6.5.2.6.4 Методические указания

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра "Методы и приборы неразрушающего контроля"

Органы управления и настройка

основных параметров контроля

ультразвукового дефектоскопа

типа УД2-12

Методические указания

к лабораторной работе № 27

по дисциплине

«Основы проектирования приборов и систем»

Санкт-Петербург

2004

1. Введение

Ультразвуковой импульсный дефектоскоп УД2-12 используется для выявления внутренних дефектов и определения их координат в различных изделиях и сварных соединениях. УД2-12 - универсальный дефектоскоп, работает в широком диапазоне частот. В дефектоскопе реализована возможность измерения отношений амплитуд сигналов от дефектов.

Дефектоскоп реализует эхо, теневой и зеркально-теневой методы контроля.

Благодаря наличию внешней синхронизации дефектоскоп может быть использован в составе автоматизированных установок.

2. Цель работы

Целью настоящей работы является изучение основных функциональных узлов, технических характеристик и органов управления дефектоскопа УД2-12.

3. Технические характеристики

• Частота ультразвуковых колебаний (УЗК), (рабочая частота) - 1,25; 1,8; 2,5; 5,0; 10,0 МГц.

• Частота синхронизации (частота следования зондирующих импульсов) - 125, 250, 500, 1000 Гц.

• Диапазон толщин контролируемого материала (по стали) от 1 до 999,9 мм - по цифровому индикатору и от 1 до 5000мм - по экрану электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

• Длительность развертки - от 15 до1500 мкс.; перекрывается двумя диапазонами.

• Задержка развертки - от 0 до 250 мкс.

• Длительность строба - от 3 до 200 мкс.

• Задержка строба - от 0 до 200 мкс.

• Длительность зоны установки нуля глубиномера - от 0 до 20 мкс.

• Задержка зоны временной регулировки чувствительности (ВРЧ) - от 0 до70 мкс.

• Длительность зоны ВРЧ - от 10 до 150 мкс.

• Индикация дефектов - по ЭЛТ, звуковому и световому индикаторам

• Питание от сети - 36, 24, 220 В и аккумулятора - 12 В,

• Потребляемый ток при питании от аккумулятора - 0,6 А.

• Номинальные уровни срабатывания пороговых индикаторов:

АСД1 - 1 дБ

АСД2 - 7 дБ

АСД3 - 13 дБ

• Диапазон рабочих температур от -10⁰С до +50⁰С

4. Функциональные основные узлы и органы управления дефектоскопа

В дефектоскопе используется свойство УЗК отражаться от физически неоднородных включений в контролируемом объекте или от границы раздела двух сред с разными акустическими сопротивлениями.

Функциональные возможности дефектоскопа:

• Имеется вторая развертка.

• Автоматическое измерение координат дефектов и амплитуд сигналов от дефектов.

• Компенсированная отсечка.

• Эффективная схема ВРЧ.

• Три порога АСД.

• Возможность без эталонной настройки.

• Дежурный режим работы.

Дефектоскоп состоит из следующих функциональных узлов:

• Выпрямитель.

• Стабилизатор напряжения.

• Преобразователь напряжения.

• Генератор импульсов возбуждения (ГИВ), (А7).

• Устройство приемное (УП), (А9).

• Блок развертки (БР), (А6).

• Блок электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), (А5).

• Измеритель отношений (ИО), (А8).

• Блок автоматического сигнализатора дефектов (АСД), (А10).

• Блок цифрового отсчета (БЦО).

Выпрямитель предназначен для преобразования переменного напряжения сети 220В, 36В, 24В в постоянное напряжение +13 В. Стрелка на крышке предохранителя выпрямителя должна указывать питающее напряжение сети. Выпрямитель дефектоскопа работает при включении вилки шнура питания в розетку с переменным напряжением. Вместо выпрямителя может быть установлена аккумуляторная батарея.

Для включения дефектоскопа необходимо нажать кнопку "накал" на передней панели. Через минуту нажать кнопку "работа" после этого появляется линия развертки.

В дефектоскопе реализован "Дежурный режим", когда нажата кнопка "накал" и отжата кнопка "работа". "Дежурный режим" применяется при частой смене объекта контроля для экономного потребления мощности от аккумулятора.

Стабилизатор напряжения предназначен для преобразования напряжения первичного источника питания (сеть, аккумулятор) в стабильные постоянные +5 В, +10 В, -10 В и переменное 22 В напряжения. Кроме того, стабилизатор напряжения вырабатывает импульсы внешней и внутренней синхронизации дефектоскопа.

Органы управления синхронизацией расположены на задней панели дефектоскопа (рисунок 1).

