[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2629894C1 - Ultrasound antenna grid - Google Patents

Ultrasound antenna grid Download PDF

Info

Publication number
RU2629894C1
RU2629894C1 RU2016126866A RU2016126866A RU2629894C1 RU 2629894 C1 RU2629894 C1 RU 2629894C1 RU 2016126866 A RU2016126866 A RU 2016126866A RU 2016126866 A RU2016126866 A RU 2016126866A RU 2629894 C1 RU2629894 C1 RU 2629894C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
transducers
pipe
antenna array
Prior art date
Application number
RU2016126866A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Анатольевич Самокрутов
Виктор Гавриилович Шевалдыкин
Сергей Геннадиевич Алёхин
Максим Васильевич Заец
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы"
Priority to RU2016126866A priority Critical patent/RU2629894C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629894C1 publication Critical patent/RU2629894C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: ultrasonic antenna array containing ultrasonic transducers installed in the housing with a dry point contact on the working surface of the grate, an individual clamping mechanism with the possibility of reciprocating movement perpendicular to the working surface of the grate and the control circuit. The transducers are arranged in plan along a zigzag line with contact points at its vertices, the vectors of the vibrational displacements of all ultrasonic transducers are oriented transversely or along the longitudinal axis of the antenna array, permanent magnets placed on the working surface of the array are additionally installed, the control circuit is made in the form of an amplifier and a pulse generator for Each converter, a common control unit, a signal processing device, and a communication unit. The output of each pulse generator is connected to the input of the corresponding converter and the input of the corresponding amplifier whose output is connected to the corresponding information input of the signal processing device, the input of the pulse generator is connected to the corresponding output of the control unit, the synchronizing output of which is connected to the input of the signal processing device connected, as well as And a control unit, with a communication unit whose output is an output of the antenna array associated with the processing and display device and formation.
EFFECT: providing the possibility of creating a device with the ability to control products with both small transverse dimensions and products with a double extension.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области ультразвукового неразрушающего контроля и может быть использовано для дефектоскопии протяженных изделий эхометодом при волноводном распространении ультразвука в них. К таким изделиям относятся, в частности, трубы, прутки, штанги, рельсы, уголки, листовой и тавровый прокат и т.п.The invention relates to the field of ultrasonic non-destructive testing and can be used for defectoscopy of extended products by an echo method with waveguide propagation of ultrasound in them. Such products include, in particular, pipes, rods, rods, rails, corners, sheet and T-bars, etc.

Известна эквидистантная антенная решетка (АР), содержащая установленные в ряд в корпусе пьезопреобразователи, представленная в статье А.К. Гурвич, А.А. Самокрутов, В.Г. Шевалдыкин «Применение ультразвукового дефектоскопа АКР 1224 для контроля рельсов волноводным методом», XVII Российская научно-техническая конференция «Неразрушающий контроль и диагностика», Екатеринбург, 2005 г. (копия приложена).A known equidistant antenna array (AR) containing piezoelectric transducers arranged in a row in a housing is presented in an article by A.K. Gurvich, A.A. Samokrutov, V.G. Shevaldykin “Application of the ultrasonic flaw detector AKP 1224 for monitoring rails using the waveguide method”, XVII Russian Scientific and Technical Conference “Non-Destructive Testing and Diagnostics”, Ekaterinburg, 2005 (copy attached).

Эта линейная АР плохо приспособлена для контроля изделий с неплоскими поверхностями, такими как трубы или прутки, особенно небольших диаметров, поскольку опирается на поверхность по линии расположения ультразвуковых преобразователей, что вызывает неустойчивость ее положения. Кроме того, она содержит только жестко запрограммированный электронный коммутатор и общий приемный тракт с аналоговым выходом, что не позволяет ее использовать для контроля изделий с двоякой протяженностью, например, листы или трубы больших диаметров, когда требуется совместная пространственно-временная обработка сигналов ото всех преобразователей антенной решетки в общем устройстве обработки и отображения информации по алгоритму синтезированной апертуры.This linear AR is poorly adapted to control products with non-planar surfaces, such as pipes or rods, especially of small diameters, because it rests on the surface along the line of ultrasonic transducers, which causes instability of its position. In addition, it contains only a hard-coded electronic switch and a common receiving path with an analog output, which does not allow it to be used to control products with a double length, for example, sheets or pipes of large diameters, when joint spatio-temporal processing of signals from all transducers by an antenna is required lattices in the general device for processing and displaying information according to the synthesized aperture algorithm.

Наиболее близким аналогом изобретения является ультразвуковая антенная решетка в виде двухмерной матрицы, содержащая установленные в корпусе ультразвуковые преобразователи, подключенный к ним коммутатор, импульсный генератор, связанный с ним измерительный блок и блок управления, подключенный к управляющим входам коммутатора и измерительного блока, связанного информационным входом с выходом коммутатора, а выход импульсного генератора подключен к входу возбуждения коммутатора, при этом каждый из ультразвуковых преобразователей выполнен с протектором, обеспечивающим точечный или линейный контакт с контролируемым изделием и с прижимным механизмом с возможностью возвратно-поступательного перемещения ультразвукового преобразователя перпендикулярно рабочей поверхности антенной решетки - RU 2080592 С1, 1997 г. The closest analogue of the invention is an ultrasonic antenna array in the form of a two-dimensional matrix, containing ultrasonic transducers installed in the housing, a switch connected to them, a pulse generator, a measuring unit connected to it and a control unit connected to the control inputs of the switch and the measuring unit connected to the information input with the output of the switch, and the output of the pulse generator is connected to the input of the excitation of the switch, with each of the ultrasonic transducers ying tread providing a point or line contact with the product and with a controlled clamping mechanism with the possibility of reciprocating movement of the ultrasound transducer perpendicularly to the working surface of the array - RU 2080592 C1, 1997 g.

Известная эквидистантная АР обладает всеми недостатками указанного предыдущего аналога.Known equidistant AR has all the disadvantages of the previous analogue.

В соответствии с этими недостатками техническая задача, решаемая изобретением, состоит в создании устройства с возможностью контроля изделий как с малыми поперечными размерами: труб, прутков малого диаметра или таврового профиля, так и изделий с двоякой протяженностью, при этом предлагаемая АР должна использоваться с внешним устройством обработки и отображения информации в виде компьютера или специализированного электронного блока с экраном.In accordance with these shortcomings, the technical problem solved by the invention consists in creating a device with the ability to control products with both small transverse dimensions: pipes, rods of small diameter or T-profile, and products with a double length, while the proposed AR should be used with an external device processing and displaying information in the form of a computer or a specialized electronic unit with a screen.

