта.

2. Перемещаем строб-импульс под второй донный сигнал. Увеличиваем усиление так, чтобы амплитуда второго донного сигнала была около 90% высоты экрана. Введем вторую точку ВРЧ.

3. Перемещаем строб-импульс под третий донный сигнал, увеличиваем усиление так, чтобы амплитуда третьего донного сигнала была около 90% высоты экрана и добавляем третью точку ВРЧ. 4. Повторяем операции для четвертого и пятого донных эхосигналов.

5. Включаем ВРЧ, корректируем усиление во всех пяти точках поочередно. В результате имеем 5 донных эхо-сигналов, имеющих одинаковую амплитуду, это позволяет сравнивать амплитуды сигналов от отражателей, имеющих одинаковую отражающую способность и находящихся на различной глубине.

Рисунок 132 – Построение кривой ВРЧ

Сигнал с выхода УВЧ поступает на детектор (Д). Детектор преобразует высокочастотный сигнал электрических колебаний в видео-импульсный сигнал. Это позволяет улучшить качество изображения на экране дефектоскопа и упростить дальнейшую обработку сигнала.

Амплитудный детектор – это последовательная совокупность выпрямителя и сглаживающего фильтра. В результате детектирования формируется однополярная огибающая.

До детектирования импульс представляет собой двух-полярный радиоимпульс с положительной составляющей в верхней части и отрицательной составляющей в нижней части (рисунок 133).

После детектирования сигнал не содержит высокочастотной составляющей. Это выражается в изменении визуального представления эхоимпульса на экране. Применяются следующие типы детектирования: двухполупериодное (полное); однополупериодное – по положительной полуволне и по отрицательной полуволне.

Двухполупериодное выпрямление используется в случае, когда для оценки размера дефекта используется максимальное значение сигнала. Однополупериодное выпрямление ис­пользуется для точного определения местонахождения отражателя, а также для определения фазы отраженного сигнала, которая зависит от акустического сопротивления среды, заполняющей несплошность.

Детектирование по положительной полуволне означает отображение только верхней положительной составляющей радиочастотного сигнала, отрицательное детектирование (рисунок 134) – отображение только нижней отрицательной составляющей радиочастотного сигнала. Несмотря на то, что это отрицательная часть радиосигнала, она отображается на А-скане при детектировании так же, как и положительная, для простоты восприятия.

Двухполупериодное детектирование является сложением положительной и отрицательной составляющей радиосигнала (рисунок 135).

После детектирования эхо-импульсы поступают на видеоусилитель (ВУ). Видеоусилитель производит дальнейшее усиление принятого сигнала до напряжения, необходимого для наблюдения его на экране дефектоскопа, и дополнительно выполняет функцию подавления шумов, которая реализована в виде схемы отсечки. Благодаря этому отсекаются все импульсы, амплитуда которых меньше выбранной величины. Различают типы отсечки: некомпенсированная отсечка и компенсированная осечка.

Применение некомпенсированной отсечки искажает реальное соотношение амплитуд детектированных сигналов и сужает динамический диапазон прибора. В связи с эти разработана система компенсированной отсечки (рисунок 136), которая удаляет сигналы с амплитудой ниже порога отсечки и оставляет неизменными, без подавления, сигналы, превышающие по амплитуде этот порог.

Рисунок 136 – Вид экрана дефектоскопа до (а) и после (б) включения режима отсечки: 1 – уровень отсечки; 2 – эхо-сигнал от дефекта; 3 – шумовые сигналы; 4 – зона контроля

Для дефектоскопа сигналы с амплитудой ниже порога отсечки являются помехами, вызванными структурными шумами или недостаточной обработкой поверхности детали, которые наблюдаются у горизонтальной линии развертки экрана, а полезные сигналы (превышающие уровень отсечки) – это сигналы от дефектов.

Уровень отсечки регулируется в процентах высоты А-развертки от ее нижней горизонтали. Диапазон регулировки уровня отсечки – от 0 (отсечка отключена) до 25 %. Следует иметь в виду, что при больших значениях отсечки могут возникать следующие нежелательные последствия:

Сигналы с выхода приемника поступают на вертикальную отклоняющую систему ЭЛТ и блок автоматической сигнализации дефекта (АСД).

