Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО ПГУПС)

Кафедра «Методы и приборы неразрушающего контроля»

Автоматический сигнализатор дефекта

и глубиномер ультразвукового импульсного

дефектоскопа

Методические указания к лабораторной работе №  20

по дисциплине “Основы проектирования приборов и систем”

Санкт - Петербург

2014

Целью настоящей работы является исследование автоматического сигнализатора дефектов и глубиномера ультразвукового импульсного дефектоскопа общего назначения УД2-12.

1. Краткие теоретические сведения

1.1. Автоматический сигнализатор дефектов (АСД) является сервисным устройством. Его основное назначение - вырабатывать световой и (или) звуковой сигнал при обнаружении сигналов от дефектов. В методиках ультразвукового контроля анализируются не все сигналы, а только сигналы, попадающие в некоторый временной интервал - в зону АСД. Другими словами АСД пред­назначен для подачи звукового или светового сигнала при одновремен­ном поступлении на схему совпадений селектирующего импульса (строба) и видеоимпульсов, что освобождает оператора от необходимости одновре­менного наблюдения за экраном дефектоскопа и перемещаемым преоб­разователем (рис. 1). Временное положение относительно зондирующего импульса и длительность строба определяют зону АСД (зона временной селекции). АСД ультразвукового импульсного дефектоскопа реализует строб (или два строба), определяющий зону ожидания сигналов от дефектов, и порог АСД, по которому происходит регистрация сигнала. АСД универсальных дефектоскопов поддерживают два метода контроля – эхо метод контроля (ЭХО) и зеркально-теневой метод контроля (ЗТМ).

Рисунок 1. Схема контроля совмещенным ПЭП по двум методам (ЭХО и ЗТМ) с изображением сигналов на экране дефектоскопа.

Строб ЭХО устанавливается на экране дефектоскопа в соответствии с диапазоном глубин залегания дефектов. Строб ЗТМ обычно немного больше длительности «донного» сигнала устанавливается в зоне индикации «донного» сигнала. Порог АСД определяется положением строба по вертикали и выражается в процентах от высоты экрана дефектоскопа. В процессе контроля, АСД выдает световой или звуковой сигнал, если эхосигнал от дефекта попадает в строб ЭХО и превышает порог АСД или если сигнал в стробе ЗТМ уменьшается ниже порога АСД.

Принцип временной и амплитудной селекции сигналов поясняется функциональной схемой АСД (рис. 2) и временными диаграммами работы схемы АСД (рис. 3). На выходе видеоусилителя (ВУ) наблюдается последовательность импульсов: зондирующего, эхо-сигналов от дефектов, отражения от конструктивных элементов. Прежде, чем подавать эти сигналы на пороговый индикатор необходимо выделить сигналы от потенциальных дефектов в ожидаемой временной зоне.

Ǿ

Ǿ

Рисунок 2 Функциональная схема АСД.

ВУ – видеоусилитель. ГСИ – генератор синхронизирующих импульсов.

Рисунок 3 Временные диаграммы работы АСД

Автоматический сигнализатор дефектов имеет следующие параметры:

• количество стробов;

• метод контроля (ЭХО, ЗТМ);

• диапазон регулировки порога АСД, (%);

• диапазон регулировки зоны АСД, мкс;

• инерционность индикатора дефектов характеризуется количеством эхо сигналов от дефекта, для срабатывания индикатора. Это необходимо для отстройки от одиночных помех. Определяется экспериментально.

1.2 Глубиномер предназначен для определения координат дефектов и толщины изделия путем измерения интервала времени между моментами излучения зондирующего импульса и приходом отраженного сигнала. Глубиномер ультразвукового дефектоскопа реализует косвенный метод измерения координат дефектов. Глубиномер определяет время задержки эхосигнала относительно зондирующего импульса и по известным зависимостям рассчитывает координаты отражателя. Есть некоторая разница в способах измерения задержки эхосигнала относительно зондирующего импульса. Наиболее широкое распространение получили два способа измерения задержки: по фронту (2t_фронт) эхосигнала и по его пику (2t_пик) (рис. 4).

ЗИ ЭХО

2t_фронт

2t_пик

Рисунок 4 Схема измерения времени задержки эхосигнала относительно зондирующего импульса по фронту (2t_фронт) и по пику (2t_пик).

При определении задержки по фронту измеряется временной интервал между передним фронтом ЗИ и передним фронтом эхосигнала в точке пересечения его со стробом. Такой способ измерений реализован в большинстве аналоговых дефектоскопов. При определении задержки по пику измеряется временной интервал между передним фронтом ЗИ и максимумом эхосигнала. Первичной измеряемой величиной при измерении координат дефектов является время между излученным зондирующим импульсом и принятым эхо сигналом. Затем это время пересчитывается в координаты дефекта с учетом:

1. Времени распространения ультразвука в призме или протекторе ПЭП (2tп).