Эта задача решена в ультразвуковой антенной решетке, содержащей установленные в корпусе ультразвуковые преобразователи с сухим точечным контактом на рабочей поверхности решетки, индивидуальным прижимным механизмом с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно рабочей поверхности решетки и схемой управления, преобразователи расположены в плане вдоль зигзагообразной линии с точками контакта в ее вершинах, векторы колебательных смещений всех ультразвуковых преобразователей ориентированы поперек или вдоль продольной оси антенной решетки, на рабочей поверхности решетки дополнительно размещены постоянные магниты, схема управления выполнена в виде генератора импульсов и усилителя - для каждого преобразователя и общего блока управления, устройства обработки сигналов и блока связи, при этом выход каждого генератора импульсов подключен к входу соответствующего преобразователя и входу соответствующего усилителя, выход которого подключен к соответствующему информационному входу устройства обработки сигналов, вход генератора импульсов соединен с соответствующим выходом блока управления, синхронизирующий выход которого соединен с входом устройства обработки сигналов, связанным, так же как и блок управления, с блоком связи, выход которого является выходом антенной решетки, связанным с устройством обработки и отображения информации.This problem is solved in an ultrasonic antenna array containing ultrasonic transducers installed in the housing with dry point contact on the working surface of the grating, an individual clamping mechanism with the possibility of reciprocating movement perpendicular to the working surface of the grating and a control circuit, the transducers are arranged in plan along a zigzag line with contact points at its vertices, the vectors of vibrational displacements of all ultrasonic transducers are oriented across or along along the single axis of the antenna array, permanent magnets are additionally placed on the working surface of the array, the control circuit is made in the form of a pulse generator and amplifier for each converter and a common control unit, signal processing device and communication unit, while the output of each pulse generator is connected to the input of the corresponding converter and the input of the corresponding amplifier, the output of which is connected to the corresponding information input of the signal processing device, the input of the pulse generator ene to the corresponding output of the control unit, synchronizing the output of which is connected to the input of a signal processing device connected, as well as a control unit, a communication unit, the output of which is the output of the antenna array associated with a processing device and display information.

В частных случаях исполнения устройства расстояния между точками контакта соседних преобразователей могут быть выбраны из условия:In particular cases of the device execution, the distances between the contact points of adjacent transducers can be selected from the condition:

Figure 00000001
Figure 00000001

где d - расстояние между точками контакта;where d is the distance between the contact points;

rа - интервал пространственной корреляции шума материала изделия в направлении вдоль решетки;r a - the spatial correlation interval of the noise of the material of the product in the direction along the lattice;

rc - интервал пространственной корреляции шума материала изделия в направлении поперек решетки.r c is the spatial correlation interval of the noise of the product material in the direction transverse to the lattice.

На фиг. 1 и 2 показана конструкция АР в полуразобранном виде для иллюстрации установки векторов колебательных смещений всех ультразвуковых преобразователей поперек продольной оси АР (фиг. 1) или вдоль продольной оси АР (фиг. 2), на фиг. 3 показано расположение контактных наконечников преобразователей (точечных контактов преобразователей) в плане вдоль зигзагообразной линии на рабочей поверхности АР, на фиг. 4 представлена полная блок-схема управления АР.In FIG. 1 and 2 show the construction of the AP in a partially disassembled form to illustrate the installation of the vectors of vibrational displacements of all ultrasonic transducers across the longitudinal axis of the AP (Fig. 1) or along the longitudinal axis of the AP (Fig. 2), in FIG. 3 shows the arrangement of the contact tips of the transducers (point contacts of the transducers) in plan along the zigzag line on the working surface of the AP, in FIG. 4 presents a complete block diagram of the control AR.

На фиг. 1 и 2 полуразобранная конструкция АР позволяет увидеть ее компоновку, в которой преобразователи 1 с контактными наконечниками 2 (точечные контакты преобразователей) установлены в корпусе 3, где также имеется индивидуальный прижимной механизм 4, выполненный, в частности, в виде пружины с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно рабочей поверхности 5 АР. Схема управления каждого преобразователя 1 в виде усилителя и генератора импульсов размещена на соответствующей электронной плате 6. Внутри преобразователя 1 содержится пьезоэлемент, определенно ориентированный относительно платы 6. Все преобразователи 1 АР с сухим точечным контактом (СТК) одинаковые. Дно корпуса преобразователя 1 выполнено таким образом, что колеблющаяся поверхность пьезоэлемента через материал дна и контактного наконечника 2 механически соединяется с поверхностью ОК в области, много меньшей длины волны УЗ-волн в материале ОК. Все свободные поверхности пьезоэлемента покрыты демпфирующим материалом.In FIG. 1 and 2, the semi-dismantled design of the AR allows you to see its layout, in which the transducers 1 with contact tips 2 (point contacts of the transducers) are installed in the housing 3, where there is also an individual clamping mechanism 4, made, in particular, in the form of a spring with a reciprocating displacement perpendicular to the working surface of 5 AR. The control circuit of each transducer 1 in the form of an amplifier and a pulse generator is located on the corresponding electronic board 6. Inside the transducer 1 contains a piezoelectric element, specifically oriented relative to the board 6. All transducers 1 AR with a dry point contact (CTK) are the same. The bottom of the transducer housing 1 is designed in such a way that the oscillating surface of the piezoelectric element through the material of the bottom and contact tip 2 is mechanically connected to the surface OK in a region much shorter than the wavelength of the ultrasonic waves in the material OK. All free surfaces of the piezoelectric element are covered with damping material.

На рабочей поверхности 5 АР размещены постоянные магниты 7, расположение которых и количество могут быть произвольными в зависимости от места на рабочей поверхности 5 и материала магнита 7, способного обеспечить необходимое усилие удержания АР на трубе соответствующего диаметра.Permanent magnets 7 are placed on the working surface 5 of the AR, the location of which and the number can be arbitrary depending on the location on the working surface 5 and the material of the magnet 7, which can provide the necessary retention force of the AR on the pipe of the corresponding diameter.

Общий блок управления 8, устройство 9 обработки сигналов и блок связи 10, показанные на фиг. 4 в блок-схеме, конструктивно размещены на платах 11 в корпусе 3 АР, показанном в полуразобранной конструкции на фиг. 1 и 2 в виде верхней и нижней частей.The common control unit 8, the signal processing device 9, and the communication unit 10 shown in FIG. 4 in a block diagram, structurally placed on the boards 11 in the housing 3 of the AP, shown in a semi-disassembled design in FIG. 1 and 2 in the form of upper and lower parts.

Различное направление установки электронных плат 6 в преобразователях 1, приведенное на фиг. 1 и 2, показано для иллюстрации ориентации векторов колебательных смещений всех ультразвуковых преобразователей поперек продольной оси АР (фиг. 1) или вдоль продольной оси АР (фиг. 2).The different installation directions of the electronic boards 6 in the converters 1 shown in FIG. 1 and 2 are shown to illustrate the orientation of the vibrational displacement vectors of all ultrasonic transducers across the longitudinal axis AP (FIG. 1) or along the longitudinal axis AP (FIG. 2).

Расположение преобразователей 1 с контактными наконечниками 2 (точечными контактами преобразователей) в плане вдоль зигзагообразной линии на рабочей поверхности 5 АР, показанное на фиг. 3 в соответствии с изобретением, в отличие от обычного эквидистантного расположения вдоль прямой линии имеет два преимущества: эксплуатационное и энергетическое, определяемое отношением сигнал/шум.The arrangement of the transducers 1 with the contact tips 2 (point contacts of the transducers) in plan along the zigzag line on the working surface 5 of the AP, shown in FIG. 3 in accordance with the invention, in contrast to the usual equidistant arrangement along a straight line, has two advantages: operational and energy, determined by the signal-to-noise ratio.