Автоматический сигнализатор дефекта АСД производит временную и амплитудную селекцию поступающих с выхода ПУТ сигналов и осуществляет управление дополнительными встроенными индикаторами: звуковым и световым. Временная (т.е. по толщине ОК) селекция необходима для того, чтобы на индикаторы сигнализации дефекта не поступали зондирующие импульсы, а также эхо-сигналы от отражателей вне зоны контроля. Для этого формируется строб-импульс, отмечающий зону ожидания сигналов от дефектов и порог, по которому происходит обнаружение сигнала. Параметры строба, его задержку, длительность и положение порога, можно изменять в определенных пределах. Амплитудная селекция необходима для того, чтобы индикаторы срабатывали только в том случае, если эхо-сигнал совпадает по времени со строб-импульсом, а также амплитуда эхо-сигнала превышает определенный уровень (для эхо-метода, рисунок 137) или становится меньше данного уровня (для теневого и зеркально-теневого методов, рисунок 138).

В эхо-методе ультразвукового контроля (рисунок 138) строб АСД устанавливается на экране дефектоскопа в соответствии с диапазоном глубин залегания дефектов. Порог АСД (уровень, на котором располагается строб) равен одной клетке вертикальной шкалы экрана. В процессе контроля АСД выдает световой и звуковой сигналы в случае, если какой-либо эхо-сигнал попадает в строб АСД и превышает порог.

В зеркально-теневом методе (рисунок 139) анализируется донный сигнал, прошедший через объект контроля два раза. Данный сигнал имеет задержку, пропорциональную двойной толщине изделия. Амплитуда донного сигнала максимальна, если нет дефектов. Амплитуда уменьшается, если в зоне прозвучивания есть несплошностъ, т.е. образуется тень от дефекта. АСД для зеркально-теневого метода имеет строб, который захватывает только донный сигнал. АСД выдает световой и звуковой сигнал тогда, когда донный сигнал становится меньше порога.

Рисунок 138 – Принцип работы АСД для зеркально-теневого метода контроля

Автоматический сигнализатор дефектов имеет следующие параметры:

Стробирующий импульс имеет прямоугольную форму с регулируемым задним фронтом, что позволяет устанавливать его длительность равной высоте контролируемого сечения (рисунок 139).

Длительность строба t_стр, определяющая высоту контролируемого сечения, вычисляется:

t_стр = (для прямого ПЭП); t_стр = (для наклонного ПЭП), (55)

где Н – высота контролируемого участка.

Задержка строб-импульса Т, отвечающая за сдвиг начала строб-импульса относительно посылочного импульса и равная длительности импульса ГВЗ, вычисляется:

Т = (для прямого ПЭП); Т = (для наклонного ПЭП), (56)

где h –глубина залегания контролируемого слоя.

Стробирование определенной зоны сечения контролируемого изделия позволяет решать несколько задач:

1) установка требуемой зоны контроля;

2) повышение общей помехоустойчивости дефектоскопа, поскольку импульсные помехи любого типа могут воздействовать на индикаторы (звуковой, световой) лишь в пределах строба.

Селекция эхо-сигналов производится на каскаде совпадения (КС), являющегося составляющей блока автоматического сигнализатора дефекта АСД. На один вход КС поступает эхосигнал с видеоусилителя, на другой вход поступает прямоугольный импульс, вырабатываемый генератором стробирующих импульсов (ГСИ). Для того, чтобы ГСИ выработал строб-импульс, срабатывает следующая схема: синхроимпульсом с некоторой задержкой запускается генератор временной задержки(ГВЗ). Задержка запуска ГВЗ соответствует длительности зондирующего импульса и времени восстановления приемника после действия ЗИ. ГВЗ вырабатывает импульс прямоугольной формы, который своим задним фронтом запускает ГСИ. Импульс ГВЗ имеет регулируемый задний фронт, поэтому изменяя длительность импульса ГВЗ, можно изменять местоположение строба ГСИ в зависимости от необходимой зоны контроля по высоте контролируемого объекта.

Генератор развертки (ГР) предназначен для формирования напряжения специальной формы, управляющего движением луча вдоль горизонтальной шкалы экрана ЭЛТ. Период развертки состоит из трех частей: задержка развертки, рабочий ход и пауза (обратный ход). В течение рабочего хода развертки генератор формирует пилообразное напряжение, под действием которого электронный луч смещается по экрану слева направо. Напряжение развертки прикладывается симметрично к обеим горизонтально отклоняющим пластинам, т.е. напряжение на пластинах в каждый момент времени одинаково по величине и противоположно по знаку. Во время паузы управляющее напряжение возвращается к первоначальному значению.