Преобразователь напряжения преобразует переменное напряжение 22В в напряжения необходимые для подачи на ЭЛТ, ГИВ и другие функциональные узлы дефектоскопа.

Рисунок 1

Частота синхронизации устанавливается кнопками - 125Hz и Х2. 500Hz Режим синхронизации устанавливается кнопкой - ВНЕШН ВНУТР Кроме того, на задней панели дефектоскопа расположены высокочастотные разъемы выхода и входа синхронизации.

Генератор импульсов возбуждения

Регулятор " АМПЛ" - предназначен для регулировки амплитуды зондирующего импульса. В крайнем правом положении амплитуда максимальна. Глубина регулировки амплитуды зондирующего импульса (ЗИ) - 16 дБ. Амплитуда ЗИ - 130 В. fраб = 1/Тв Рисунок 2

Частота генератора импульсов возбуждения устанавливается с помощью кнопочного переключателя и подключения к дефектоскопу преобразователя с соответствующей частотой УЗК. Одна из кнопок должна быть обязательно нажата (рисунок 2). Генератор дефектоскопа формирует импульсы возбуждения колоколообразной формы (рисунок 3), что обеспечивает получение отраженных сигналов большей амплитуды, чем при использовании генератора ударного возбуждения. Рисунок 3

Частота преобразователя указывается в маркировке.

П121-5,0-40-Н или П112-2,5-3*4-002

Частота УЗК устанавливается в документации на контроль объекта, при этом учитываются следующие факторы:

• размеры дефектов, подлежащих выявлению (чем выше частота, тем более мелкие дефекты могут быть обнаружены);

• затухание УЗК в материале изделия (чем больше коэффициент затухания УЗК, тем более низкую частоту следует выбирать);

• диаграмма направленности (чем выше частота, тем уже диаграмма направленности при тех же размерах пьезопластины).

Устройство приемное (УП)

Рисунок 4	УП (рисунок 4) предназначено для усиления и выпрямления сигналов, поступающих на приемный преобразователь. Частота на приемном устройстве выставляется с помощью кнопочного переключателя такая же, как на генераторе импульсов возбуждения (блок А7). Одна из кнопок должна быть обязательно нажата. В дефектоскопе реализована схема компенсированной отсечки, которая предназначена для улучшения условий наблюдения на экране ЭЛТ регистрируемых сигналов. Компенсированная отсечка (отсечка с сохранением уровня полезного сигнала) обеспечивает подавление сигналов, амплитуда которых ниже уровня отсечки (рисунок 6). Уровень отсечки можно определить по перемещающимся светлым точкам на видеоимпульсах, наблюдаемых на ЭЛТ при вращении регулятора под шлиц (рисунок 5). " " - регулятор под шлиц предназначен для установки уровня отсечки. " " - регулятор с ручкой предназначен для регулировки амплитуд сигналов, находящихся ниже уровня отсечки. В крайнем левом положении регулятора амплитуда сигналов минимальная. В крайнем правом положении регулятора отсечка выключена.
Рисунок 5		Рисунок 6

Отсечка регулируется в пределах 20 dB и приводит к искажению реальной формы сигнала.

Введенная избыточная отсечка может привести к негативным факторам:

• ограничен диапазон срабатывания АСД;

• БЦО индицирует измеренное значение невидимого на ЭЛТ сигнала в стробе, сильно подавленного отсечкой.

Рекомендуется отсечка:

• уровень отсечки 1..2 клетки по экрану ЭЛТ;

• регулятор с ручкой поворачивается примерно на 1/4 от крайнего правого положения.

Блок развертки

Блок развертки (рисунок 7) предназначен для выработки пилообразного напряжения горизонтальной развертки. В БР расположен генератор напряжения развертки (ГНР). Кроме того, в блоке развертки конструктивно расположен глубиномер дефектоскопа.

ГНР вырабатывает пилообразное напряжение, поступающее на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ и импульс подсвета, поступающий на модулятор ЭЛТ для исключения появления на ЭЛТ обратного хода луча.

