RU2769080C1 - Method for ultrasonic control of materials and products - Google Patents
Method for ultrasonic control of materials and products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769080C1 RU2769080C1 RU2021114521A RU2021114521A RU2769080C1 RU 2769080 C1 RU2769080 C1 RU 2769080C1 RU 2021114521 A RU2021114521 A RU 2021114521A RU 2021114521 A RU2021114521 A RU 2021114521A RU 2769080 C1 RU2769080 C1 RU 2769080C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflections
- defects
- echo pulse
- spectrum
- acoustic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
I Область техники, к которой относится изобретениеI Technical field to which the invention belongs
Изобретение относится к акустическим методам контроля, основанным на излучении и приеме упругих акустических (ультразвуковых) колебаний и волн в контролируемом объекте, и может быть использовано в области ультразвукового неразрушающего контроля, в медицинской диагностике, гидроакустике, импульсной акустической микроскопии, толщинометрии, измерении скорости ультразвука.The invention relates to acoustic control methods based on the emission and reception of elastic acoustic (ultrasonic) oscillations and waves in a controlled object, and can be used in the field of ultrasonic non-destructive testing, medical diagnostics, hydroacoustics, pulsed acoustic microscopy, thickness measurement, measurement of ultrasound velocity.
II Предшествующий уровень техникиII Prior Art
Акустические методы контроля основаны на излучении и приеме упругих акустических (ультразвуковых) колебаний и волн в контролируемом объекте [ГОСТ 23829-85]. Излучающий пьезопреобразователь (далее - ИПЭП) возбуждается электрическим импульсом и излучает акустические (ультразвуковые) колебания, которые взаимодействуют с дефектом. После взаимодействия отраженные от дефекта или от дефектов акустические колебания принимает тот же, или другой приемный пьезопреобразователь (далее - ППЭП) и преобразует их в электрические эхоимпульсы (далее - эхоимпульсы) по характеристикам которых судят о качестве изделия. [Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля, М.; Машиностроение, 1981, с. 8]. Суждение о наличии или отсутствии, взаиморасположении, количестве, размере, координатах дефектов выносят по амплитудам и длительностям эхоимпульсов, которые также определяют чувствительность и лучевую разрешающую способность метода контроля.Acoustic control methods are based on the emission and reception of elastic acoustic (ultrasonic) oscillations and waves in the controlled object [GOST 23829-85]. A radiating piezoelectric transducer (hereinafter referred to as EPET) is excited by an electric pulse and emits acoustic (ultrasonic) vibrations that interact with a defect. After interaction, the acoustic vibrations reflected from a defect or from defects are received by the same or another receiving piezoelectric transducer (hereinafter referred to as PPET) and converted into electrical echo pulses (hereinafter referred to as echo pulses), the characteristics of which are used to judge the quality of the product. [Ermolov I.N. Theory and practice of ultrasonic control, M.; Engineering, 1981, p. eight]. Judgment about the presence or absence, relative position, quantity, size, coordinates of defects is made by the amplitudes and durations of echo pulses, which also determine the sensitivity and beam resolution of the control method.
Для улучшения разрешения эхоимпульсов применяют различные дополнительные способы, цель которых, используя компьютерную обработку, в том числе применяя различные преобразования (Фурье, Гильберта и т.д.), извлечь максимум информации, связав ее с дефектами, и, таким образом, выделить из эхоимпульса информативные признаки. В этом случае измеряют абсолютные или относительные значения временных, амплитудных, спектральных, вейвлетных характеристик принимаемых эхосигналов, формируют из них информативные признаки и по конкретным значениям этих информативных признаков судят о качестве изделия и материалов [RU 2524451, МПК G01N 29/00 (2006.01), опубл. 27.07.2014; SU 523346, МПК G01N 29/04 (2000.01), опубл. 30.07.1976; SU 1061709, МПК G01N 29/04 (2000.01), опубл. 15.12.1983; SU 932391, МПК G01N 29/04 (2000.01), опубл. 30.05.1982; SU 607137, МПК G01N 29/04 (2000.01), опубл. 15.05.1978].To improve the resolution of echo pulses, various additional methods are used, the purpose of which, using computer processing, including applying various transformations (Fourier, Hilbert, etc.), is to extract the maximum information by associating it with defects, and thus extract from the echo pulse informative signs. In this case, the absolute or relative values of the temporal, amplitude, spectral, wavelet characteristics of the received echo signals are measured, informative features are formed from them, and the quality of the product and materials is judged on the specific values of these informative features [RU 2524451, IPC G01N 29/00 (2006.01), publ. 07/27/2014; SU 523346, IPC G01N 29/04 (2000.01), publ. 07/30/1976; SU 1061709, IPC G01N 29/04 (2000.01), publ. 12/15/1983; SU 932391, IPC G01N 29/04 (2000.01), publ. May 30, 1982; SU 607137, IPC G01N 29/04 (2000.01), publ. May 15, 1978].