Чтобы обратный ход луча не был виден на экране, ГР формирует импульс подсвета, подаваемого на модулятор ЭЛТ. Длительность этого импульса равна длительности прямого хода луча, которая, в свою очередь, определяет размеры зоны контроля, т. е. толщину того участка ОК, где могут быть зарегистрированы эхо-сигналы от дефекта. Изменение длительности пилообразного напряжения обеих полярностей и импульса подсвета происходит синхронно. При этом амплитуда пилообразного напряжения остается постоянной при любой длительности развертки.

В дефектоскопе реализованы два режима контроля: «от поверхности» (режим синхронного запуска развертки) и «по слоям» (режим задержанной развертки).

В режиме «от поверхности» ГР (рисунок 125) запускается синхроимпульсом через линию задержки ЛЗ. Время выдержки устанавливается таким, чтобы перекрыть длительность зондирующего импульса и время восстановления приемника после воздействия мощного зондирующего импульса. Это необходимо для того, чтобы зондирующий импульс не попадал на экран (в рельсовых дефектоскопах ЗИ не выводится на экран, так как полезной информации этот сигнал не несет).

В режиме «по слоям» ГР (рисунок 125) запускается, используя глубиномер, с задержкой, определяемой глубиной верхней границы контролируемого слоя. Такой режим развертки называют «лупой времени», при этом может быть установлена максимальная разрешающая способность. Режим «по слоям» целесообразно применять при контроле длинномерных деталей, так как в режиме от поверхности масштаб изображения по горизонтали на экране может оказаться слишком мелким, что не позволит раздельно наблюдать близко расположенные отражатели.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) предназначена для визуализации сигналов, поступающих на приемник дефекто­скопа.

В электронно-лучевой трубке (рисунок 140) в результате термоэлектрической эмиссии с катода испускается поток электронов. Благодаря модулятору и ускоряющим электродам поток электронов фокусируется в луч, устремляющийся через две пары взаимно-перпендикулярных пластин к экрану. Система отклонения луча электростатическая. Внутренняя поверхность экрана покрыта люминофором – веществом, способным светиться при соударении с ним потока электронов. На экране ЭЛТ в определенном масштабе воспроизводится процесс распространения ультразвуковых колебаний в ОК. Для этого вертикально отклоняющие пластины подключаются к выходу ПУТ, т. е. к выходу ВУ. На горизонтально отклоняющие пластины подаются пилообразные напряжения противоположных полярностей, вырабатываемых ГР.

Рисунок 140 – Электронно-лучевая трубка

Глубиномер(ГЛ) предназначен для автоматического расчета координат залегания дефекта по измеряемому времени пробега и известной скорости ультразвуковой волны.

Глубиномер ультразвукового дефектоскопа реализует косвенный метод измерения координат дефектов. Глубиномер определяет время t задержки эхосигнала относительно зондирующего импульса и по известным зависимостям рассчитывает координаты дефекта. Существует несколько схем прозвучивания изделий (рисунок 141) и соответственно, координаты дефектов определяются по различным формулам.

Рисунок 141 – Схемы прозвучивания изделий: а) прямым ПЭП; б) наклонным ПЭП прямым лучом;

в) наклонным ПЭП однократно отраженным лучом

Глубина залегания дефекта при работе с прямым ПЭП вычисляется глубиномером

Координаты дефекта при работе с наклонным ПЭП вычисляются глубиномером

где t_п – время задержки УЗК в призме преобразователя;

с_l – скорость продольных волн в изделии;

с_t – скорость поперечных волн в изделии;

α – угол ввода наклонного преобразователя.

Величины t_п, c_l, c_t, α являются параметрами настройки. В том или ином виде данные параметры устанавливаются в дефектоскопе.

В некоторых дефектоскопах (например, в USN52, в некоторых российских дефектоскопах) глубиномер позволяет проводить отсчет координаты L от передней грани ПЭП (рисунок 141, в). Кроме того, в схемах прозвучивания однократно отраженными лучами ПЭП глубина залегания дефекта Н дефектоскопом определяется от поверхности ввода УЗК (рисунок 141, в). Глубиномер рассчитывает координаты дефекта по формулам:

где L₂ – стрела преобразователя;

h – толщина изделия;

Н и L – координаты дефекта.

Есть некоторая разница в способах измерения задержки эхосигнала Т. Наиболее широкое распространение получили два способа измерения задержки: по фронту эхосигнала и по его пику (рисунок 142).