Эксплуатационное преимущество состоит в том, что АР, устанавливаемая вручную на трубу малого диаметра (порядка 25-40 мм), не соскальзывает с трубы, поскольку опирается не на одну линию контактных наконечников (точечных контактов), а на две линии, ориентированные вдоль образующей трубы.The operational advantage is that the AP, installed manually on a pipe of small diameter (about 25-40 mm), does not slide off the pipe, because it does not rely on one line of contact tips (point contacts), but on two lines oriented along the generatrix of the pipe .

Энергетическое преимущество АР с зигзагообразной расстановкой преобразователей перед линейной обусловлено более высоким отношением результирующего (после пространственно-временной обработки) полезного сигнала к шуму металла трубы, которое объясняется следующим образом.The energy advantage of an AR with a zigzag arrangement of converters over a linear one is due to a higher ratio of the resulting (after space-time processing) useful signal to the noise of the pipe metal, which is explained as follows.

Шум металла стенок труб, как показали экспериментальные исследования, является коррелированным с зондирующим сигналом и, самое главное, его реализации, принятые в паре разнесенных точек стенки трубы, коррелированы между собой. Интервал пространственной корреляции этого шума меняется в зависимости от ориентации точек приема при неизменном расстоянии между точками. При расположении точек приема вдоль трубы интервал примерно в 2 раза меньше, чем при расположении точек приема поперек оси трубы. Реальные значения интервалов корреляции шума для труб диаметрами от 30 до 1420 мм приблизительно равны 10-20 мм для точек приема вдоль трубы и 20-35 мм для точек поперек трубы. Причем больший интервал корреляции соответствует большему диаметру трубы.Experimental studies have shown that the noise of the metal of the pipe walls is correlated with the sounding signal and, most importantly, its realizations, adopted in a pair of spaced points on the pipe wall, are correlated with each other. The spatial correlation interval of this noise varies depending on the orientation of the receiving points with a constant distance between the points. With the location of the receiving points along the pipe, the interval is approximately 2 times less than with the location of the receiving points across the axis of the pipe. The actual values of the noise correlation intervals for pipes with diameters from 30 to 1420 mm are approximately 10-20 mm for receiving points along the pipe and 20-35 mm for points across the pipe. Moreover, a larger correlation interval corresponds to a larger pipe diameter.

Общая апертура АР выбирается сообразно требуемой функции направленности решетки. Шаг расстановки преобразователей (d - расстояние между точками контакта) в АР выбирают из компромиссных условий, исходя из интервала пространственной корреляции шума. С одной стороны, при заданной апертуре расстояние между точками контакта (шаг преобразователей) желательно выбирать как можно меньше, чтобы использовать много преобразователей в решетке, поскольку их суммарное действие (после пространственно-временной обработки сигналов) даст наибольший уровень полезного сигнала от дефектов. Однако при малом расстоянии между точками контакта, меньшем интервала пространственной корреляции, шум в реализациях принятых сигналов от соседних преобразователей решетки будет частично коррелированным. И отношение сигнал/шум (в результате пространственно-временной обработки) не будет больше, чем при большем расстоянии от меньшего количества преобразователей в АР. Поэтому расстояние d между точками контакта преобразователей в решетке следует выбирать соизмеримым с интервалом пространственной корреляции шума объекта контроля (ОК).The total aperture of the AR is selected in accordance with the required directional function of the lattice. The step of arranging the converters (d is the distance between the contact points) in the AR is chosen from compromise conditions, based on the interval of spatial noise correlation. On the one hand, for a given aperture, the distance between the contact points (step of the transducers) is desirable to choose as small as possible in order to use many transducers in the array, since their combined effect (after spatio-temporal processing of the signals) will give the highest level of useful signal from defects. However, with a small distance between the contact points shorter than the spatial correlation interval, the noise in the implementations of the received signals from neighboring grating converters will be partially correlated. And the signal-to-noise ratio (as a result of space-time processing) will not be greater than with a larger distance from a smaller number of converters in the AR. Therefore, the distance d between the contact points of the transducers in the lattice should be chosen commensurate with the spatial spatial correlation interval of the noise of the control object (OK).

Наилучшие значения расстояний d между точками контакта (контактными наконечниками 2) преобразователей 1 находятся в пределах от значения, равного интервалу корреляции, до значения, на 40% большего этого интервала, в соответствии с формулой:The best values of the distances d between the contact points (contact tips 2) of the transducers 1 are in the range from a value equal to the correlation interval to a value 40% greater than this interval, in accordance with the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где d - расстояние между точками контакта;where d is the distance between the contact points;

rа - интервал пространственной корреляции шума материала изделия в направлении вдоль решетки;r a - the spatial correlation interval of the noise of the material of the product in the direction along the lattice;

rс - интервал пространственной корреляции шума материала изделия в направлении поперек решетки.r with - the interval of spatial correlation of the noise of the material of the product in the direction across the lattice.

При расположении преобразователей 1 в АР в два ряда со сдвигом одного ряда относительно другого на половину расстояния преобразователей в ряду позволяет, не нарушая условия оптимальности выбора расстояния между точками контакта, расположить ряды преобразователей 1 максимально близко друг к другу, т.к. расстояние d между точками контакта преобразователей в данном случае равно гипотенузе треугольника, катеты которого - это расстояние между рядами и половина расстояния между преобразователями в ряду.When the converters 1 in the AR are arranged in two rows with a shift of one row relative to the other half the distance of the converters in a row, it allows, without violating the conditions for optimizing the choice of distance between the contact points, to arrange the rows of converters 1 as close to each other as possible. the distance d between the contact points of the converters in this case is equal to the hypotenuse of the triangle, whose legs are the distance between the rows and half the distance between the converters in the row.

Блок схема на фиг. 4 содержит генератор импульсов 12 и усилитель 13 - для каждого преобразователя 1, общий блок управления 8, устройство 9 обработки сигналов и блок связи 10 для связи с устройством 14 обработки и отображения информации.The block diagram of FIG. 4 contains a pulse generator 12 and an amplifier 13 for each converter 1, a common control unit 8, a signal processing device 9 and a communication unit 10 for communication with the information processing and display device 14.

Выход каждого генератора импульсов 12 подключен к входу соответствующего преобразователя 1 и входу соответствующего усилителя 13, выход которого подключен к соответствующему информационному входу устройства 9 обработки сигналов. Вход генератора импульсов 12 соединен с соответствующим выходом блока управления 8, синхронизирующий выход которого соединен со входом устройства 9 обработки сигналов. Выход устройства 9 соединен, так же как и блок управления 8, с блоком связи 10, выход которого является выходом антенной решетки, связанным с устройством 14 обработки и отображения информации.The output of each pulse generator 12 is connected to the input of the corresponding converter 1 and the input of the corresponding amplifier 13, the output of which is connected to the corresponding information input of the signal processing device 9. The input of the pulse generator 12 is connected to the corresponding output of the control unit 8, the synchronizing output of which is connected to the input of the signal processing device 9. The output of the device 9 is connected, like the control unit 8, with a communication unit 10, the output of which is the output of the antenna array associated with the information processing and display device 14.