Недостатком данных технических решений является то, что во всех случаях суждение о качестве изделия или материала принимается, по существу, не по исходному сигналу отражения акустического колебания от дефекта (который является входным сигналом на ППЭП), а по сформированному и искаженному ППЭПом эхоимпульсу (выходному сигналу с ППЭП), что снижает практическую значимость этих технических решений, отрицательно сказываясь на результативности измерений и, в конечном счете, точности и достоверности контроля.The disadvantage of these technical solutions is that in all cases the judgment about the quality of the product or material is taken, in essence, not by the original signal of the reflection of the acoustic vibration from the defect (which is the input signal to the PET), but by the echo pulse formed and distorted by the PET (the output signal with PPEP), which reduces the practical significance of these technical solutions, adversely affecting the effectiveness of measurements and, ultimately, the accuracy and reliability of control.
Известен способ ультразвукового контроля материалов, заключающийся в том, что ИПЭП возбуждают коротким электрическим импульсом, в изделие излучают акустический импульс, принимают отражения акустических импульсов от дефектов, преобразуя их в эхоимпульсы, по которым либо по спектру которых судят о качестве изделия [Коновалов С.И., Кузьменко А.Г. Исследование возможности излучения и приема коротких импульсов при использовании механического демпфирования или согласующих слоев. - Дефектоскопия. 1998, №8, с. 3-12; Методы неразрушающих испытаний. Под ред. Шарпа Р. - М.: «Мир», 1972, с. 58-87].There is a known method of ultrasonic testing of materials, which consists in the fact that IPEP is excited by a short electric pulse, an acoustic pulse is emitted into the product, reflections of acoustic pulses from defects are received, converting them into echo pulses, by which or by the spectrum of which the quality of the product is judged [Konovalov S.I. ., Kuzmenko A.G. Investigation of the possibility of emitting and receiving short pulses using mechanical damping or matching layers. - Defectoscopy. 1998, No. 8, p. 3-12; Methods of non-destructive testing. Ed. Sharpa R. - M .: "Mir", 1972, p. 58-87].
Возбуждение коротким электрическим импульсом ИПЭП позволяет получить наиболее короткий эхоимпульс и, следовательно, высокое разрешение эхоимпульса за счет меньшего искажения ППЭПом отражений акустических колебаний от дефектов.Excitation by a short electric pulse of the IPET makes it possible to obtain the shortest echo pulse and, consequently, a high resolution of the echo pulse due to less distortion by the PET of the reflections of acoustic vibrations from defects.
Однако для реализации такого способа требуется достижение наиболее короткой по длительности импульсной характеристики преобразователя. Это достигается за счет максимального демпфирования преобразователей и приводит к снижению чувствительности. Низкая чувствительность резко уменьшает диапазон контролируемых материалов и изделий.However, to implement this method, it is required to achieve the shortest impulse response of the converter. This is achieved by maximum damping of the transducers and leads to a decrease in sensitivity. Low sensitivity sharply reduces the range of controlled materials and products.
Известен способ ультразвукового контроля материалов, заключающийся в том, что в изделие излучают акустическое колебание, принимают отражения акустических колебаний от дефектов, преобразуют полученный эхоимпульс в амплитудный спектр эхоимпульса, по результатам анализа которого судят о качестве изделия [SU 607137, МПК G01N 29/04 (2000.01), опубл. 15.05.1978].A known method of ultrasonic testing of materials, which consists in the fact that acoustic vibrations are emitted into the product, reflections of acoustic vibrations from defects are received, the resulting echo pulse is converted into the amplitude spectrum of the echo pulse, the analysis of which is used to judge the quality of the product [SU 607137, IPC G01N 29/04 ( 2000.01), publ. May 15, 1978].
В данном способе реализована возможность излучения акустического колебания с изменяющейся частотой в широком спектре частот, что позволяет по изменению амплитуд полупериодов эхоимпульса получить, а затем анализировать амплитудный спектр и по результатам анализа судить о качестве изделий, материалов.In this method, the possibility of emitting an acoustic oscillation with a changing frequency in a wide frequency spectrum is implemented, which makes it possible to obtain and then analyze the amplitude spectrum by changing the amplitudes of the half-periods of the echo pulse and, based on the results of the analysis, judge the quality of products and materials.
