2. Методы ультразвуковой дефектоскопии

2.1.1. Принцип действия и структурная схема ультразвукового дефектоскопа

Большинство ультразвуковых дефектоскопов являются импульсными.Принцип действия их основан на посылке ультразвуковых импульсов в изделие и приеме их отражений от несплошностей или конструктивных элементов изделий. Структурная схема дефектоскопа с электронно-лучевой трубкой приведена на рис. 2.1.1.

Рис. 2.1.1. Структурная схема ультразвукового дефектоскопа с электронно-лучевой трубкой. 1 – блок синхронизации, 2 – генератор импульсов возбуждения, 3, 3 – ПЭП, 4 – контролируемое изделие, 5 – приемник, 6 – электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), 7 – генератор развертки ЭЛТ и строб-импульсов, 8 – блок цифрового отсчета координат (БЦО), 9 – автоматический сигнализатор дефектов (АСД), 10 – блок питания, К – переключатель режимов работы

Блок синхронизации (1) вырабатывает импульсы для согласования работы всех остальных узлов дефектоскопа. Генератор импульсов возбуждения (зондирующих импульсов) (2) формирует короткий электрический зондирующий импульс, который с выхода дефектоскопа подается на преобразователь для его возбуждения (3). Отраженный от противоположного торца изделия (донный) или от дефекта эхо-сигнал принимается тем же (совмещенная схема включения) или другим (раздельная схема) преобразователем, который подключаются к входу приемника (5) дефектоскопа. Приемник дефектоскопа имеет предварительный усилитель с калиброванной регулировкой усиления или аттенюатором (калиброванная регулировка ослабления). Эта калиброванная регулировка используется для измерения отношения амплитуд эхо-сигналов и служит для настройки дефектоскопа на заданный уровень чувствительности. Приемник также включает в себя блок временной регулировки чувствительности (ВРЧ), который может изменять усиление дефектоскопа в зависимости от времени прихода эхо-сигнала (глубины залегания отражателя) и служит для обеспечения равенства отображаемых на экране дефектоскопа амплитуд эхо-сигналов от равновеликих отражателей, залегающих на разных глубинах и подавления шумов в области за зондирующим импульсом. Зона ВРЧ во многих дефектоскопах, используемых в рельсовой дефектоскопии, ограничена несколькими десятками миллиметров и используется при проверке мертвой зоны.

После приемника сигнал детектируется, усиливается видео усилителем и подается на вертикальные пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) (6), автоматический сигнализатор дефектов (АСД) (9) и блок цифрового отсчета координат (БЦО) дефектов. Для выделения временного интервала, в течение которого блок АСД анализирует наличие и уровень принимаемых эхо-сигналов и принимает решение о включении или выключении звуковой или иной индикации служит генератор строб-импульсов, а для формирования осциллограммы на ЭЛТ – генератор развертки (7). В режиме А-развертки на экране ЭЛТ индицируется осциллограмма зондирующего импульса, эхо-сигналов и строб-импульсов. Расстояние до эхо-сигналов по горизонтальной шкале (время прихода эхо-сигнала) пропорционально расстоянию до отражателей, а величина сигнала по вертикальной шкале – максимальной амплитуде эхо-импульса.

Через заданный промежуток времени (период следования зондирующих импульсов Т_ЗИ) процесс повторяется. В технических характеристиках дефектоскопов обычно указывается частота следования зондирующих импульсов f_ЗИ = 1/Т_ЗИ, которая зависит от величины зоны контроля и скорости перемещения ПЭП и находится в пределах 1000 Гц.

Зондирующие импульсы могут иметь различную форму, как правило колоколообразную или экспоненциальную (рис. 2.1.2).

Рис. 2.1.1. Параметры зондирующих импульсов

(а – экспоненциального, б – колоколообразного, в – реальный ЗИ)

К основным параметрам зондирующего импульса относятся: t_ЗИ – длительность ЗИ (мкс), U_ЗИ – амплитуда ЗИ (В), f – частота высокочастотного заполнения – частота УЗ волны (МГц).

Длительность ЗИ измеряется на заданном (обычно 0,1U_ЗИ) уровне от максимального значения. Зондирующий импульс содержит от 1 до 10 периодов колебаний с рабочей частотой и имеет длительность 0,4 – 5,0 мкс.