RU2078339C1 - Pulse impedance method of flaw detection in objects - Google Patents

Abstract

FIELD: nondestructive testing, detection of hidden flaws of joints of type of separation, poor bonding and so on in single and multilayer cellular and other structures composed of plastics, metals or their combinations. SUBSTANCE: pulse of forces continuous oscillations are periodically excited in matching system "converter-object" and amplitude and phase difference between radiated and received signals are measured and used to evaluate presence of defects. EFFECT: method displays high sensitivity and low consumption of energy for excitation of impedance converter; development of sensitive and energy-saving portable flaw detectors. 1 dwg

Description

Изобретение относится к акустической дефектоскопии, в частности к импедансному способу неразрушающего контроля и может быть использовано для обнаружения скрытых дефектов соединений типа расслоений, непроклеев и т.п. в однослойных, многослойных, сотовых и других конструкциях, состоящих из пластиков, металлов или их комбинаций. The invention relates to acoustic flaw detection, in particular to an impedance method of non-destructive testing and can be used to detect hidden defects of compounds such as delaminations, non-glues, etc. in single-layer, multi-layer, honeycomb and other constructions consisting of plastics, metals or their combinations.

Известен импедансный способ дефектоскопии объектов, в котором для возбуждения акустических колебаний в системе преобразователь-объект используют непрерывные вынужденные колебания [1] Способ обладает наибольшей чувствительностью в импедансной дефектоскопии при использовании совмещенного преобразователя с одной зоной контакта с контролируемым объектом. Необходимая частота возбуждения преобразователя устанавливается с помощью перестраеваемого звукового генератора. Признаками обнаружения дефекта в способе служат изменения амплитуды и фазы сигнала с приемника преобразователя. A known impedance method of defectoscopy of objects in which continuous stimulated oscillations are used to excite acoustic vibrations in the transducer-object system [1] The method has the greatest sensitivity in impedance defectoscopy when using a combined transducer with one contact area with a controlled object. The required excitation frequency of the transducer is set using a tunable sound generator. Signs of detection of a defect in the method are changes in the amplitude and phase of the signal from the receiver of the Converter.

Недостатком способа является относительно большой расход энергии на возбуждение акустических колебаний в преобразователе. Это обстоятельство препятствует появлению портативных дефектоскопов использующих данный способ, что является ограничением области его применения. The disadvantage of this method is the relatively high energy consumption for the excitation of acoustic vibrations in the transducer. This circumstance prevents the appearance of portable flaw detectors using this method, which is a limitation of its scope.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ импульсной импедансной дефектоскопии объектов, заключающийся в том, что совмещенный импедансный преобразователь с одной зоной контакта с контролируемым объектом прижима к этому объекту, периодически возбуждают с помощью излучателя преобразователя в системе преобразователь-объект упругие свободно затухающие колебания, измеряют амплитуду, частоту и фазу электрического сигнала на приемнике и по измеренным параметрам в любых сочетаниях судят о дефектности объекта [2]
Импульсный способ с использованием свободно затухающих колебаний энерго экономичен, но уступает в чувствительности способу с возбуждением вынужденных колебаний по ряду причин, в частности: отношение механических импедансов в доброкачественной и дефектной зонах объекта, определяющее выявляемость дефектов по изменению амплитуды или фазы сигнала в режиме свободных колебаний меньше, чем при использовании вынужденных колебаний; нельзя осуществить резонансный режим работы, при котором вследствиe нарушения условий резонанса в дефектных зонах контролируемого объекта по отношению к бездефектным, наиболее резко меняются амплитуда и фаза сигнала с приемника преобразователя; отсутствует возможность выбора оператором рабочей частоты, при которой условия контроля становятся оптимальными; по причине физических особенностей способа, технически сложно осуществить фазовые детектирования, поэтому до настоящего времени фазовый режим работы в приборах не реализован.The closest to the invention in terms of technical nature and the achieved result is a method of impedance impedance defectoscopy of objects, which consists in the fact that the combined impedance transducer with one contact zone with a controlled object to be clamped to this object is periodically excited with a transducer in the transducer-object system, elastic freely damped oscillations, measure the amplitude, frequency and phase of the electrical signal at the receiver and from the measured parameters in any combination with DYT defectiveness of object [2]
The pulsed method using freely damped oscillations is energy-efficient, but inferior in sensitivity to the method with stimulated oscillations for several reasons, in particular: the ratio of mechanical impedances in the benign and defective areas of the object, which determines the detection of defects by changing the amplitude or phase of the signal in the mode of free oscillations, is less than when using forced vibrations; it is impossible to carry out a resonant mode of operation, in which, due to violation of the resonance conditions in the defective zones of the controlled object with respect to the defect-free ones, the amplitude and phase of the signal from the receiver of the converter change most sharply; there is no possibility for the operator to select the operating frequency at which the control conditions become optimal; due to the physical features of the method, it is technically difficult to carry out phase detection, therefore, to date, the phase mode of operation in devices is not implemented.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности импульсного импедансного способа дефектоскопии объектов. The technical result of the invention is to increase the sensitivity of a pulsed impedance method of inspection of objects.