Однако данный способ требует использования специализированных сильнодемпфированных преобразователей, либо преобразователей с изменяющейся толщиной или шириной, которые обладают низкой чувствительностью, что в свою очередь снижает чувствительность метода, уменьшая диапазон толщин контролируемых материалов и изделий.However, this method requires the use of specialized highly damped transducers, or transducers with variable thickness or width, which have low sensitivity, which in turn reduces the sensitivity of the method, reducing the range of thicknesses of controlled materials and products.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ ультразвукового контроля материалов и изделий, заключающийся в том, что ИПЭП возбуждают электрическим импульсом, в изделие излучают акустическое колебание, принимают его отражения от дефектов ППЭП, преобразуют полученный от него эхоимпульс, используя, например преобразование Фурье, Гильберта в комплексный спектр эхоимпульса, из которого выделяют амплитудный и фазовый спектры и по результатам анализа которых судят о качестве изделия [SU 1061709, МПК G01N 29/04 (2000.01), опубл. 15.12.1983].The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of ultrasonic testing of materials and products, which consists in the fact that the IPET is excited by an electric pulse, an acoustic vibration is emitted into the product, its reflections from the defects of the PET are received, the echo pulse received from it is converted, using, for example, Fourier transform, Gilbert in the complex spectrum of the echo pulse, from which the amplitude and phase spectra are isolated and the results of the analysis of which are used to judge the quality of the product [SU 1061709, IPC G01N 29/04 (2000.01), publ. December 15, 1983].
Достоинством способа является то, что для принятия решения о качестве изделия используют большее количество информации об эхоимпульсе, а именно: его амплитудный и фазовый спектры, которые полностью характеризуют эхоимпульс.The advantage of the method is that to make a decision about the quality of the product, more information about the echo pulse is used, namely: its amplitude and phase spectra, which completely characterize the echo pulse.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что анализ контроля материалов и изделий проводится на основе анализа эхоимпульса, как сигнала на выходе ППЭП, а не на основе анализа сигнала на входе ППЭП. Этот сигнал отражений акустических колебаний от дефектов со входа ППЭП, проходя преобразователь, искажается интегральным преобразованием - сверткой, увеличивающей амплитуду и длительность, и на выходе ППЭП преобразуется в эхоимпульс. Увеличение длительности эхоимпульса ухудшает разрешение.The disadvantage of the known method, taken as a prototype, is that the analysis of the control of materials and products is based on the analysis of the echo pulse, as a signal at the output of the PET, and not on the basis of the analysis of the signal at the input of the PET. This signal of reflections of acoustic vibrations from defects from the input of the PET, passing through the transducer, is distorted by the integral transformation - convolution, which increases the amplitude and duration, and at the output of the PET is converted into an echo pulse. Increasing the duration of the echo pulse worsens the resolution.
III Раскрытие изобретенияIII Disclosure of the invention
Задача и достигаемый при использовании изобретения технический результат - повышение разрешения акустического метода контроля при сохранении его чувствительности.The task and the technical result achieved by using the invention is to increase the resolution of the acoustic control method while maintaining its sensitivity.
Это достигается тем, что в способе ультразвукового контроля материалов и изделий, согласно изобретению, излучающий преобразователь возбуждают коротким электрическим импульсом, в изделие излучают акустическое колебание, отражения акустических колебаний от дефектов принимают приемным преобразователем с импульсной характеристикой идентичной излучающему преобразователю, который преобразует отражения акустических колебаний в эхоимпульс, полученный эхоимпульс преобразуют в спектр эхоимпульса, из которого выделяют амплитудный и фазовый спектры, полученные амплитудный и фазовый спектры эхоимпульса преобразуют соответственно в амплитудный и фазовый спектры отражений от дефектов для создания комплексного спектра отражений от дефектов, из которого восстанавливают сигнал отражений акустических колебаний от дефектов, и по нему судят о качестве изделия.This is achieved by the fact that in the method of ultrasonic testing of materials and products, according to the invention, the radiating transducer is excited by a short electrical pulse, an acoustic vibration is emitted into the product, the reflections of acoustic vibrations from defects are received by a receiving transducer with an impulse response identical to the radiating transducer, which converts the reflections of acoustic vibrations into echo pulse, the resulting echo pulse is converted into an echo pulse spectrum, from which the amplitude and phase spectra are extracted, the obtained amplitude and phase spectra of the echo pulse are converted, respectively, into amplitude and phase spectra of reflections from defects to create a complex spectrum of reflections from defects, from which the signal of reflections of acoustic vibrations from defects is restored , and judge the quality of the product.
При этом преобразование амплитудного спектра эхоимпульса в амплитудный спектр отражений осуществляется с помощью последовательно соединенных блока извлечения корня и блока полосового фильтра, а преобразование фазового спектра эхоимпульса в фазовый спектр отражений осуществляется с помощью последовательно соединенных блока полосового фильтра, блока перемножения на мнимую экспоненту и аттенюатора.In this case, the transformation of the amplitude spectrum of the echo pulse into the amplitude spectrum of reflections is carried out using a series-connected root extraction unit and a band-pass filter unit, and the transformation of the phase spectrum of the echo pulse into the phase spectrum of reflections is carried out using a series-connected band-pass filter unit, a unit for multiplying by an imaginary exponent, and an attenuator.