Генератор импульсов 12 может представлять собой транзисторный ключ или двухтактный ключ, обеспечивающий генерацию импульса в виде короткого меандра.The pulse generator 12 may be a transistor switch or a push-pull switch, providing pulse generation in the form of a short meander.

В качестве усилителей 13 обычно используются операционные усилители в микроисполнении. Усилители 13 в АР малошумящие с коэффициентом усиления порядка 20 дБ.As amplifiers 13, operational amplifiers in micro performance are typically used. Amplifiers 13 in the AR are low-noise with a gain of about 20 dB.

Блок управления 8 служит для выработки запускающих импульсов для генераторов импульсов 12, импульсов синхронизации для устройства 9 обработки сигналов и для блока связи 10. Сам блок управления 8 начинает работать по инициализирующему сигналу от устройства 14 обработки и отображения информации, поступающему через блок связи 10. И далее уже блок управления 8 синхронизирует всю работу АР совместно с устройством 14 обработки и отображения информации.The control unit 8 is used to generate triggering pulses for pulse generators 12, synchronization pulses for the signal processing device 9 and for the communication unit 10. The control unit 8 itself begins to work on the initialization signal from the information processing and display device 14 received through the communication unit 10. And further, the control unit 8 synchronizes the entire operation of the AP together with the information processing and display device 14.

Блок управления 8 представляет собой микропроцессор, например, выполненный на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) XC6SLX25-2FGG484I, с установленной в нем программой работы АР.The control unit 8 is a microprocessor, for example, executed on a programmable logic integrated circuit (FPGA) XC6SLX25-2FGG484I, with the work program AP installed in it.

Устройство 9 обработки сигналов производит основное усиление сигналов от каждого предварительного усилителя 13 АР независимо от других сигналов, и преобразование сигналов в цифровую форму. Т.е. в устройстве обработки сигналов находятся независимые каналы усиления и аналого-цифрового преобразования (АЦП). Их количество равно количеству преобразователей в АР. Кроме того, в устройстве 9 есть память, в которую записываются принятые и усиленные сигналы от преобразователей 1.The signal processing device 9 produces the main signal amplification from each pre-amplifier 13 AP independently of other signals, and converts the signals into digital form. Those. The signal processing device contains independent amplification and analog-to-digital conversion (ADC) channels. Their number is equal to the number of converters in the AR. In addition, the device 9 has a memory in which the received and amplified signals from the converters 1 are recorded.

Устройство 9 построено на стандартных операционных усилителях, микросхемах АЦП и памяти.Device 9 is built on standard operational amplifiers, ADC chips and memory.

Блок связи 10 предназначен для передачи синхросигналов между АР и устройством 14 обработки и отображения информации и для передачи сигналов, записанных в памяти устройства 9 обработки сигналов АР в устройство 14 обработки и отображения информации.The communication unit 10 is designed to transmit clock signals between the AP and the information processing and display device 14 and to transmit signals recorded in the memory of the AP signal processing device 9 to the information processing and display device 14.

Блок связи 10 представляет собой микроконтроллер, обслуживающий цифровые шины передачи данных. Он может быть выполнен, например, на ПЛИС XC7Z010-1CLG225I, которая содержит два ядра микроконтроллеров и интерфейс Ethernet.The communication unit 10 is a microcontroller serving digital data buses. It can be performed, for example, on the FPGA XC7Z010-1CLG225I, which contains two core microcontrollers and an Ethernet interface.

Устройство 14 обработки и отображения информации выполняет функции пространственно-временной обработки сигналов, отображения результатов контроля ОК на дисплее и общего управления АР. Устройство содержит вычислительное устройство на основе процессора, оперативную память, память изображения, дисплей и устройство интерфейса с оператором. В качестве устройства обработки и отображения информации может использоваться персональный компьютер.The device 14 for processing and displaying information performs the functions of spatio-temporal signal processing, displaying the results of the OK control on the display, and general AR control. The device comprises a processor-based computing device, RAM, image memory, a display, and an operator interface device. As a device for processing and displaying information, a personal computer can be used.

Заявляемая антенная решетка (АР) может работать в двух режимах: в режиме обнаружения дефектов в стенках труб диаметрами от 20-25 до приблизительно 250-300 мм при излучении ультразвуковых (УЗ) сигналов вдоль трубы и в режиме обнаружения дефектов в стенках труб больших диаметров (более 250 мм) при излучении УЗ-сигналов в направлении окружности трубы.The inventive antenna array (AR) can operate in two modes: in the detection of defects in the walls of pipes with diameters of 20-25 to approximately 250-300 mm when emitting ultrasonic (ultrasound) signals along the pipe and in the detection of defects in the walls of pipes of large diameters ( more than 250 mm) when ultrasound signals are emitted in the direction of the pipe circumference.

В обоих режимах используется эхоимпульсный метод контроля при волноводном распространении УЗ-волн в стенках трубы.In both modes, an echo-pulse control method is used for the waveguide propagation of ultrasonic waves in the pipe walls.

В первом режиме распространение УЗ-волн происходит вдоль трубы. Вся труба является одномерным волноводом, т.к. отсутствует селекция положения отражателей по окружности трубы. Единственным пространственным параметром обнаруженной несплошности в трубе является дальность от АР.In the first mode, the propagation of ultrasonic waves occurs along the pipe. The entire tube is a one-dimensional waveguide, because no selection of the position of the reflectors around the circumference of the pipe. The only spatial parameter of the detected discontinuity in the pipe is the distance from the AR.

Во втором режиме распространение УЗ-волн происходит по окружности трубы в обе стороны от АР. В этом случае стенка трубы является двумерным волноводом. Пространственных параметров у обнаруженной несплошности в этом режиме два - это координаты по осям вдоль трубы и по окружности.In the second mode, the propagation of ultrasonic waves occurs around the circumference of the pipe on both sides of the AR. In this case, the pipe wall is a two-dimensional waveguide. There are two spatial parameters of the discovered discontinuity in this mode - these are the coordinates along the axes along the pipe and around the circumference.

В этих режимах результат контроля - А-развертка в первом режиме и дефектограмма (в виде топограммы отражателей) во втором режиме - получается вследствие пространственно-временной обработки массива принятых реализаций сигналов из стенок трубы. Но алгоритмы обработки в устройстве 12 обработки и отображения информации разные.In these modes, the control result — the A-scan in the first mode and the defectogram (in the form of a reflector topogram) in the second mode — is obtained due to the spatio-temporal processing of the array of received signal implementations from the pipe walls. But the processing algorithms in the device 12 for processing and displaying information are different.

Рассмотрим работу устройства 14 обработки и отображения информации в режиме излучения и приема УЗ-сигналов вдоль трубы.Consider the operation of the device 14 for processing and displaying information in the mode of radiation and reception of ultrasonic signals along the pipe.

Для работы АР в этом режиме все ее преобразователи 1 устанавливаются так, чтобы их векторы колебательных смещений были ориентированы поперек продольной оси АР (фиг. 1).For the operation of the AR in this mode, all its transducers 1 are installed so that their vibrational displacement vectors are oriented across the longitudinal axis of the AR (Fig. 1).

Оператор в месте контроля вручную устанавливает АР на поверхность трубы длинной стороной вдоль оси трубы. Магниты 7 прочно удерживают решетку на трубе.The operator manually installs the AP on the pipe surface with the long side along the pipe axis at the inspection site. Magnets 7 hold the grate firmly on the pipe.