Он достигается тем, что совмещенным импедансным преобразователем с одной зоной контакта с объектом периодически возбуждают импульсы вынужденных колебаний с заданной частотой, и на приемнике преобразователя, дополнительно к измеренной амплитуде колебаний, измеряют разность колебаний импульсного сигнала относительно фазы колебаний сигнала возбуждения, и по измеренным параметрам в любых их соотношениях судят о дефектности объекта. It is achieved by the fact that stimulated oscillation pulses are periodically excited by a combined impedance converter with one zone of contact with the object, and the converter’s receiver, in addition to the measured amplitude of the oscillations, measures the difference in the oscillations of the pulse signal relative to the phase of the oscillations of the excitation signal, and any of their ratios judge the defectiveness of the object.

На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации способа. The drawing shows a block diagram of a device for implementing the method.

Устройство содержит: импедансный совмещенный преобразователь 1 с одной зоной контакта с контролируемым объектом 8, и имеющего излучающий 2 и приемный 3 преобразователи, генератор импульсов 4, фильтр-усилитель 5, детектор амплитуды и фазы 6, сигнализатор дефектов 7. The device comprises: an impedance coupled converter 1 with one contact zone with a controlled object 8, and having emitting 2 and receiving 3 converters, a pulse generator 4, a filter amplifier 5, an amplitude and phase detector 6, a defect detector 7.

Генератор импульсов 4 с помощью излучателя 2 импедансного совмещенного преобразователя 1 периодически возбуждает в системе прбразователь-объект акустические импульсы вынужденных синусоидальных колебаний, имеющих постоянную амплитуду и частоту повторения. Длительность возбуждающих импульсов определяется
τ = n•T = n/F,
где T и F соответственно, период и частота синусоидальных колебаний в импульсе;
n число периодов колебаний.The pulse generator 4 using the emitter 2 of the impedance combined transducer 1 periodically excites acoustic impulses of forced sinusoidal oscillations having a constant amplitude and repetition frequency in the transmitter-object system. The duration of the exciting pulses is determined
τ = n • T = n / F,
where T and F, respectively, the period and frequency of sinusoidal oscillations in the pulse;
n is the number of periods of oscillation.

Как следствие реакции контролируемого объекта 8 на возбуждение преобразователем 1, в его приемнике 3 возникают электрические импульсы, содержащие синусоидальные колебания той же частоты, что и импульсы возбуждения, но по отношению к параметрам этих импульсов, амплитуде и фазе, и в зависимости от импедансов контролируемого объекта в зонах его возбуждения, изменяются параметры колебаний сигнала с приемника 3 преобразователя 1, амплитуда A и фаза Φ. Отклонения последних от допустимых значений служат признаком обнаружения дефекта в объекте. As a result of the reaction of the controlled object 8 to excitation by the converter 1, electric pulses appear in its receiver 3, containing sinusoidal oscillations of the same frequency as the excitation pulses, but with respect to the parameters of these pulses, the amplitude and phase, and depending on the impedances of the controlled object in the zones of its excitation, the parameters of the oscillations of the signal from the receiver 3 of the converter 1, the amplitude A and the phase Φ are changed. Deviations of the latter from acceptable values are a sign of a defect in the object.