IV Краткий перечень фигур графических изображенийIV A short list of figures of graphic images
Сущность данного технического решения иллюстрируется фигурами графических изображений.The essence of this technical solution is illustrated by figures of graphic images.
На фиг. 1 представлена блок-схема для реализации способа ультразвукового контроля материалов и изделий.In FIG. 1 shows a block diagram for implementing the method of ultrasonic testing of materials and products.
На фиг. 2 представлены:In FIG. 2 are presented:
а) излученное акустическое колебание или импульсная характеристика ИПЭП, ППЭП или отраженное колебание от единичного дефекта;a) radiated acoustic vibration or impulse response of IPED, PET or reflected vibration from a single defect;
б) эхоимпульс с выхода ППЭП с импульсной характеристикой, представленной на фиг. 2а, при приеме отраженного колебания от единичного дефекта, приведенного на фиг. 2а;b) an echo pulse from the output of the PET with the impulse response shown in Fig. 2a upon receiving the reflected waveform from the single defect shown in FIG. 2a;
в) отраженное (оно же восстановленное) акустическое колебание от двух дефектов с близкой отражательной способностью;c) reflected (it is also restored) acoustic vibration from two defects with similar reflectivity;
г) эхоимпульс с выхода ППЭП с импульсной характеристикой, представленной на фиг. 2а, при приеме отраженного колебания от двух дефектов с близкой отражательной способностью, приведенного на фиг. 2в.d) an echo pulse from the output of the PET with the impulse response shown in Fig. 2a, when receiving a reflected wave from two defects with similar reflectivity shown in FIG. 2c.
На фиг. 3 представлены амплитудные спектры эхоимпульса (кривая 1) и отражений (кривая 2).In FIG. Figure 3 shows the amplitude spectra of the echo pulse (curve 1) and reflections (curve 2).
На фиг. 4 приведены фазовые спектры отражений (кривая 1) и эхоимпульса (кривая 2).In FIG. Figure 4 shows the phase spectra of the reflections (curve 1) and the echo pulse (curve 2).
На фиг. 5 представлен амплитудный спектр эхоимпульса, представленный на фиг. 2г.In FIG. 5 shows the amplitude spectrum of the echo pulse shown in FIG. 2y.
При возбуждении ИПЭП (см. фиг. 1) коротким электрическим импульсом с длительностью меньшей, чем половина периода его собственных колебаний, происходит излучение акустического колебания в среду, которое является его импульсной характеристикой (фиг. 2а). Это акустическое (ультразвуковое) колебание взаимодействует с дефектом, обладающим некоей отражательной способностью, и образует отраженное от дефекта колебание, которое поступает на ППЭП, на выходе которого образуется эхоимпульс (фиг. 1 и фиг. 2б).When the IPED is excited (see Fig. 1) by a short electric pulse with a duration less than half the period of its natural oscillations, acoustic oscillations are emitted into the medium, which is its impulse response (Fig. 2a). This acoustic (ultrasonic) vibration interacts with a defect that has a certain reflectivity and forms a vibration reflected from the defect, which enters the PET, at the output of which an echo pulse is formed (Fig. 1 and Fig. 2b).
Авторами было установлено, что эхоимпульс, снимаемый с выводов ППЭП, является сверткой отраженного от дефекта колебания с импульсной характеристикой ППЭП. Другими словами, ППЭП является свертщиком (конвольвером). За счет операции свертки ППЭП, у эхоимпульса есть достоинство - это амплитуда, которая увеличивается относительно сигнала отражений от дефектов в зависимости от степени демпфирования ПЭП и достигает своего максимума 15 раз при минимальном демпфировании. Однако операция свертки приводит и к недостатку - большой длительности эхоимпульса, которую предлагается уменьшить, восстановив из эхоимпульса более короткий сигнал отражений акустических колебаний от дефектов. При этом сохраняется чувствительность способа и повышается разрешение.The authors have found that the echo pulse taken from the PET leads is a convolution of the vibration reflected from the defect with the impulse response of the PET. In other words, the PPEP is a convolver (convolver). Due to the convolution operation of the PET, the echo pulse has an advantage - this is the amplitude, which increases relative to the signal of reflections from defects depending on the degree of damping of the PET and reaches its maximum 15 times with minimal damping. However, the convolution operation also leads to a disadvantage - a long duration of the echo pulse, which is proposed to be reduced by restoring a shorter signal of reflections of acoustic vibrations from defects from the echo pulse. This maintains the sensitivity of the method and increases the resolution.