Рисунок 143 – Способы определения задержки эхосигнала в ультразвуковых дефектоскопах

Для определения задержки по фронту эхосигнала Тэ_фр (рисунок 142) схема дефектоскопа имеет небольшой порог по амплитуде и задержка определяется в момент пересечения эхосигналом данного порога. Такой способ измерения реализован а большинстве аналоговых дефектоскопов. При измерении задержки по фронту величина задержки Тэ_фр имеет небольшую зависимость от амплитуды эхосигнала, так как эхосигнал имеет некоторую длительность переднего фронта.

В цифровых дефектоскопах часто используется способ измерения задержки по пику эхосигнала Тэ_п (рисунок 142). Прибор анализирует эхосигнал и определяет момент времени, в который наблюдается максимум эхосигнала, затем определяется задержка до этого момента времени.

Система отображения сигналов

Для наблюдения эхосигналов традиционно применяется развертка типа А (рисунок 143), т.е. зависимость амплитуды сигнала от времени. В аналоговых дефектоскопах развертка А отображается на ЭЛТ, а в цифровых дефектоскопах – на матричном дисплее.

В общем случае отображение сигналов на экране дефектоскопа производится в пределах некоторого интервала времени Т_р – длительность развертки и начало развертки имеет смешение по времени Т_см. Рисунок 143 – Отображение эхосигналов на экране дефектоскопа. Развертка типа А.

В дефектоскопе (рисунок 144) можно условно выделить два основных блока: блок управления и памяти; дефектоскопический блок.

Дефектоскоп работает следующим образом. По команде с пульта уп­равления (ПУ) центральный процессор (АЦП) включает дефектоскоп. По сигналу центрального процессора производится самотестирование дефек­тоскопа, после чего он устанавливается в исходное состояние. В различных типах приборов исходное состояние обычно характеризуется одним из двух режимов:

— рабочий режим, использовавшийся перед последним выключением;

— начальный диалоговый режим, используя который оператор устанавли­вает необходимый рабочий режим. Рисунок 144 – Функциональная схема цифрового дефектоскопа

Генератор синхронизирующих импульсов (ГС) через определенные промежутки времени вырабатывает электрические импульсы, которые со­гласовывают во времени работу различных блоков прибора.

Генератор импульсов возбуждения (ГИВ) вырабатывает короткий элек­трический импульс, который через разъем Р1 подается на пьезоэлемент ПЭП1. На схеме показан ключ К в разомкнутом положении. Это означает, что ПЭП1 работает только в режиме излучения, а ПЭП2 – только в режиме приема. Вследствие обратного пьезоэлектрического эффекта пьезоэлемент ПЭП1 преобразует электрический импульс в упругое колебание, которое распространяется в объекте контроля (ОК), формируя ультразвуковую волну. Колебания, отраженные от противоположной поверхности ОК или от дефектов, возвращаются к поверхности контроля. Вследствие явления прямого пьезоэлектрического эффекта пьезоэлемент ПЭП2 преобразует упругое колебание в электрический импульс, который через разъем Р2 пос­тупает в приемно-усилительный тракт (ПУТ).

Далее сигнал усиливается и преобразуется в приемно-усилительном тракте, а затем подается на амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП преобразует аналоговый сигнал (в данном случае – электрический импульс, прошедший приемно-усилительный тракт) в цифровой код. Закодированный сигнал поступает на дисплей (Д), где формирует установ­ленный тип развертки.

В постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) записаны и хранятся блоки базовой настройки дефектоскопа. Пользователи дефектоскопов, как правило, не имеют доступа к этим параметрам, следовательно, не имеют возможности изменять их случайно или по собственному желанию.

В оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) накапливается, обра­батывается, хранится в цифровом виде и используется текущая информа­ция о режимах настройки и параметрах поступающих сигналов.

Источник питания (ИП) служит для преобразования питающего элект­рического напряжения и его распределения по блокам дефектоскопа.

Микропроцессорный дефектоскоп имеет интерфейс – устройство для обмена информацией с персональным компьютером.

Приемник цифрового дефектоскопа показан на рисунке 145. Здесь аналоговая часть приемника состоит из усилителя высокой частоты (1) и детектора (2).

Рисунок 145 – Блок-схема приемника цифрового ультразвукового дефектоскопа

Сигнал с выхода детектора 2 поступает на аналого-цифровой преобразователь-АЦП, который преобразует его в цифровой код и передает в память микропроцессора. Дальнейшая обработка сигналов производится уже микропроцессором.

Сигнал временной регулировки чувствительности ВРЧ формируется цифроаналоговым преобразователем ЦАП. Цифровой код извлекается из памяти микропроцессора и преобразуется в некоторое напряжение (сигнал BPЧ) на выходе ЦАП. Сигнал BРЧ, какие аналогового дефектоскопа, управляет коэффициентом усиления УВЧ.

Обнаружение эхосигнала, определение его координат и амплитуды, изображение на дисплее – все эти операции делает микропроцессор.

Важно отметить, что в цифровом дефектоскопе невозможно определить параметры только аналоговой части приемника. Измеряемые величины неизбежно будут обрабатываться («искажаться») алгоритмом микропроцессора. Поэтому параметры приемника нужно представлять, как общие параметры аналоговой части плюс алгоритм обработки.

Существуют переходные модели дефектоскопов, которые содержат микропроцессор, но приемник дефектоскопа является полностью аналоговым и отображение сигналов осуществляется в аналоговом виде на ЭЛТ. Например, РДМ-2, РДМ-3.

Отображение информации, получаемой в процессе контроля, на экране дефектоскопа по установленному закону называется разверткой.

В зависимости от этого закона различают следующие виды разверток: развертка типа А, развертка типа В, развертка типа Д, развертка типа С. В рельсовых дефектоскопах применяются развертки А и В, а также имеются смешанные виды: ОА и ВА.

Развертка типа А – развертка, на которой высота отображаемого импульса пропорциональна амплитуде принятого сигнала, а его положение на горизонтальной линии пропорционально времени прохождения ультразвуковым импульсом акустического тракта.

Т.о., развертка типа А – это представление сигналов в координатной плоскости «амплитуда сигнала время распространения ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии в конкретной точке нахождения ПЭП» (рисунок 146): «U, дБ – t_р, мкс».

Рисунок 146 – Представление сигнала УЗК на развертке типа А

Данный вид развертки получил свое название от слова Amplitude(амплитуда) по причине того, что на А-развертке принятые эхо-сигналы отображаются в виде импульсов, име­ющих определенную форму, длительность и амплитуду. Развертка синхронизирована с временем распространения ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии. На А-развертке в каждой точке расположения ПЭП эхо-сигнал от дефекта отображается в виде импульса, временное положение которого относитель­но зондирующего импульса пропорционально расстоянию до дефекта.

Достоинствами развертки типа А являются:

1) Измеряемые характеристики дефекта: амплитуда эхо-сигнала от дефекта, на основании амплитуды – коэффициент выявляемости дефекта, координаты и условные размеры дефекта.

2) Неизмеряемые характеристики дефекта: огибающая эхо-сигналов от дефекта, по которой можно судить о форме и ориентации дефекта (рисунок 147). При перемещении ПЭП над дефектом амплитуда эхо-сигнала от отражателя все время изменяется, пока дефект находится в пределах ширины диаграммы направленности ПЭП.

Время пробега импульса и расстояние от преобразователя до отражателя также изменяется. Соответственно эхо-сигнал перемещается по линии развертки.

Линия, соединяющая вершины эхо-сигналов на экране дефектоскопа при перемещении преобразователя над дефектом, называется пространственной огибающей. Пространственная огибающая позволяет судить о развитии дефекта по высоте. Если дефект развит по высоте (такие дефекты наиболее опасны), то при движении ПЭП по поверхности контролируемого объекта расстояние от него до дефекта будет сильно изменяться, так как меняется время пробега импульса до отражающей поверхности, поэтому временная огибающая расширится (рисунок 147). Если дефект горизонтальный (расслоение), то расстояние от ПЭП до него будет оставаться практически постоянным и огибающая будет узкой. Оператор следит за перемещением импульса в развертке типа А и мысленно описывает огибающую эхо-сигналов от дефекта.

Рисунок 148 – Развертка ОА дефектоскопа РДМ-33

Для того, чтобы облегчить труд дефектоскописта, в дефектоскопе РДМ-33 предусмотрена смешанная развертка типа ОА, имеющая на экране восстановленную огибающую эхо-сигналов. Такой режим позволяет при перемещении ПЭП автоматически запоминать и сохранять на экране максимальные значения амплитуды сигнала в каждой точке горизонтальной развертки. Одновременно индицируется текущий сигнал. Этот режим используется для регистрации и последующего анализа динамики изменения сигнала при перемещении ПЭП (рисунок 148).

Недостатками развертки типа А являются:

1) При измерении глубины залегания отражателя не учитывается переотражение лучей от противоположной вводу УЗК поверхности (рисунок 149).