2. Скорости распространения ультразвука в материале контролируемого изделия (С_t).

3. Угла ввода луча ().

Рисунок 5 Схема, поясняющая принцип работы глубиномера.

Y, X – координаты дефекта. R – расстояние до дефекта по лучу. 2t – время между излученным зондирующим импульсом и принятым эхо сигналом от дефекта.  - угол ввода луча.

R = C_t x (2t - 2tп)/2 Y = R x cos X = R x sin

Где: R – расстояние до дефекта по лучу.

C_t - скорость распространения ультразвука в материале контролируемого изделия;

2t – время между излученным зондирующим импульсом и принятым эхо сигналом от дефекта;

2tп – время распространения ультразвука в призме или протекторе ПЭП:

 - угол ввода луча.

Погрешность глубиномера дефектоскопа определяется погрешностью измерения времени задержки. Точность измерения координат дефектов определяется точностью установки коэффициентов пересчета измеренного времени в координаты дефекта, а также точностью нахождения положения ПЭП, при котором амплитуда сигнала от дефекта максимальна. В некоторых дефектоскопах, например USN 52, глубиномер позволяет проводить отсчет координаты (X₁ = Х – n) от передней кромки ПЭП с учетом стрелы ПЭП (n). Кроме того, в схемах прозвучивания однажды отраженными лучами ПЭП удобно определять глубину залегания дефекта (Y₁ = 2H – Y) от наружной поверхности изделия. Н – толщина объекта контроля.

2. Задание на подготовку к работе

1. Нарисовать функциональную схему АСД и глубиномера дефектоскопа УД2-12 с описанием работы схемы и органов управления дефектоскопа.

2. Описать три способа настройки и проверки глубиномера дефектоскопа УД2-12 для прямых и наклонных ПЭП.

3. Перечислить факторы, влияющие на погрешность глубиномера дефектоскопа и на точность измерения координат дефекта.

4. Описать способы настройки параметров АСД для дефектоскопов УД2-12, УД2-70, Пеленг, РДМ-33.

5. Описать способы настройки и проверки глубиномера дефектоскопов УД2-70, Пеленг, РДМ-33.

3. Вопросы для самопроверки

1. Назначение и способы реализации временной и амплитудной селекции сигналов ультразвуковых импульсных дефектоскопов.

2. Назначение глубиномера дефектоскопа и принцип измерения координат дефектов.

3. Факторы, влияющие на погрешность глубиномера дефектоскопа и точность измерения координат дефектов.

4. Параметры зоны АСД и способы расчета и настройки этих параметров для конкретных технологий контроля.

4. Порядок выполнения работы

4.1 Оборудование и аппаратура: осциллограф MOS-620FG; ультразвуковой тестер УЗТ-РДМ; дефектоскоп УД2-12, пьезоэлектрические преобразователи, образец СО-3Р.

При выполнении работы следует измерить следующие характеристики АСД и глубиномера:

• диапазон регулировки задержки строба (мкс);

• диапазон регулировки длительности строба (мкс);

• диапазон регулировки порога АСД (% от высоты экрана);

• погрешность глубиномера (% );

• точность измерения координат дефектов (мм).

Для измерения указанных характеристик тестер формирует тест-сигнал с нормированной амплитудой и частотой. Измерения проводятся с использованием тестера и функциональных возможностей дефектоскопа УД2-12.

4.2. Измерение диапазона регулировки задержки строба и длительности строба с использованием тестера.

Собрать стенд (рис. 6). Включить тестер и дефектоскоп.

нагрузка

УД2-12

Д

Рисунок 6 Стенд для измерения параметров АСД и глубиномера дефектоскопа с помощью тестера.

4.2.1. Вращением энкодера тестера выбрать «Параметры ЭБ» и активировать нажатием энкодера (рис. 7).

Рисунок 7. Экран тестера

Рисунок 8 Экран тестера

Настроить параметры тест – сигнала тестера (рис. 4.3.):

• Выбрать и активировать энкодером «Синхр.». Установить энкодером «Синхр. генератора» - «внешн.». Нажать .

• Выбрать и активировать энкодером «ГРИ2». Установить энкодером «Источник» - «внутр.»; «Частота, кГц» «2500 кГц» Нажать .

• Выбрать и активировать энкодером «Усилитель». Установить энкодером «Усиление, дБ» - « 41». Нажать .

