Беспроводная передача данных

         При помощи УЗ можно  проверять детали больших размеров, так как глубина проникновения  УЗ в металле достигает от 8 до 10 метров. Кроме того, ультразвуком можно обнаружить очень мелкие дефекты до 10^-6мм.

         Ультразвуковые дефектоскопы позволяют выявлять не только образовавшиеся дефекты, но и определять момент повышенной усталости металла.

         Существует несколько  методов ультразвуковой дефектоскопии, основными из которых являются теневой, резонансный, эхо - импульсный метод. 

     1.1 Теневой метод ультразвуковой дефектоскопии 

         Теневой метод основан на ослаблении проходящих ультразвуковых волн при наличии внутри детали дефектов, создающих ультразвуковую тень. При этом методе используется два преобразователя. Один из них излучает ультразвуковые колебания, другой принимает их, как показано на рисунке 1. Теневой метод малочувствителен, дефект можно обнаружить, если вызываемое им изменение сигнала составляет не менее от 15 до 20 %. Существенный недостаток теневого метода в том, что он не позволяет определить, на какой глубине находится дефект.

 
 

Рисунок 1   Теневой метод ультразвуковой дефектоскопии

     1.2 Эхо - импульсный метод ультразвуковой дефектоскопии

 

     Один из наиболее распространённых методов является эхо - импульсный метод ультразвукового неразрушающего контроля. Это объясняется тем, что этот метод, в отличии от других, – применим при одностороннем доступе к исследуемому объекту, и при этом позволяет определить размеры дефекта, его координаты, характер. В эхо - импульсном методе ультразвуковой дефектоскопии (УЗД) используются те же принципы, что и в радио - и акустической локации.

     Эхо-метод УЗД основан на излучении в контролируемое изделие коротких импульсов упругих колебаний от 0,5 до 10 мкс и регистрации интенсивности (амплитуды) и времени прихода эхо-сигналов, отраженных от дефектов отражателей.

     Эхо - Импульсный метод ультразвуковой дефектоскопии основан на явлении отражения ультразвуковых волн. Принцип действия импульсного дефектоскопа показан на рисунке 2.

     
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 2  - Принцип действия УЗ дефектоскопа, основанный на

 эхо  - импульсном методе 

     Высокочастотный генератор вырабатывает кратковременные импульсы. Посланный излучателем импульс, отразившись, возвращается обратно к преобразователю, который в это время работает на прием. С преобразователя сигнал поступает на усилитель, а затем на отклоняющие пластины электроннолучевой трубки. Для получения на экране трубки изображения зондирующих и отраженных импульсов предусмотрен генератор развертки. Работой высокочастотного генератора управляет синхронизатор, который с определенной частотой формирует высокочастотные импульсы. Частота посылки импульсов может изменяться с таким расчетом, чтобы отраженный импульс приходил к преобразователю раньше посылки следующего импульса. 

     Эхо - импульсный метод позволяет исследовать изделия при одностороннем доступе к ним. Метод обладает повышенной чувствительностью, отражение даже 1 % ультразвуковой энергии будет замечено. Преимущество эхо - импульсного метода состоит еще и в том, что он позволяет определить, на какой глубине находится дефект.

     Эхо - импульсный - метод позволяет решать следующие задачи дефектоскопии:

-обнаружение и определение координат дефектов, представляющих собой нарушения сплошности и расположенных как на поверхности, так и внутри металлических и неметаллических изделиях и в сварных соединениях;

   -определение размеров дефектов и изделий;

-обнаружение зон крупнозернистости в металлических изделиях и заготовках.

     Аппаратура, реализующая данный метод, позволяет определить характер дефектов, идентифицировать их по размерам, формам, ориентации.

     1.2.1 Характеристики

 

     К основным характеристикам метода относятся:

     -чувствительность;

-максимальная глубина прозвучивания;

     -минимальная глубина ("мертвая" зона);

     -разрешающая способность;

     -точность  измерения расстояния;

     -производительность контроля.