Рисунок 150 – W-развертка, реализованная в дефектоскопе «Пеленг»

Этот недостаток может компенсироваться в некоторых дефектоскопах вводом смешанной развертки А+W (рисунок 150). W-развертка позволяет визуализировать траекторию распространения центрального луча и места расположения дефектов, а также рассчитывает значение параметра h с учетом количества отражений n, при котором получен эхо-сигнал. Для этого достаточно ввести в прибор значение толщины изделия Н. при этом, если n – четное число или 0, то прибор рассчитывает h = r cosα – nH. Если же n – нечетное число, то прибор считает h = (n+1) H – r cosα.

2) Отсутствие привязки к путейской координате. Применение А-развертки удобно только при контроле отдельных сечений рельсов в одноканальном режиме работы дефектоскопа. Однако она не позволяет проследить (запомнить) изменение параметров при перемещении ПЭП особенно при сплошном контроле многоканальными средствами.

3) Затруднен анализ результатов контроля длинномерных изделий многоканальными дефектоскопами при приеме сигналов от нескольких отражателей в изделии и при озвучивании кон­структивных отражателей (торцов рельсов и отверстий в зоне болтовых стыков, маркировочных знаков, неочищенно­го грата в области сварных стыков). При сплошном контроле рельсов многоканальными дефектоскопами анализ сигналов от множества отражателей удобно производить в развертке типа В.

Развертка типа В – развертка, на которой принимаемые сигналы отображаются в некотором масштабе в виде точек на поперечном сечении контролируемого объекта, перпендикулярном поверхности сканирования и параллельном направлению прозвучивания (акустической оси пучка).

Рисунок 151 – Представление В-развертки

Например, если преобразователь перемещают по прямой линии, то луч от него образует секущую плоскость на рисунке 151, проходящую через штриховую линию. Для получения этой развертки линию А-развертки на экране обычно направляют снизу-вверх (разворачивают на 90?) и подсвечивают в момент прихода эхо-сигналов. По мере перемещения ПЭП линия А-развертки смещается в горизонтальном направлении. Подсвеченные точки сохраняются на экране и образуют линии, соответствующие поверхности ввода (зондирующие импульсы), отражающей поверхности дефекта и донному сигналу, прерывающемуся там, где его затеняет дефект.

Т.о., развертка типа В – это представление сигналов в коорди­натной плоскости «время распространения ультразвуко­вых колебаний в контролируемом изделии – время движе­ния ПЭП по изделию»: «t_р, мкс – t_ПЭП, с».

Ультразвуковые дефектоскопы (РДМ- 22), индицирующие ре­зультаты контроля в виде развертки типа В, оснащены датчиками пути, позволяющими производить при­вязку принятых сигналов не ко времени от момента начала движения, а непосредственно к координате перемещения ПЭП (Х_пэп). В этом случае сигналы от дефектов и других несплошностей отображаются на развертке типа Вв коор­динатах «t, мкс – Х_пэп, мм».

Принцип отображения сигналов на В-развертке заключается в протяжке документа регистрации синхронно с движением искательной системы и фиксации всех сигналов в виде яркостных точек, превышающих заданный амплитудный порог. Чем глубже залегает отражатель в изделии, тем дальше отстоит точка от линии, условно отображающей поверхность ввода. В каждый момент излучения зондирующего импульса в зависимости от частоты следования дефектоскопа на дефектограмме фиксируется точка. Совокупность этих точек образует линию зондирующих импульсов.

При озвучивании рельса прямым ПЭП параллельно линии зондирующих импульсов, на расстоянии, пропорциональном высоте рельса, формируется линия импульсов, отраженных от донной поверхности – линия донных импульсов.

Рисунок 152 – В-развертка прямым ПЭП

При наличии внутреннего отражателя, пропорционально его глубине залегания, появляется эхо-сигнал, который по мере перемещения ПЭП отображается на развертке В в виде набора точек – пачки сигналов (рисунок 152). Размер пачки зависит от протяженности дефекта, глубины его залегания, диаграммы направленности ПЭП и усиления дефектоскопа. Как правило, при наличии на пути УЗ-пучка несплошности, амплитуда донного сигнала уменьшается, и линия донных прерывается.

На В-развертке наглядно отображаются глубина залегания дефектов, взаимное их расположение относительно друг друга по длине изделия, условные размеры.

Достоинствами В-развертки являются:

1) Измеряемые характеристики дефекта: Н, ΔH, ΔL

Источник