• Выбрать и активировать энкодером «Развертка». Установить энкодером «Задержка, мкс» - «10»; «Длительность, мкс» - «6». Нажать .

• Выбрать и активировать энкодером «ГРИ1». Установить энкодером «Задержка, мкс» - «11»; «N периодов» - «10». Нажать .

• Выбрать и активировать энкодером «Маркер». Установить энкодером «Задержка, мкс» - «1»; «Длительность, мкс» - «4,1». Нажать .

• Выбрать и активировать энкодером «Аттен.». Установить энкодером «Амплитуда, мВ» - «1009»; «Затухание, дБ» - «8». Нажать .

4.2.2. Настроить дефектоскоп. Выключить ВРЧ регулятором амплитуда ВРЧ. Регулятор ноль глубиномера установить в крайнее правое положение. Аттенюатором дефектоскопа установить амплитуду тест-сигнала на экране дефектоскопа ~ 2 клетки. Установить длительность развертки ~ 400 мкс. Установить максимальную задержку строба.

4.2.3. Выбрать и активировать энкодером «ГРИ1». Изменяя параметр «Задержка, мкс» совместить передний фронт тест-сигнала с передним фронтом строба дефектоскопа. Зафиксировать значение максимальной задержки строба.

4.2.4. Совместить передний фронт строба с передним фронтом зондирующего импульса. Установить максимальную длительность строба. Изменяя параметр «Задержка, мкс» тестера совместить передний фронт тест-сигнала с задним фронтом строба дефектоскопа. Зафиксировать значение максимальной длительности строба.

4.2.5. Установить минимальную длительность строба. Изменяя параметр «Задержка, мкс» тестера совместить передний фронт тест-сигнала с задним фронтом строба дефектоскопа. Зафиксировать значение минимальной длительности строба. Нажать тестера.

Для исключения ошибки все измерения проводятся по три раза. Данные занести в таблицу 1.

Таблица 1

Парам.АСД № изм.	Задержка строба (мкс) min max		Длительность строба (мкс) min max		Изображение на экране дефектоскопа

4.3 Измерение диапазона регулировки порога АСД.

4.3.1 Выполнить указания п. 4.2.1.

4.3.2. Настроить дефектоскоп:

• длительность развертки ~ 50 мкс.,

• длительность строба ~ 30 мкс.,

• задержку строба ~ 6 мкс.

• Регулятор АСД III установить в крайнее левое положение.

4.3.3. Выбрать и активировать энкодером «Аттен.». Изменяя параметр «Затухание, дБ» зафиксировать минимальную амплитуду тест-сигнала в % от высоты экрана, при которой загорается зеленая лампочка. Повторить измерения для крайнего правого положения регулятора АСД III.

Для исключения ошибки все измерения проводятся по три раза. Данные занести в таблицу 2.

Таблица 2

Порог АСД № изм.	АСД III min (%)	АСД III max (%)	Изображение на экране дефектоскопа

4.4. Измерение диапазона регулировки задержки строба и длительности строба с использованием осциллографа и БЦО дефектоскопа.

Собрать стенд (рис. 9). Включить осциллограф и дефектоскоп.

Синхронизация осциллографа

Рисунок 9 Стенд для измерения параметров АСД и глубиномера дефектоскопа в контрольных точках.

4.4.1. Измерить диапазоны регулировки задержки строба и длительности строба с использованием осциллографа и БЦО дефектоскопа.

Для исключения ошибки все измерения проводятся по три раза. Данные занести в таблицу 3, 4.

Таблица 3

Парам.АСД № изм.	Задержка строба (мкс) min max		Длительность строба (мкс) min max		Изображение на экране дефектоскопа

Таблица 4

Парам.АСД № изм.	Задержка строба (мкс) min max		Длительность строба (мкс) min max		Изображение на экране осциллографа

4.4.2. Измерить диапазон регулировки нуля глубиномера и задержки строба. Данные занести в таблицу 5.

Таблица 5

Ноль глубиномера (мкс)		Задержка строба, max (мкс)			Изображение на экране дефектоскопа
min
max

4.4.3. Настроить глубиномер дефектоскопа тремя способами и определить точность измерения координат дефектов. Данные занести в таблицу 6.

Способы настройки глубиномера:

1. Измерение времени распространения ультразвука в призме ПЭП. Настройка Y и Х по образцу СО-3Р.

2. Установка нуля глубиномера по известному времени распространения ультразвука в призме ПЭП. Настройка Y и Х с использованием импульса длительностью 200 мкс и режима измерения временных параметров сигналов в контрольных точках.

3. Метод последовательного приближения.

Таблица 6

Способ настройки глубиномера	Y (мм)			Х (мм)