Рисунок 7	" " - регулятор плавного изменения длительности развертки. "Х10" - кнопка для увеличения длительности развертки скачкообразно. При нажатой кнопке длительность развертки увеличивается примерно в десять раз. Длительность развертки максимальна при нажатой кнопке "Х10" и крайнем правом положении регулятора " ". " " - регулятор задержки развертки (контроль “по слоям”). " " - кнопка включения второй развертки. " " - регулятор установки нуля глубиномера, компенсация времени прохождения УЗК в призме преобразователя. " " - кнопка переключения режима работы БЦО. При нажатой кнопке вход БЦО соединяется с гнездом "4". В гнездо "4" можно подавать импульсы с функциональных различных узлов дефектоскопа и измерять временные параметры этих импульсов с помощью БЦО. Этот режим работы БЦО может быть использован для безэталонной настройки дефектоскопа. При отжатой кнопке БЦО индицирует параметры сигналов в стробе, наблюдаемых на ЭЛТ.
Рисунок 8		Рисунок 9 На временных диаграммах (рисунок 8) показан принцип получения изображения на ЭЛТ многократно отраженных сигналов при прозвучивании обьекта (рисунок 9). 1 - сигналы с выхода видео усилителя, поступающие на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ (многократные донные отражения). 2, 3 - ГНР в режиме “от поверхности”. 4 - ГНР в режиме "по слоям"

Толщина контролируемого слоя определяется длительностью развертки, т.е. регуляторами " " и "Х10".

Неконтролируемая зона определяется положением регулятора " ".

На вторую развертку (кнопка " ") выводится кривая ВРЧ (рисунок 10) или строб АСД (рисунок 11).

Рисунок 10

Рисунок 11

Кривая ВРЧ выводится на вторую развертку для настройки параметров ВРЧ.

В режиме, когда на вторую развертку выводится строб АСД, вторая развертка отслеживает максимальный сигнал в стробе, т.е. находится на уровне вершины максимального сигнала в стробе. Такой режим используется в условиях повышенной освещенности.

Блок электронно-лучевой трубки (ЭЛТ)

Блок ЭЛТ (рисунок 12) предназначен для индикации видеосигналов, строба АСД, и кривой ВРЧ.

Рисунок 12

“ ” - регулятор яркости изображения на экране ЭЛТ. “ ” - фокусировка луча ЭЛТ. “ ” -устранение астигматизма луча ЭЛТ. “ ” - смещение по горизонтали линии развертки на ЭЛТ. “ ” - смещение по вертикали линии развертки на ЭЛТ Кроме того, в блоке развертки расположены регуляторы глубиномера “ mm”: “Y” - регулятор калибровки глубиномера в режиме измерения глубины залегания дефекта при контроле наклонным преобразователем; “ Х” - регулятор калибровки глубиномера в режиме измерения расстояния до дефекта при контроле наклонным преобразователем; “Н” - регулятор калибровки глубиномера в режиме измерения глубины залегания дефекта при контроле прямым преобразователем.

Принцип измерения координат дефектов

Рисунок 13

Рисунок 14

Первичной измеряемой величиной при измерении координат дефектов является время между излученным зондирующим импульсом и принятым эхо сигналом (Рисунок 13,14). Затем это время пересчитывается в координаты дефекта с учетом скорости УЗК в материале контролируемого изделия и углом ввода УЗК. Коэффициент пересчета устанавливается регуляторами “ mm” (Х,Y, Н).

Кроме того, из измеряемого времени необходимо исключить время распространения УЗК в призме или протекторе преобразователя (2tп).

На временных диаграммах (рисунок 14) поясняется схемная реализация автоматического измерения координат дефектов. Запуск измерительного генератора (3) (ИГ) осуществляется задержанным ЗИ на время 2tп. Задержка запуска определяется регулятором22 “ ” (2). Генератор счетных импульсов (4) вырабатывает импульсы, частота которых пропорциональна скорости УЗК в материале контролируемого изделия и углу ввода УЗК и устанавливается регуляторами “ mm” (Х,Y, Н). Счетчик считает счетные импульсы, попадающие во временной интервал импульса ИГ (5).

Измеритель отношений (ИО)

Измеритель отношений (рисунок 15) включает блок временной регулировки чувствительности (ВРЧ), который позволяет изменять во времени (т.е. по толщине контролируемого изделия или в пределах слоя) коэффициент усиления приемного устройства. Блок ВРЧ вырабатывает напряжение с участком экспоненциально возрастающей формы (зона ВРЧ) (рисунок 16).

Рисунок 15

“ ” - регулятор задержки зоны ВРЧ. “ ” - регулятор длительности зоны ВРЧ. “ ” - регулятор изменения усиления в конце зоны ВРЧ, амплитуда ВРЧ. “ ” - регулятор усиления в середине зоны ВРЧ, форма ВРЧ. “ ” - регулятор устанавливает положение начального (левого горизонтального) участка кривой ВРЧ, плавное изменение коэффициента усиления приемного тракта дефектоскопа. Для отключения ВРЧ регулятор “ ” необходимо установить в крайнее левое положение при этом положение других органов управления схемой ВРЧ роли не играет. "mm2/dB" - кнопка устанавливает режим измерения амплитуд сигналов с помощью БЦО. При отпущенной кнопке БЦО измеряет амплитуду сигнала в "dB" (обратно пропорционально амплитуде в "dB"). При нажатой кнопке показания БЦО прямо пропорциональны в линейных единицах; БЦО измеряет амплитуду сигнала в единицах эквивалентной площади отражателя (Рисунок 18).