Восстановление из эхоимпульса более короткого сигнала отражений акустических колебаний от дефектов осуществляют следующим образом:Recovery from an echo pulse of a shorter signal of reflections of acoustic vibrations from defects is carried out as follows:
- полученный электрический эхоимпульс (фиг. 2б или фиг. 2г) преобразуют преобразователем Фурье (фиг. 1) в спектр эхоимпульса, из которого выделяют амплитудный (фиг. 1, фиг. 3 кривая 1) и фазовый спектры (фиг. 1, фиг. 4 кривая 1);- the resulting electrical echo pulse (Fig. 2b or Fig. 2d) is converted by a Fourier transform (Fig. 1) into an echo pulse spectrum, from which the amplitude (Fig. 1, Fig. 3 curve 1) and phase spectra (Fig. 1, Fig. 4 curve 1);
- амплитудный спектр эхоимпульса преобразуют в амплитудный спектр отражений от дефектов (фиг. 3 кривая 2), используя (фиг. 1) последовательно соединенные блок извлечения корня 
- фазовый спектр эхоимпульса преобразуют в фазовый спектр отражений от дефектов (фиг. 4 кривая 1), используя (фиг. 1) последовательно соединенные блоки полосового фильтра (ФП2), перемножения на мнимую экспоненту (X) и аттенюатор (AT);- the phase spectrum of the echo pulse is converted into a phase spectrum of reflections from defects (Fig. 4 curve 1), using (Fig. 1) serially connected blocks of the band-pass filter (FP 2 ), multiplication by the imaginary exponent (X) and attenuator (AT);
- затем, осуществляя обратное преобразование Фурье (фиг. 1) от произведения спектров отражений от дефектов, восстанавливают сигнал отражений акустических импульсов от дефектов (фиг. 1, фиг. 2а или фиг. 2в), по которому судят о качестве материалов и изделий.- then, performing the inverse Fourier transform (Fig. 1) from the product of the spectra of reflections from defects, restore the signal of reflections of acoustic pulses from defects (Fig. 1, Fig. 2a or Fig. 2c), which is used to judge the quality of materials and products.
Анализ качества материала или изделия по предложенному способу проводится по сигналу отражений акустических импульсов от дефектов, приведенному на фиг. 2в. Из фиг. 2в видно наличие двух следующих друг за другом импульсов с задержкой между ними, которая составляет 7 длин волн. Каждый импульс соответствует отражению от дефекта, амплитуда импульса - площади дефекта, задержка между импульсами - расстоянию между дефектами.Analysis of the quality of a material or product according to the proposed method is carried out according to the signal of reflections of acoustic pulses from defects, shown in Fig. 2c. From FIG. 2c shows the presence of two successive pulses with a delay between them, which is 7 wavelengths. Each pulse corresponds to a reflection from a defect, the pulse amplitude corresponds to the area of the defect, the delay between pulses corresponds to the distance between the defects.
Анализ качества материала или изделия по способу-прототипу проводится по эхоимпульсу (фиг. 2г), его спектральным характеристикам (фиг. 4 и фиг. 5), по которым можно определить вместо двух допустимых дефектов наличие одного большого дефекта с большей площадью относительно допустимой, поскольку разрешение эхоимпульса мало для различения двух дефектов, а это в конечном итоге приводит к отбраковке изделия.Analysis of the quality of the material or product according to the prototype method is carried out according to the echo pulse (Fig. 2d), its spectral characteristics (Fig. 4 and Fig. 5), by which it is possible to determine, instead of two permissible defects, the presence of one large defect with a larger area relative to the permissible, since the resolution of the echo pulse is not enough to distinguish between two defects, and this ultimately leads to the rejection of the product.
Из сказанного выше и сравнения характеристик эхоимпульса и сигнала отражений от дефектов следует, что предлагаемый способ позволяет повысить разрешающую способность, то есть уменьшить «мертвую зону», повысить точность определения координат дефекта, площадь дефекта при сохранении чувствительности. Кроме того, форма восстановленного сигнала отражений от дефектов весьма удобна для измерительных задач, связанных с измерением задержки между импульсами, например: при измерении скорости звука в материалах и жидкостях, в толщинометрии, при измерении расхода жидкостей и др.From the above and a comparison of the characteristics of the echo pulse and the signal of reflections from defects, it follows that the proposed method allows you to increase the resolution, that is, reduce the "dead zone", increase the accuracy of determining the coordinates of the defect, the area of the defect while maintaining sensitivity. In addition, the shape of the reconstructed signal of reflections from defects is very convenient for measuring tasks related to measuring the delay between pulses, for example: when measuring the speed of sound in materials and liquids, in thickness measurement, when measuring the flow rate of liquids, etc.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.
Излучающий иммерсионный преобразователь (на фиг. 1 обозначен как ИПЭП) с частотой 4,3 МГц без протектора возбуждают коротким электрическим импульсом генератора дефектоскопа USD-60 с длительностью в половину периода колебаний на частоте 4,29 МГц. Полученное акустическое колебание (см. фиг 2а) вводят в изделие, где оно отражается от дефекта (на фиг. 1 обозначен как Д1) и поступает на тот же преобразователь или другой (на фиг. 1 обозначен как ППЭП) с импульсной характеристикой, идентичной излучающему преобразователю. Приемный преобразователь преобразует его в эхоимпульс, приведенный на фиг. 2б, который является сверткой колебаний, приведенных на фиг. 2а.A radiating immersion transducer (denoted as IPET in Fig. 1) with a frequency of 4.3 MHz without a protector is excited by a short electric pulse of the USD-60 flaw detector generator with a duration of half the oscillation period at a frequency of 4.29 MHz. The resulting acoustic vibration (see Fig. 2a) is introduced into the product, where it is reflected from the defect (in Fig. 1, denoted as D1) and fed to the same transducer or another (in Fig. 1, denoted as PET) with an impulse response identical to the radiating converter. The receiving transducer converts it into an echo pulse shown in Fig. 2b, which is a convolution of the oscillations shown in FIG. 2a.
Если в изделии имеются два близко расположенных дефекта (на фиг. 1 обозначены как Д1 и Д2), например, с близкой отражательной способностью, то в этом случае сигнал отражений от дефектов, поступающий на вход приемного преобразователя будет иметь форму, приведенную на фиг. 2в, а электрический эхоимпульс на его выходе будет иметь вид, представленный на фиг. 2г.If the product has two closely spaced defects (denoted as D1 and D2 in Fig. 1), for example, with similar reflectivity, then in this case the signal of reflections from defects arriving at the input of the receiving transducer will have the form shown in Fig. 2c, and the electrical echo pulse at its output will have the form shown in Fig. 2y.
Этот эхоимпульс (фиг. 2б или фиг. 2г), полученный с выхода дефектоскопа USD-60 в цифровой форме, подают в среду программы «Mathcad», где его преобразовывают в спектр эхоимпульса, используя преобразование Фурье (фиг. 1).This echo pulse (Fig. 2b or Fig. 2d), obtained from the output of the USD-60 flaw detector in digital form, is fed into the Mathcad program environment, where it is converted into an echo pulse spectrum using the Fourier transform (Fig. 1).
Затем из него выделяют амплитудный (фиг. 1, фиг. 3 кривая 1) и фазовый спектры (фиг. 1, фиг. 4 кривая 1).Then, amplitude (Fig. 1, Fig. 3, curve 1) and phase spectra (Fig. 1, Fig. 4, curve 1) are isolated from it.
Амплитудный спектр эхоимпульса преобразовывают в амплитудный спектр отражений от дефектов (фиг. 3 кривая 2), используя (фиг. 1) последовательно соединенные блок извлечения корня 
Фазовый спектр эхоимпульса преобразовывают в фазовый спектр отражений от дефектов (фиг. 4 кривая 2), используя (фиг. 1) последовательно соединенные блок полосового фильтра (ФП2), блок перемножения (X) и аттенюатор (А), осуществляя соответственно операции ограничения спектра полосой пропускания ППЭП, перемножения на мнимую экспоненту и деления результата пополам.The phase spectrum of the echo pulse is converted into the phase spectrum of reflections from defects (Fig. 4, curve 2) using (Fig. 1) a band-pass filter unit (FP 2 ), a multiplication unit (X) and an attenuator (A) connected in series (Fig. 1), respectively, performing spectrum limiting operations by the bandwidth of the PET, multiplying by the imaginary exponent, and dividing the result in half.
После произведения полученных выше спектров отражений от дефектов получают комплексный спектр отражений.After the product of the spectra of reflections from defects obtained above, a complex spectrum of reflections is obtained.
Далее выделяют реальную часть обратного преобразования Фурье из комплексного спектра отражений, то есть восстанавливают форму сигнала акустического колебания с отражениями от дефектов (фиг. 1в.), по которому судят о качестве изделия.Next, the real part of the inverse Fourier transform is isolated from the complex spectrum of reflections, that is, the shape of the acoustic vibration signal with reflections from defects is restored (Fig. 1c), which is used to judge the quality of the product.
По измерениям (см. фиг. 2а и фиг. 2в) разрешение по сигналу отражений от дефекта, то есть разрешение метода контроля, реализованного в соответствии с заявляемым способом и измеренное по ГОСТ 23829-85, составляет К=4,5 полупериода колебаний на частоте преобразователя, что в 4,5 раз превышает разрешение метода контроля по способу-прототипу (см. фиг. 2б и фиг. 2г) и других способов аналогов.According to the measurements (see Fig. 2a and Fig. 2c), the resolution of the signal of reflections from the defect, that is, the resolution of the control method implemented in accordance with the claimed method and measured in accordance with GOST 23829-85, is K=4.5 half-cycle of oscillations at a frequency converter, which is 4.5 times higher than the resolution of the control method according to the prototype method (see Fig. 2b and Fig. 2d) and other analog methods.
