Современный ультразвуковой измеритель толщины металла

Ультразвуковой метод контроля толщины металла основан на формировании в преобразователе узкого слаборасходящегося ультразвукового пучка. Такой пьезопреобразователь, способный излучать и принимать короткие акустические импульсы, обеспечивает режим контроля толщины, близкий к оптимальному.

Структурная схема ультразвукового измерителя толщины (рис. 1.24) состоит из ряда систем, обеспечивающих наиболее удобную эксплуатацию аппаратуры и высокую точность измерений.

Рис. 1.24. Структурная схема ультразвукового измерителя толщины

Генератор зондирующих импульсов 7 вырабатывает импульс электрических колебаний, возбуждающий ультразвуковые колебания в преобразователе 3. Отраженные от края или дефекта полосы ультразвуковые сигналы принимает совмещено-раздельный преобразователь и трансформирует их в электрические импульсы, которые поступают на вход усилителя 1. Коэффициент усиления регулируется во времени с помощью системы 4 временного регулирования чувствительности (ВРЧ). Усиленный до требуемой величины сигнал поступает на вход электронно-лучевого индикатора 6 и системы АСД 2. Синхронизатор 8 обеспечивает требуемую временную последовательность работы всех узлов измерителя одновременно с запуском генератора импульсов или с некоторой заданной задержкой. Он приводит в действие генератор развертки 9 электронно-лучевого индикатора. Развертка позволяет различать по времени приход сигналов от объектов отражения, расположенных на разном расстоянии от преобразователя, например, сигналы от дефектов отличать от донного сигнала. Синхронизатор также управляет работой блоков ВРЧ и АСД.

Современные измерители типа «Т-Мike ЕМ» снабжены устройствами для измерения амплитуды и времени прихода отраженного сигнала. Схему их включения выполняют по-разному. На рис. 1.24 показана одна из возможных структурных схем толщиномера. Здесь измерительное устройство 5 обрабатывает сигналы, поступившие от усилителя, с учетом времени поступления сигнала от синхронизатора и выдает цифровую информацию на электронно-лучевой индикатор или на отдельное табло.

Основными элементами генератора зондирующих импульсов является колебательный контур, включающий передающий пъезоэлемент и электронная схема, обеспечивающая генерацию коротких импульсов той или иной формы, заполненных высокочастотными колебаниями. Наибольшее распространение получили так называемые генераторы ударного возбуждения.

Перейдем к описанию приемно-усилительного тракта дефектоскопа. Этот тракт содержит предусилитель, измеритель амплитуд сигналов, усилитель высокой частоты, детектор и видеоусилитель.

Амплитуды сигналов чаще всего измеряют с помощью градуированного делителя напряжения – аттенюатора. При этом сравнивают амплитуды двух или нескольких сигналов в относительных единицах. За единицу (0 дб.) обычно принимают максимальный сигнал, соответствующий амплитуде акустического зондирующего импульса. Иногда за исходное значение принимают амплитуды других сигналов, например донного сигнала для контролируемого изделия. Требуемый диапазон измерения 60 – 80 дб. В последнее время разработаны автоматические измерители амплитуды с цифровым выходом, как в толщиномере «Т-Мike ЕМ».

В ультразвуковом толщиномере для излучения и приема ультразвуковых волн используются пьезопреобразователи. Преобразователи контактного типа предназначены для работы по совмещенной схеме, где один элемент исполняет роль излучателя, а другой – приемника ультразвуковых волн. В толщиномере датчиком служит раздельно - совмещенный преобразователь (рис. 1.25). Пьезопластина изготовлена из керамики ЦТС (рис. 1.25). На поверхности пьезопластины методом напыления в вакууме нанесены серебряные электроды,

      Рис. 1.25. Схема датчика ультразвукового толщиномера

которые системой проводников соединены с кабелем, и через него – с измерителем толщины. Для настройки на резонансную частоту колебаний служит катушка индуктивности. Катушка размещена в демпфере, который изготовлен из звукогасящего материала. В раздельно-совмещенных преобразователях излучатель 1 и приемник 3 (см. рис. 1.25) разделены акустически и электрически экраном 2. В то же время они объединены конструктивно корпусом 4. Благодаря разделению зондирующий импульс, подаваемый на излучающий элемент практически не попадает в приемник. Варьируя углы призм 5 и 6 (от 0 до 10 градусов), расстояние между ними и размеры пьезоэлементов, можно изменять минимальную и максимальную глубину зондирования. Эхоимпульсный ультразвуковой толщиномер «Т-Мike ЕМ» позволяет контролировать изделие с гладкими параллельными и криволинейными поверхностями. Этот прибор работает по принципу измерения времени распространения акустических импульсов от поверхности ввода до донной поверхности и обратно. Это время определяется как толщиной изделия, так и скоростью распространения ультразвуковых волн по нему. Поэтому толщиномер нуждается в предварительной калибровке по стандартным образцам, в которых скорость распространения волн такая же, как и в контролируемом изделии. Для достижения наилучших результатов при использовании эхо методов определения толщины и внутренних дефектов металла требуется минимальная шероховатость поверхности и применение контактных жидкостей. В качестве таких жидкостей применяют машинное масло, а на вертикальных и наклонных поверхностях следует применять более вязкие материалы типа вазелина или тавота.