По нажатию оператором кнопки на устройстве 14 обработки и отображения информации сигнал управления через блок связи 10 приходит на блок управления 8, с выходов которого подаются сигналы управления на входы генераторов импульсов 12 каждого преобразователя 1. При поступлении на вход генератора импульсов 12 пускового импульса с его выхода на преобразователь 1 подается короткий видеоимпульс, например, прямоугольной или треугольной формы или радиоимпульс, содержащий 2-4 полупериода колебаний, но, как правило, не более 10 полупериодов. Вид сигнала генератора выбирается в зависимости от состояния ОК, т.е. от степени затухания УЗ-волн в его материале, а также от того, на какой дальности от АР требуется обнаруживать дефекты в ОК.When the operator presses a button on the information processing and display device 14, the control signal through the communication unit 10 arrives at the control unit 8, from the outputs of which control signals are sent to the inputs of the pulse generators 12 of each converter 1. When the pulse generator 12 receives a start pulse from its output a short video pulse, for example, of a rectangular or triangular shape or a radio pulse containing 2-4 half-periods of oscillations, but, as a rule, no more than 10 half-periods, is fed to converter 1. The type of the generator signal is selected depending on the state of the OK, i.e. on the degree of attenuation of the ultrasonic waves in its material, and also on how far from the AR it is required to detect defects in the OC.

С выхода преобразователя 1 начинается зондирование трубы ультразвуковыми импульсами по следующей схеме: первый преобразователь (со стороны одного из концов корпуса 3 решетки) излучает УЗ-импульс в стенку трубы, непосредственно после этого он же и остальные преобразователи 1 одновременно принимают сигналы с поверхности трубы. После требуемого интервала приема сигналов из трубы и некоторой паузы, нужной для затухания каких-либо колебаний стенок трубы, второй преобразователь излучает УЗ-импульс, и он же, а также все последующие преобразователи 1 принимают сигналы с поверхности трубы. И так далее происходит зондирование и прием сигналов. В конце этого цикла излучения и приема сигналов последний преобразователь излучает зондирующий сигнал и принимает сигналы с поверхности трубы.From the output of the transducer 1, the sounding of the pipe by ultrasonic pulses begins according to the following scheme: the first transducer (from the side of one of the ends of the casing 3 of the grating) emits an ultrasound pulse to the pipe wall, immediately after that it and the other transducers 1 simultaneously receive signals from the pipe surface. After the required interval for receiving signals from the pipe and a pause necessary for attenuation of any vibrations of the pipe walls, the second transducer emits an ultrasonic pulse, and he, as well as all subsequent converters 1, receive signals from the pipe surface. And so on, sensing and receiving signals occur. At the end of this cycle of emission and reception of signals, the last transducer emits a probing signal and receives signals from the pipe surface.

Все принимаемые сигналы оцифровываются и записываются в память антенной решетки в устройстве 9 обработки сигналов, а затем, через блок связи 10, передаются в устройство 14 обработки и отображения информации.All received signals are digitized and recorded in the memory of the antenna array in the signal processing device 9, and then, through the communication unit 10, are transmitted to the information processing and display device 14.

В устройстве 14 обработки и отображения информации (компьютере) производится обработка массива этих сигналов с целью получения временной последовательности эхоимпульсов, отраженных от различных неоднородностей стенок трубы (коррозии, трещин, сварных швов, приваренных патрубков, крепежных деталей и т.п.), располагающихся со стороны одного из торцов АР. Для этого все принятые сигналы суммируются с индивидуальными временными сдвигами относительно сигнала, принятого первым преобразователем после излучения им зондирующего импульса. Временные сдвиги заранее рассчитываются, исходя из известной скорости распространения ультразвука вдоль трубы.In the device 14 for processing and displaying information (computer), an array of these signals is processed to obtain a time sequence of echo pulses reflected from various inhomogeneities of the pipe walls (corrosion, cracks, welds, welded pipes, fasteners, etc.) located side of one of the ends of the AR. For this, all received signals are summed with individual time shifts relative to the signal received by the first converter after the probe pulse is emitted by it. Temporary shifts are calculated in advance based on the known ultrasonic propagation velocity along the pipe.

Принятые сигналы перед суммированием сдвигаются во времени так, чтобы эхосигнал от некоторого отражателя в стенке трубы, находящегося на некотором расстоянии от первого преобразователя антенной решетки, во всех принятых сигналах оказался бы в один и тот же момент времени. Тогда и все другие эхосигналы от других отражателей также окажутся совпадающими во времени. После суммирования всех сдвинутых во времени сигналов суммарная реализация детектируется и на экране отображается А-развертка эхоимпульсов от отражателей в трубе. Горизонтальная ось этой развертки проградуирована в единицах расстояния от первого преобразователя АР до какого-либо отражателя в трубе.Before the summation, the received signals are shifted in time so that the echo signal from a certain reflector in the pipe wall located at a certain distance from the first transducer of the antenna array, in all received signals would be at the same time. Then all other echo signals from other reflectors will also be coincident in time. After summing all the time-shifted signals, the total implementation is detected and the A-scan of the echo pulses from the reflectors in the tube is displayed on the screen. The horizontal axis of this sweep is calibrated in units of distance from the first transducer AR to any reflector in the pipe.

Таким образом, оператор получает на экране последовательность эхоимпульсов, по которым можно судить о дальности до потенциального дефекта. По амплитуде эхоимпульса можно оценить его размер.Thus, the operator receives on the screen a sequence of echo pulses by which one can judge the range to a potential defect. The amplitude of the echo pulse can be used to estimate its size.

При необходимости провести контроль в другом месте трубы оператор переставляет АР в это место и снова нажимает в устройстве 14 обработки и отображения информации кнопку, по сигналу от которой снова происходит весь изложенный выше процесс.If it is necessary to carry out control in another place of the pipe, the operator rearranges the AR in this place and again presses the button in the information processing and display device 14, upon the signal from which the whole process described above again occurs.

Детали изложенного процесса состоят в следующем.The details of the process are as follows.

АР от блока управления 8 производит поочередное зондирование ОК с приемом УЗ-сигналов из ОК и пересылает через блок связи 10 принятые и оцифрованные реализации (смесь шума и полезных эхосигналов) в устройство 14 обработки и отображения информации. Общее количество реализаций N равно:The AR from the control unit 8 performs the alternate sounding of OK with the reception of ultrasonic signals from the OK and sends through the communication unit 10 the received and digitized implementations (a mixture of noise and useful echo signals) to the information processing and display device 14. The total number of implementations N is equal to:

Figure 00000003
Figure 00000003

где n - количество преобразователей в антенной решетке.where n is the number of converters in the antenna array.

В устройстве 14 обработки и отображения информации все реализации записываются в память и происходит их дальнейшая пространственно-временная обработка, результатом которой является А-развертка эхосигналов на экране.In the device 14 for processing and displaying information, all implementations are recorded in memory and their further spatio-temporal processing occurs, the result of which is the A-scan of the echo signals on the screen.

Сущность пространственно-временной обработки состоит в создании функции направленности АР вдоль трубы. Поскольку преобразователи практически не обладают направленностью, точнее - их функции направленности имеют два широких лепестка, обращенных максимумами вдоль трубы в одну и другую стороны (функция направленности имеет вид восьмерки), то в результате обработки реализаций принятых сигналов создается односторонняя направленность АР вдоль трубы.The essence of spatio-temporal processing is to create a directivity function of the AR along the pipe. Since the transducers practically do not have directivity, more precisely, their directivity functions have two wide lobes facing the maxima along the pipe in one or the other direction (the directivity function has the form of a figure eight), as a result of processing the implementations of the received signals, a one-sided directivity of the AR along the pipe is created.

Для этого предварительно вычисляется время распространения УЗ-сигнала вдоль трубы на расстояние р, которое можно назвать шагом расположения преобразователей 1 вдоль трубы, а время можно назвать шаговой задержкой. Это расстояние равно половине расстояния между ближайшими преобразователями 1 в любом ряду. Шаговая задержка tр при известной скорости с распространения УЗ-сигналов вдоль трубы равна:For this, the propagation time of the ultrasonic signal along the pipe by a distance p, which can be called the step of the location of the transducers 1 along the pipe, is preliminarily calculated, and the time can be called the step delay. This distance is equal to half the distance between the closest converters 1 in any row. The step delay t p at a known speed with the propagation of ultrasonic signals along the pipe is equal to:

Figure 00000004
Figure 00000004

Далее почти все N реализаций сигналов (кроме одной, - от совмещенной работы первого преобразователя АР) перезаписываются в память устройства 9 обработки сигналов с различными временными сдвигами, кратными шаговой задержке. В частности, реализация преобразователей: первый - второй (первый излучатель - второй приемник) сдвигается на одну шаговую задержку. Реализация: первый - третий - на две шаговые задержки и т.д. Реализация, например, третий - шестой - на семь шаговых задержек. Сдвиг происходит в сторону уменьшения времени задержки каждого мгновенного значения реализации. Поскольку реализации представлены в цифровом виде, то для сдвига из их начала «вырезается» нужное количество отсчетов сигнала.Then, almost all N signal implementations (except one, from the combined operation of the first AR converter) are overwritten into the memory of the signal processing device 9 with various time shifts that are multiples of the step delay. In particular, the implementation of converters: the first - second (first emitter - second receiver) is shifted by one step delay. Implementation: first - third - by two step delays, etc. Implementation, for example, the third - sixth - by seven step delays. The shift occurs in the direction of decreasing the delay time of each instantaneous implementation value. Since the implementations are presented in digital form, the necessary number of signal samples is “cut out” from the beginning to shift them.

Затем все реализации почленно суммируются и результирующая последовательность отсчетов суммарной реализации записывается в память.Then all implementations are summed up term by term and the resulting sequence of samples of the total implementation is written into memory.

Далее, в простейшем варианте, берется модуль каждого отсчета суммарной реализации и эта последовательность модулей отображается на экране в виде А-развертки. Вместо операции вычисления модуля лучший результат получается при вычислении огибающей суммарной реализации.Further, in the simplest version, the module of each sample of the total implementation is taken and this sequence of modules is displayed on the screen in the form of an A-scan. Instead of calculating the module, the best result is obtained by calculating the envelope of the total implementation.

Рассмотрим работу устройства 14 обработки и отображения информации в режиме излучения и приема УЗ-сигналов поперек трубы.Consider the operation of the device 14 for processing and displaying information in the mode of emission and reception of ultrasonic signals across the pipe.

Для работы АР в этом режиме все ее преобразователи 1 устанавливаются так, чтобы их векторы колебательных смещений были ориентированы вдоль продольной оси АР (фиг. 2).For the operation of the AR in this mode, all its converters 1 are installed so that their vibrational displacement vectors are oriented along the longitudinal axis of the AR (Fig. 2).

Работа АР по излучению и приему реализаций сигналов из стенок трубы не отличается от изложенной выше для первого режима работы. Отличие только в направлении распространения зондирующих сигналов и принимаемых эхосигналов.The work of the AR on the emission and reception of implementations of signals from the walls of the pipe does not differ from that described above for the first mode of operation. The only difference is in the direction of propagation of the probing signals and the received echo signals.

Все принимаемые сигналы оцифровываются и записываются в память устройства 9 обработки сигналов, а затем передаются в устройство 14 обработки и отображения информации. В устройстве 14 (компьютере) производится обработка массива этих сигналов с целью получения карты расположения в стенках трубы различных неоднородностей стенок, отражающих ультразвуковые сигналы. Карта (дефектограмма) представляет собой изображение развертки стенок трубы в двумерное полотно, на котором по обе стороны от зоны расположения АР в яркостной форме (или цветом) отображены образы неоднородностей. По этой дефектограмме можно определить координаты расположения неоднородностей, т.е. их положение вдоль трубы и положение на ее окружности.All received signals are digitized and recorded in the memory of the signal processing device 9, and then transmitted to the information processing and display device 14. In the device 14 (computer), an array of these signals is processed in order to obtain a map of the location in the pipe walls of various heterogeneities of the walls that reflect ultrasonic signals. A map (defectogram) is an image of a scan of the pipe walls in a two-dimensional canvas, on which images of inhomogeneities are displayed in brightness form (or color) on both sides of the AR location zone. Using this defectogram, one can determine the coordinates of the location of inhomogeneities, i.e. their position along the pipe and the position on its circumference.

Преобразователи в АР обладают очень широкой диаграммой направленности в виде восьмерки. Поэтому они излучают и способны принимать эхосигналы в направлении окружности трубы в широком диапазоне углов относительно направления поперек трубы. Этот диапазон углов приблизительно составляет ±70-80 градусов.Converters in the AR have a very wide radiation pattern in the form of a figure eight. Therefore, they emit and are able to receive echo signals in the direction of the circumference of the pipe in a wide range of angles relative to the direction transverse to the pipe. This range of angles is approximately ± 70-80 degrees.

Каждый записанный в памяти устройства 9 АР сигнал от каждой пары преобразователей, проработавших как излучатель и приемник, представляет собой длинную последовательность колебаний, содержащую в себе шумы металла и отраженные импульсы от различных неоднородностей стенок трубы. Эти импульсы имеют длительность, примерно равную длительности зондирующего импульса, т.е. всего два -три периода (типично) колебаний. Длительность же всего записанного сигнала определяется максимальной дальностью отражателя, который требуется отобразить на дефектограмме. Эта дальность определяется диаметром контролируемой трубы, поэтому длительность во много раз больше длительности зондирующего импульса, т.е. в 100-300 раз.Each signal recorded in the memory of the 9 AR device from each pair of transducers that worked as an emitter and a receiver is a long oscillation sequence containing metal noises and reflected pulses from various inhomogeneities of the pipe walls. These pulses have a duration approximately equal to the duration of the probe pulse, i.e. just two to three periods (typically) of fluctuations. The duration of the entire recorded signal is determined by the maximum range of the reflector, which you want to display on the defectogram. This range is determined by the diameter of the controlled pipe, therefore, the duration is many times longer than the duration of the probe pulse, i.e. 100-300 times.

Каждый импульс от неоднородности стенки трубы имеет определенное время задержки относительно момента посылки зондирующего сигнала. Это время равно частному от деления расстояния, пройденного ультразвуковой волной от излучателя к неоднородности и затем к приемнику, на скорость распространения волны. Поэтому время задержки сигнала от любой возможной неоднородности для любой пары элементов АР известно (рассчитано заранее по заданным координатам ожидаемой неоднородности и известной скорости ультразвука).Each pulse from the inhomogeneity of the pipe wall has a certain delay time relative to the moment of sending the probe signal. This time is equal to the quotient of dividing the distance traveled by the ultrasonic wave from the emitter to the inhomogeneity and then to the receiver, by the wave propagation speed. Therefore, the delay time of the signal from any possible heterogeneity for any pair of AR elements is known (calculated in advance from the given coordinates of the expected heterogeneity and the known ultrasound speed).

Алгоритм обработки сигналов для реконструкции дефектограммы состоит в следующем.The signal processing algorithm for reconstruction of a defectogram is as follows.

Дефектограмма реконструируется поточечно. Для каждой точки изображения в соответствующую ячейку памяти изображения суммируются с записью отрезки всех сигналов (ото всех пар преобразователей) длительностью, равной длительности зондирующего импульса с временами задержки, равными рассчитанным временам для соответствующей точки стенки трубы. Результирующая сумма этих отрезков детектируется (находится огибающая этого суммарного отрезка сигнала) и максимум огибающей в виде яркости или цвета отображается на экране в точке, соответствующей по координатам визуализируемой точке стенки трубы.The defectogram is reconstructed pointwise. For each image point in the corresponding memory cell, the images are summed up with recording the segments of all signals (from all pairs of converters) of a duration equal to the duration of the probe pulse with delay times equal to the calculated times for the corresponding point of the pipe wall. The resulting sum of these segments is detected (the envelope of this total signal segment is found) and the maximum of the envelope in the form of brightness or color is displayed on the screen at a point corresponding to the coordinates of the visualized point of the pipe wall.

Если в стенке трубы в некоторой точке трубы нет неоднородностей, то на экране в соответствующей точке изображения отобразится только некоторый уровень шума, накопленный из данной точки стенки. Если неоднородность есть, то сумма эхосигналов от нее будет намного больше шума, так как в ячейке памяти когерентно накопится много эхосигналов от этой неоднородности.If there are no inhomogeneities in the pipe wall at a certain point of the pipe, then only a certain noise level accumulated from a given point of the wall will be displayed on the screen at the corresponding image point. If there is a heterogeneity, then the sum of the echo signals from it will be much more noise, since a lot of echo signals from this heterogeneity coherently accumulate in the memory cell.

Алгоритм пространственно-временной обработки принятых реализаций в данном случае следующий.The spatial-temporal processing algorithm for the adopted implementations in this case is as follows.

Пусть ось X системы координат направлена вдоль оси трубы, а ось Y - в перпендикулярном направлении. В данном плоском случае толщиной стенки трубы можно пренебречь, т.к. толщина много меньше длины УЗ-волны, распространяющейся в стенках трубы. Любая неоднородность металла, независимо от того, поверхностная она или внутренняя, одинаково воздействует на УЗ-сигнал, отражая его обратно к АР. Поскольку диаметр трубы, как правило, много больше УЗ-волны, то стенку трубы можно рассматривать как плоскость.Let the X axis of the coordinate system be directed along the axis of the pipe, and the Y axis in the perpendicular direction. In this flat case, the pipe wall thickness can be neglected, because the thickness is much less than the length of the ultrasonic wave propagating in the walls of the pipe. Any heterogeneity of the metal, regardless of whether it is surface or internal, equally affects the ultrasound signal, reflecting it back to the AR. Since the pipe diameter, as a rule, is much larger than the ultrasonic wave, the pipe wall can be considered as a plane.

Каждая точка реконструируемого изображения отображает величину, пропорциональную отражательной способности соответствующей ей точки стенки трубы. Для этого в ячейке памяти устройства 14 обработки и отображения информации когерентно суммируются все эхосигналы, пришедшие к АР из этой точки трубы. Так, например, суммарный эхосигнал S(x,y) от точки А(х,у) стенки трубы с координатами х,у в общем виде представляет собой сумму:Each point of the reconstructed image displays a value proportional to the reflectivity of the corresponding point on the pipe wall. For this, in the memory cell of the device 14 for processing and displaying information, all echo signals arriving at the AR from this point in the pipe are coherently summed. So, for example, the total echo signal S (x, y) from the point A (x, y) of the pipe wall with coordinates x, y in the general form is the sum of:

Figure 00000005
Figure 00000005

где Us,r - эхосигнал, пришедший из точки А(х,у), выбранный из принятой реализации сигналов от излучающего преобразователя с номером s и приемного преобразователя с номером r в интервале времени (ts,r,ts,r+τ);where U s, r is the echo signal coming from point A (x, y), selected from the received signal implementation from the emitting transducer with number s and the receiving transducer with number r in the time interval (t s, r , t s, r + τ );

ts,r - время распространения УЗ-колебаний по пути от излучающего преобразователя с номером s до точки А(х,у) и обратно к приемному преобразователю с номером r;t s, r is the propagation time of ultrasonic vibrations along the path from the radiating transducer with number s to the point A (x, y) and back to the receiving transducer with number r;

τ - длительность выборки (отрезка) реализации, приблизительно равная длительности зондирующего сигнала;τ is the duration of the sample (segment) of the implementation, approximately equal to the duration of the probe signal;

Ds, Dr - значения функций направленности преобразователей в направлении от излучающего преобразователя с номером s на точку А(х,у) и в направлении от приемного преобразователя с номером r на эту точку соответственно;D s , D r are the directivity functions of the transducers in the direction from the radiating transducer with number s to the point A (x, y) and in the direction from the receiving transducer with number r to this point, respectively;

n - количество преобразователей в АР.n is the number of converters in the AR.

Время ts,r выражается следующим образом:The time t s, r is expressed as follows:

Figure 00000006
Figure 00000006

где xs, ys и хr, уr - координаты излучающего преобразователя с номером s и приемного преобразователя с номером r соответственно;where x s , y s and x r , y r are the coordinates of the emitting transducer with number s and the receiving transducer with number r, respectively;

с - скорость распространения УЗ-волн в стенках трубы.C is the speed of propagation of ultrasonic waves in the walls of the pipe.

В представленном устройстве в соответствии с описанием показано осуществление возможности контроля изделий с малыми поперечными размерами: труб, прутков малого диаметра или таврового профиля. При этом АР используется с внешним устройством обработки и отображения информации в виде компьютера или специализированного электронного блока с экраном.In the presented device in accordance with the description shows the implementation of the ability to control products with small transverse dimensions: pipes, rods of small diameter or T-profile. In this case, the AR is used with an external device for processing and displaying information in the form of a computer or a specialized electronic unit with a screen.

Claims (6)

1. Ультразвуковая антенная решетка, содержащая установленные в корпусе ультразвуковые преобразователи с сухим точечным контактом на рабочей поверхности решетки, индивидуальным прижимным механизмом с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно рабочей поверхности решетки и схемой управления, отличающаяся тем, что преобразователи расположены в плане вдоль зигзагообразной линии с точками контакта в ее вершинах, векторы колебательных смещений всех ультразвуковых преобразователей ориентированы поперек или вдоль продольной оси антенной решетки, дополнительно установлены постоянные магниты, размещенные на рабочей поверхности решетки, схема управления выполнена в виде усилителя и генератора импульсов - для каждого преобразователя, общего блока управления, устройства обработки сигналов и блока связи, при этом выход каждого генератора импульсов подключен к входу соответствующего преобразователя и входу соответствующего усилителя, выход которого подключен к соответствующему информационному входу устройства обработки сигналов, вход генератора импульсов соединен с соответствующим выходом блока управления, синхронизирующий выход которого соединен с входом устройства обработки сигналов, связанным, так же как и блок управления, с блоком связи, выход которого является выходом антенной решетки, связанным с устройством обработки и отображения информации.1. Ultrasonic antenna array containing ultrasonic transducers installed in the housing with dry point contact on the working surface of the grating, an individual clamping mechanism with the possibility of reciprocating movement perpendicular to the working surface of the grating and a control circuit, characterized in that the transducers are arranged in plan along a zigzag line with points of contact at its vertices, the vectors of vibrational displacements of all ultrasonic transducers are oriented across or l the longitudinal axis of the antenna array, additionally installed permanent magnets located on the working surface of the array, the control circuit is made in the form of an amplifier and a pulse generator for each converter, a common control unit, a signal processing device and a communication unit, while the output of each pulse generator is connected to the input of the corresponding converter and the input of the corresponding amplifier, the output of which is connected to the corresponding information input of the signal processing device, the input is a generator and the pulse is connected to the corresponding output of the control unit, the synchronizing output of which is connected to the input of the signal processing device, connected, like the control unit, to the communication unit, the output of which is the output of the antenna array connected to the information processing and display device. 2. Ультразвуковая антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что расстояния между точками контакта соседних преобразователей выбраны из условия:2. The ultrasonic antenna array according to claim 1, characterized in that the distances between the contact points of adjacent transducers are selected from the condition:
Figure 00000007
Figure 00000007
где d - расстояние между точками контакта;where d is the distance between the contact points; rа - интервал пространственной корреляции шума материала изделия в направлении вдоль решетки;r a - the spatial correlation interval of the noise of the material of the product in the direction along the lattice; rс - интервал пространственной корреляции шума материала изделия в направлении поперек решетки.r with - the interval of spatial correlation of the noise of the material of the product in the direction across the lattice.
RU2016126866A 2016-07-05 2016-07-05 Ultrasound antenna grid RU2629894C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126866A RU2629894C1 (en) 2016-07-05 2016-07-05 Ultrasound antenna grid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126866A RU2629894C1 (en) 2016-07-05 2016-07-05 Ultrasound antenna grid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629894C1 true RU2629894C1 (en) 2017-09-04

Family

ID=59797759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016126866A RU2629894C1 (en) 2016-07-05 2016-07-05 Ultrasound antenna grid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629894C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801916C1 (en) * 2019-07-31 2023-08-18 Институт Др. Фёрстер Гмбх Унд Ко. Кг Flaw finder system and flaw detector

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2080592C1 (en) * 1994-02-21 1997-05-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Фирма АКС" Ultrasonic array in form of two-dimensional matrix
US20030136195A1 (en) * 2002-01-22 2003-07-24 Pii Pipetronix Gmbh, Method and device for indspecting pipelines
US20040016299A1 (en) * 2002-07-25 2004-01-29 David Glascock Phased array ultrasonic NDT system for tubes and pipes
RU2335038C1 (en) * 2007-04-26 2008-09-27 Закрытое акционерное общество научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "СПЕКТР" (ЗАО НИИИН МНПО "СПЕКТР") Ultrasonic antenna array
RU137900U1 (en) * 2013-11-19 2014-02-27 Закрытое акционерное общество "Ультракрафт" ULTRASONIC ANTENNA ARRAY
RU2525718C2 (en) * 2009-03-18 2014-08-20 Бп Корпорейшн Норт Америка Инк. Permanently installed linear grid of ultrasonic sensors with dry contacts

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2080592C1 (en) * 1994-02-21 1997-05-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Фирма АКС" Ultrasonic array in form of two-dimensional matrix
US20030136195A1 (en) * 2002-01-22 2003-07-24 Pii Pipetronix Gmbh, Method and device for indspecting pipelines
US20040016299A1 (en) * 2002-07-25 2004-01-29 David Glascock Phased array ultrasonic NDT system for tubes and pipes
RU2335038C1 (en) * 2007-04-26 2008-09-27 Закрытое акционерное общество научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "СПЕКТР" (ЗАО НИИИН МНПО "СПЕКТР") Ultrasonic antenna array
RU2525718C2 (en) * 2009-03-18 2014-08-20 Бп Корпорейшн Норт Америка Инк. Permanently installed linear grid of ultrasonic sensors with dry contacts
RU137900U1 (en) * 2013-11-19 2014-02-27 Закрытое акционерное общество "Ультракрафт" ULTRASONIC ANTENNA ARRAY

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801916C1 (en) * 2019-07-31 2023-08-18 Институт Др. Фёрстер Гмбх Унд Ко. Кг Flaw finder system and flaw detector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5721770B2 (en) Ultrasonic flaw detection method and apparatus
US8033172B2 (en) Hand-held flaw detector imaging apparatus
US20200200715A1 (en) Synthetic data collection method for full matrix capture using an ultrasound array
RU2458342C1 (en) Method for ultrasonic tomography and apparatus for realising said method
RU2702804C1 (en) Ultrasonic flaw detection device and ultrasonic flaw detection method
CN103901109A (en) Phased array ultrasonic detection device and method for inner defects of composite insulator
CN108693254B (en) Ultrasonic flaw detection device, ultrasonic flaw detection method, and method for manufacturing product
CN203981638U (en) A kind of phased array ultrasonic detection device of composite insulator inherent vice
JP7264770B2 (en) ULTRASOUND INSPECTION SYSTEM AND ULTRASOUND INSPECTION METHOD
US20060254359A1 (en) Hand-held flaw detector imaging apparatus
CA2790669C (en) Method and apparatus for providing a structural condition of a structure
US20210048413A1 (en) Fast pattern recognition using ultrasound
Croxford et al. Guided wave SHM with a distributed sensor network
RU2629896C1 (en) Method of ultrasonic control of pipeline and system for its implementation
JP2009276319A (en) Air ultrasonic diagnostic apparatus
JPS58223059A (en) Ultrasonic flaw detector
RU108627U1 (en) PIPELINE ULTRASONIC DEFECTOSCOPY SYSTEM
RU2629894C1 (en) Ultrasound antenna grid
JP2011047763A (en) Ultrasonic diagnostic device
RU102810U1 (en) PIPELINE ULTRASONIC DEFECTOSCOPY SYSTEM
JP2010266414A (en) Method of processing phased array aperture synthesis
WO2020191970A1 (en) Raw data-based ultrasonic phased array detection system and method
EP3722802A1 (en) Complex multi-frequency ultrasonic phased array imaging device
JPWO2019030815A1 (en) Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus
JP2016114441A (en) Ultrasonic flaw detection system and inspection method