Чтобы исключить взаимозависимость чувствительности и разрешения при сравнении методов контроля друг с другом авторы вначале фиксировали чувствительность сравниваемых методов, сделав равными амплитуды эхоимпульсов, и после этого проводили сравнение значений условной лучевой разрешающей способности метода (разрешение) по ГОСТ 23829-85.To eliminate the interdependence of sensitivity and resolution when comparing control methods with each other, the authors first fixed the sensitivity of the compared methods by making the echo pulse amplitudes equal, and then compared the values of the conditional beam resolution of the method (resolution) according to GOST 23829-85.
С другой стороны, так как чувствительность и разрешение взаимозависимы, то по расчетным и экспериментальным данным, существует возможность достижения разрешения близкого к разрешению заявленного способа контроля, используя сильнодемпфированный преобразователь, и увеличив тем самым демпфирование преобразователя в 4,7 раз, но при этом чувствительность уменьшится в 6 раз.On the other hand, since the sensitivity and resolution are interdependent, then according to the calculated and experimental data, it is possible to achieve a resolution close to the resolution of the claimed control method using a heavily damped transducer, and thereby increasing the damping of the transducer by 4.7 times, but the sensitivity will decrease. 6 times.
Значение разрешающей способности для приведенного метода, реализованного в соответствии с заявляемым способом, выбранного материала и преобразователя можно определить по известным формулам. Так, например, для стали со скоростью звука с=5000 м/с и преобразователя с центральной частотой f=4,3 МГц это значение составит К/2*c/2f=1,3 мм для предлагаемого способа и для прототипа 5,89 мм.The resolution value for the above method, implemented in accordance with the claimed method, the selected material and the converter can be determined by known formulas. So, for example, for steel with the speed of sound c=5000 m/s and a transducer with a center frequency f=4.3 MHz, this value will be K/2*c/2f=1.3 mm for the proposed method and for the prototype 5.89 mm.
Дополнительно фиг. 2в и фиг. 2г хорошо иллюстрирует случай, когда два дефекта с близкой отражательной способностью (фиг. 2в, дефект с большей глубиной залегания имеет на 15% меньшую отражательную способность) и расположенные вблизи акустической оси преобразователя легко разрешаются (фиг. 2в) предложенным способом, а при использовании прототипа, или способов аналогов - нет (см. фиг. 2г и его амплитудный спектр, представленный на фиг. 5). Кроме того, за счет наложения эхоимпульсов от двух дефектов суммарная амплитуда такого эхоимпульса выросла в 1,5 раза. При принятии решения о качестве изделия, материала такое увеличение амплитуды и, соответственно, отражательной способности, связанной с площадью дефекта, может привести к перебраковке изделия, материала.Additionally, Fig. 2c and fig. 2d well illustrates the case when two defects with close reflectivity (Fig. 2c, a defect with a greater depth has a 15% lower reflectivity) and located near the acoustic axis of the transducer are easily resolved (Fig. 2c) by the proposed method, and when using the prototype , or methods of analogues - no (see Fig. 2d and its amplitude spectrum, shown in Fig. 5). In addition, due to the superposition of echo pulses from two defects, the total amplitude of such an echo pulse increased by a factor of 1.5. When making a decision about the quality of a product or material, such an increase in the amplitude and, accordingly, in the reflectivity associated with the area of the defect, can lead to the rejection of the product or material.