     Под чувствительностью понимают минимальный размер дефекта, находящийся на максимальной глубине и четко регистрируемый прибором. Количественно ее определяют порогом чувствительности. Для эхо - метода -это минимальная площадь искусственного дефекта типа плоскодонного отверстия, который обнаруживается при контроле. Ее можно определить по отражателям другого типа, выполняя пересчет на площадь плоскодонного отверстия по формулам акустического тракта. Порог чувствительности ограничивается двумя главными факторами: чувствительностью аппаратуры и уровнем помех. В зависимости от структуры материала будет и изменяться порог чувствительности. Максимальная глубина прозвучивания определяется максимальным расстоянием от дефекта (отражателя) заданного размера, на котором он уверенно выявляется. Она ограничивается условием, чтобы сигнал от дефекта был больше минимального сигнала, регистрируемого прибором и уровня помех. Она также определяется параметрами аппаратуры. В технических характеристиках прибора в качестве максимальной глубины прозвучивания указывают максимальную длительность развертки дефектоскопа. Достижение максимальной глубины прозвучивания ограничивается теми же факторами, которые препятствуют повышению чувствительности.

     Минимальная глубина или "мертвая" зона - минимальное  расстояние от преобразователя или от поверхности изделия до дефекта, на котором он четко выявляется, не сливаясь с зондирующим импульсом или импульсом от поверхности ввода ультразвука.

     Разрешающая способность - минимальное расстояние между двумя одинаковыми дефектами, при котором они регистрируются раздельно. Различают лучевую и фронтальную разрешающую способности метода.

Лучевая разрешающая способность - минимальное расстояние в лучевом направлении, при котором сигналы от дефектов видны на экране как два раздельных импульса.

     Фронтальная разрешающая способность по перемещению - минимальное расстояние между дефектами в направлении перпендикулярном лучевому. Точность измерения расстояния до дефекта определяется погрешностью в процентах от измеряемой величины.

     Производительность  контроля определяется шагом и скоростью сканирования (перемещения) преобразователя. При оценке времени контроля учитывается и время на исследование дефекта.

     1.2.2 Условия выявления дефектов при эхо - импульсном методе

 

     Для обеспечения надежного выявления  дефектов необходимо выполнение двух условий:

-сигнал от дефекта должен превосходить минимальный сигнал, регистрируемый регистратором прибора по формуле 1.

V_д >V _min ,  (1)

где V_д - сигнал от дефекта, ;

    V _min - минимальный сигнал, регистрируемый регистратором прибора, .

     -сигнал от дефекта должен быть больше сигнала помех по формуле 2.

V_д >V _пом , (2)

где V_д - сигнал от дефекта, ;

    V _пом - сигнал помех, .

     1.2.3 Условия получения максимального сигнала от дефекта

 

     Для оптимального выполнения первого условия  выявления дефекта величина, представленная в формуле 3.

     V_д/V₀ = max ,    (3)

где V_д – сигнал от дефекта, ;

    V₀ – сигнал, посылаемый преобразователем, .

должна  иметь максимальное значение. Также, зачастую от правильного выбора частоты ультразвуковых колебаний зависит мощность получения сигнала от дефекта, и как следствие, точность определения дефекта. Можно сказать, что частота является одним из главных параметров, от выбора которых зависит выявление. Остановимся подробно на её выборе. Как известно, частота зависит от коэффициента затухания. Для большинства материалов в диапазоне частот, применяемых в дефектоскопии, эта зависимость приближенно выражается формулой 4.

, (4) 

где δ – коэффициент затухания;

      и  - коэффициенты, не зависящие от частоты;

    ƒ - частота, Гц.

     Первый  член связан с поглощением, второй - с рассеянием ультразвука мелкими зернами (кристаллитами) металла. При малых расстояниях от преобразователя до дефекта влияние затухания ультразвука невелико, поэтому в ближней зоне целесообразно применение высоких частот. В дальней зоне затухание имеет очень большое значение для рационального выбора частоты.