ВРЧ может работать в трех режимах (рисунок 17):

1. ВРЧ отключена.

2. ВРЧ обеспечивает подавление зондирующего импульса, что позволяет уменьшить мертвую зону.

3. ВРЧ выравнивает чувствительность по глубине контролируемого изделия или в пределах слоя при контроле по эхо-методу.

Рисунок 16

Рисунок 17

Рисунок 18

При измерении отношения амплитуд сигналов с помощью БЦО и аттенюатора ослабление сигнала равно разности введенного ослабления аттенюатором и показаний БЦО в "dB". NdB = Nатт. - NБЦО

Блок автоматического сигнализатора дефектов

Блок АСД (рисунок 19) предназначен для формирования строба АСД (рисунок 20) и сигнализации превышения амплитуды сигнала одного из трех заданных порогов.

Рисунок 19

" " - регулятор длительности строба АСД (рисунок 20). " " - регулятор задержки строба АСД (рисунок 20). " " - регуляторы порога срабатывания соответствующих индикаторов. "АСД/ВРЧ" - кнопка предназначена для переключения режима работы второй развертки. При отпущенной кнопке на вторую развертку выводится кривая ВРЧ (рисунок 10), при нажатой - строб АСД (рисунок 11) " " - кнопка для включения звукового сигнализатора дефектов. Звуковой индикатор работает одновременно только с загоранием зеленой лампочки на передней панели дефектоскопа. Рисунок 20

Блок цифрового отсчета

БЦО предназначен для измерения длительности импульсов, пропорциональных измеряемым прибором величинам (амплитуда сигнала, время распространения УЗК до отражателя и обратно).

Режим измерения БЦО устанавливается с помощью сенсорного переключателя и контролируется по индикатору режима (таблица 1).

Таблица 1

Режим измерения	Диапазон измерения	Индикатор режима
dB	1…….20 dB
mmH	0…….999,9 mm
mmX	0…….999,9 mm
mmY	0…….999,9 mm
μ s	0,01…….9999 μ s

Для измерения временных (mmH, mmX, mmY, μs) и амплитудных (dB) параметров импульсов, наблюдаемых на экране ЭЛТ дефектоскопа кнопку " " блока (А6) , необходимо отжать.

При нажатой кнопке " " блока (А6) вход БЦО соединяется с контрольной точкой (КТ) "4" блока (А6). Соединяя поочередно КТ4 с контрольными точками, расположенными на верхней панели (под крышкой) дефектоскопа можно измерить временные параметры соответствующих импульсов (таблица 2).

Таблица 2

Временной параметр	Блок	Контр. точка	Регулятор
Длительность акустической задержки в ПЭП (ноль глубиномера)	А6	3
Длительность развертки	А6	1	, Х10
Задержка развертки	А6	2
Длительность строба АСД	А10	2
Задержка строба АСД	А10	1
Длительность зоны ВРЧ	А8	2
Задержка зоны ВРЧ	А8	1

При без эталонной настройке дефектоскопа с использованием вышеуказанного режима работы БЦО необходимо помнить, что измеряется задержка строба АСД, задержка развертки и задержка зоны ВРЧ относительно зондирующего импульса, т.е. при настройке этих параметров нужно учитывать длительность акустической задержки в ПЭП (2tп).

При отжатой кнопке " " блока (А6) БЦО измеряет параметры сигналов, находящихся в стробе АСД. При этом амплитуда сигнала должна быть не менее двух клеток от линии развертки.

При измерении временных параметров импульсов следует помнить, что измеряются параметры ближнего к зондирующему импульсу эхоимпульса , находящегося в стробе и имеющего амплитуду больше двух клеток. Автоматическое измерение временных параметров производится от нуля глубиномера, устанавливаемого регулятором “ ” блока (А6).

При измерении амплитуды сигнала, измеряется амплитуда большего сигнала, находящегося в стробе.

Для измерения параметров других сигналов наблюдаемых на ЭЛТ необходимо применить ручное стробирование. регулятором “ ” на передней панели дефектоскопа, для чего поворачивая его по часовой стрелке погасить все сигналы до измеряемого, считать показания БЦО и вернуть регулятор в исходное положение. При этом параметры схемы временной селекции (настройка строба ) не изменяются.

АТТЕНЮАТОР - калиброванный делитель "ОСЛАБЛЕНИЕ", расположен на передней панели дефектоскопа, Ослабление 62 дБ через 2 дБ.