Улучшение разрешения при сохранении чувствительности позволяет повысить лучевую разрешающую способность, точность определения координат дефекта, уменьшить «мертвую» зону, получить возможность контроля тонких металлических листов.Improving the resolution while maintaining the sensitivity allows you to increase the beam resolution, the accuracy of determining the coordinates of the defect, reduce the "dead" zone, and gain the ability to control thin metal sheets.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021114521A RU2769080C1 (en) | 2021-05-21 | 2021-05-21 | Method for ultrasonic control of materials and products |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021114521A RU2769080C1 (en) | 2021-05-21 | 2021-05-21 | Method for ultrasonic control of materials and products |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2769080C1 true RU2769080C1 (en) | 2022-03-28 |
Family
ID=81075823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021114521A RU2769080C1 (en) | 2021-05-21 | 2021-05-21 | Method for ultrasonic control of materials and products |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2769080C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793565C1 (en) * | 2022-12-10 | 2023-04-04 | Анатолий Васильевич Мартыненко | Method of ultrasonic testing of materials and products |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4092868A (en) * | 1976-10-12 | 1978-06-06 | Rockwell International Corporation | Ultrasonic inspection of pipelines |
| SU1061709A3 (en) * | 1978-09-15 | 1983-12-15 | Маннесман Аг (Фирма) | Method for identifying nature of flaws in ultrasonic flaw detection |
| US4631965A (en) * | 1983-04-29 | 1986-12-30 | Commissariat A L'energie Atomique | Acoustic holography process and apparatus using a space-limited ultrasonic beam |
| SU1401322A1 (en) * | 1986-12-10 | 1988-06-07 | Харьковское Высшее Военное Авиационное Инженерное Краснознаменное Училище | Arrangement for continuous check and diagnostics of rolling-contact bearing supports for condition |
| SU1415181A1 (en) * | 1987-01-19 | 1988-08-07 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Device for ultrasonic check of materials and articles |
| RU2438123C2 (en) * | 2006-06-02 | 2011-12-27 | БАМ Бундесанштальт фюр Материальфоршунг унд-прюфунг | Method of detecting and classifying defects in structural components using ultrasound |
-
2021
- 2021-05-21 RU RU2021114521A patent/RU2769080C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4092868A (en) * | 1976-10-12 | 1978-06-06 | Rockwell International Corporation | Ultrasonic inspection of pipelines |
| SU1061709A3 (en) * | 1978-09-15 | 1983-12-15 | Маннесман Аг (Фирма) | Method for identifying nature of flaws in ultrasonic flaw detection |
| US4631965A (en) * | 1983-04-29 | 1986-12-30 | Commissariat A L'energie Atomique | Acoustic holography process and apparatus using a space-limited ultrasonic beam |
| SU1401322A1 (en) * | 1986-12-10 | 1988-06-07 | Харьковское Высшее Военное Авиационное Инженерное Краснознаменное Училище | Arrangement for continuous check and diagnostics of rolling-contact bearing supports for condition |
| SU1415181A1 (en) * | 1987-01-19 | 1988-08-07 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Device for ultrasonic check of materials and articles |
| RU2438123C2 (en) * | 2006-06-02 | 2011-12-27 | БАМ Бундесанштальт фюр Материальфоршунг унд-прюфунг | Method of detecting and classifying defects in structural components using ultrasound |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793565C1 (en) * | 2022-12-10 | 2023-04-04 | Анатолий Васильевич Мартыненко | Method of ultrasonic testing of materials and products |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ricci et al. | Pulse-compression ultrasonic technique for the inspection of forged steel with high attenuation | |
| JP2015531474A (en) | Ultrasonic phased array test equipment | |
| CN111830134A (en) | Ultrasonic nondestructive testing system | |
| CN101813669A (en) | Method for identifying plate defect and damage based on nonlinear acoustics and time reversal principle | |
| Yücel et al. | Coded waveform excitation for high-resolution ultrasonic guided wave response | |
| Fierro et al. | Nonlinear elastic imaging of barely visible impact damage in composite structures using a constructive nonlinear array sweep technique | |
| Zhou et al. | Application of wavelet filtering and Barker-coded pulse compression hybrid method to air-coupled ultrasonic testing | |
| JP6924530B2 (en) | Model-based image reconstruction method | |
| Wang et al. | A damage localization method with multimodal Lamb wave based on adaptive polynomial chirplet transform | |
| Moll et al. | Time-varying inverse filtering of narrowband ultrasonic signals | |
| Kehlenbach et al. | Identifying damage in plates by analyzing Lamb wave propagation characteristics | |
| Gongzhang et al. | Robust defect detection in ultrasonic nondestructive evaluation (NDE) of difficult materials | |
| RU2769080C1 (en) | Method for ultrasonic control of materials and products | |
| Barzegar et al. | Experimental estimation of Lamb wave dispersion curves for adhesively bonded aluminum plates, using two adjacent signals | |
| Sun et al. | Damage identification in thick steel beam based on guided ultrasonic waves | |
| Yücel et al. | Pulse-compression based iterative time-of-flight extraction of dispersed ultrasonic guided waves | |
| Cong et al. | Parameter design of linear frequency modulated excitation waveform for ultrasonic nondestructive testing of metallic materials | |
| Antonio Jr et al. | Ultrasonic imaging of concrete by synthetic aperture focusing technique based on hilbert-huang transform of time domain data | |
| JP4405821B2 (en) | Ultrasonic signal detection method and apparatus | |
| Selim et al. | Wavelet transform applied to internal defect detection by means of laser ultrasound | |
| Rodriguez-Martinez et al. | On the Optimization of Spread Spectrum Chirps into Arbitrary Position and Width Pulse Signals. Application to Ultrasonic Sensors and Systems | |
| RU2793565C1 (en) | Method of ultrasonic testing of materials and products | |
| Thornicroft | Ultrasonic guided wave testing of pipelines using a broadband excitation | |
| Li et al. | A rapid approach to speckle noise reduction in ultrasonic non-destructive evaluation using matched filters | |
| Derhunov et al. | Improvement of the ultrasonic testing method for materials with significant attenuaton |