Полезная частота импульсного сигнала фильтруется и усиливается до необходимого уровня детектирования по амплитуде и фазе в блоке фильтра-усилителя 5. Опорным сигналом при детектировании фазы в блоке детектора амплитуды и фазы 6 служит сигнал генератора импульсов 4. The useful frequency of the pulse signal is filtered and amplified to the required level of detection in amplitude and phase in the block of the filter amplifier 5. The reference signal for detecting the phase in the block of the amplitude detector and phase 6 is the signal from the pulse generator 4.

Продетектированные в блоке 6 сигналы, амплитуда A и фаза v, а также сигналы в любых соотношениях A и v (например: A+Φ, A•ωSΦ и др.) поступают в блок сигнализатора дефектов 7. The signals detected in block 6, the amplitude A, and phase v, as well as signals in any ratios A and v (for example: A + Φ, A • ωSΦ, etc.), enter the defect detector block 7.

Предлагаемый способ импульсной импедансной дефектоскопии объектов по физической сущности обнаружения дефектов близок к способу использующему вынужденные непрерывные колебания и поэтому близок к нему и по чувствительности. The proposed method of impedance impedance defectoscopy of objects according to the physical nature of defect detection is close to the method using forced continuous oscillations and therefore is close to it in sensitivity.

В то же время импульсный режим работы возбуждения колебаний в системе преобразователь-объект существенно уменьшает расход энергии на осуществление способа. At the same time, the pulse mode of operation of the excitation of oscillations in the converter-object system significantly reduces the energy consumption for the implementation of the method.

Экспериментальная проверка способа показала, что по чувствительности он практически одинаков со способом, в котором используются вынужденные непрерывные колебания. При эксперименте был использован совмещенный дифференциальный преобразователь ПАДИ-6 от серийного импедансного дефектоскопа АД-4ОИ. Для реализации способа было вполне достаточно иметь 5 10 периодов колебаний в импульсе, в частотном диапазоне от 1 до 8 аГц. Частота следования импульсов составляла 25 40 Гц. An experimental verification of the method showed that it is almost identical in sensitivity to the method in which forced continuous oscillations are used. During the experiment, the combined differential converter PADI-6 from the serial impedance flaw detector AD-4OI was used. To implement the method, it was quite enough to have 5 10 periods of oscillations in the pulse, in the frequency range from 1 to 8 Hz. The pulse repetition rate was 25–40 Hz.

Способ позволит создать чувствительные, энергоэкономичные портативные приборы для обнаружения дефектов. The method will allow to create sensitive, energy-efficient portable devices for detecting defects.

Claims (1)

Импульсный импедансный способ дефектоскопии объектов, заключающийся в том, что совмещенный импедансный преобразователь с одной зоной контакта с контролируемым объектом периодически возбуждает с помощью излучателя преобразователя упругие колебания в системе преобразователь контролируемый объект и измеряют амплитуду электрического сигнала на приемнике преобразователя, по которой судят о дефектности объектов, отличающийся тем, что преобразователь возбуждают радиоимпульсами с заданной несущей частотой, в качестве информационного параметра в электрическом сигнале приемника преобразователя дополнительно измеряют разность фаз в сигналах излучателя и приемника, а о дефектности объектов судят совместно по амплитуде и разности фаз. A pulse impedance method of defectoscopy of objects, which consists in the fact that a combined impedance transducer with one contact zone with a controlled object periodically excites elastic vibrations in the transducer system of the controlled object using the transducer transducer and measures the amplitude of the electrical signal at the transducer receiver, which is used to judge the defectiveness of objects, characterized in that the converter is excited by radio pulses with a given carrier frequency, as information parameters of the receiver in an electric signal converter further measure the phase difference in the transmitter and receiver signals, and judge the defectiveness of objects together in amplitude and phase difference.