     Оптимальная частота ультразвуковых колебаний определяется формулой 5.

     

, (5)

где ƒ_opt - оптимальная частота, Гц;

    С₁ - коэффициент, связанный с поглощением ультразвука, ;

    r - Расстояние от преобразователя ультразвуковых волн до дефекта

    для мелкозернистых материалов, мм.

Для крупнозернистых оптимальная частота находится по формуле 5.

,  (6)

где С₂ - коэффициент, связанный с поглощением ультразвука, ;

    r – Расстояние от преобразователя ультразвуковых волн до дефекта, мм.

     Таким образом, в обоих случаях с увеличением толщины изделия следует понижать частоту.

     1.2.4 Виды помех, появляющихся при эхо - импульсном методе

 

     При ультразвуковой дефектоскопии материалов и изделий, как и при других видов дефектоскопии, наблюдается помехи. Их делят на виды:

- помехи усилителя дефектоскопа;

     Эти помехи препятствуют беспредельному увеличению коэффициента усиления приемного тракта дефектоскопа и определяют граничное значение регистрируемого прибором сигнала .

- шумы преобразователя, возникающие при его работе по совмещенной схеме;

     Непосредственно после излучения зондирующего импульса чувствительность усилителя резко  ослабляется в связи с сильным  динамическим воздействием на него мощного сигнала генератора. Вследствие этого в указанной зоне резко возрастает граничное значение регистрируемого прибором сигнала . Наличие многократных отражений в протекторе, призме преобразователя, контактной жидкости создает помехи, затягивающие действие зондирующего импульса. Эти помехи быстро исчезают.

- ложные сигналы, возникающие в результате отражения от выступов или выточек и других неровностей поверхности;

     Эти помехи мешают выявлению дефектов на отдельных участках объекта контроля.

- помехи, связанные с рассеянием ультразвука на структурных неоднородностях, зернах материала, т.е. структурной реверберацией;

     Сигналы от неоднородностей в зависимости от фазы ослабляют или усиливают друг друга. Они носят статистический характер.

     Если дефект находиться в дальней зоне, то для улучшения выявляемости дефекта в дальней зоне целесообразно увеличивать размеры преобразователя. При увеличении диаметра преобразователя улучшается направленность излучения, однако граница ближней зоны удаляется от преобразователя и при условии, описанном формулой 7,

      ,     (7)

где  r_д - расстояние до дальней зоны, мм;

    а – геометрические размеры преобразователя, мм;

    λ – длина волны, мм.

дефект  попадает в ближнюю зону. В ближней  зоне увеличение диаметра преобразователя оказывает отрицательное влияние на отношение сигнал-шум, приводит к ухудшению направленности преобразователя. Одним из путей устранения указанных явлений является применение фокусирующих преобразователей.

      1.3 ''ТРАК'' Акустический модуль

 

     "ТРАК" представляет собой универсальный ультразвуковой акустический тракт, выполненный в виде отдельного модуля, подключаемого к компьютеру через LPT порт по стандарту IEEE Std 1284.Непосредственно в модуле ТРАК реализован только программно-управляемый приемник, генератор и обменный буфер (т.е. акустический тракт). Блок схема приведена на рисунке 3.

 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 3 - Блок схема 

     На  управляющей PC, при помощи прикладного  ПО (поставляемого в комплекте), оператор формирует необходимые параметры контроля и производит настройку акустического тракта: по частоте, амплитуде и форме зондирующего сигнала. Затем подготовленные данные передаются в "ТРАК" в виде алгоритмической инструкции по контролю, или набора инструкций. В этом смысле, "ТРАК" является универсальным акустическим прибором НК, который позволяет создавать собственные типы ультразвуковых приборов: Дефектоскопы, Структуроскопы или Толщиномеры, реализуя известные методы УЗ контроля: