Устройство для обнаружения инородных включений в потоке жидкости

Устройство для обнаружения инородных включений в потоке жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий, а именно к ультразвуковому обнаружению инородных включений в потоке жидкости. Цель изобретения - повышение достоверности обнаружения инородных включений за счет исключения влияния нестабильности акустического контакта преобразователей . В устройство, содержащее излучающий 1 и приемный 2 преобразователи, генератор 3, приемный блок 4, фазовый детектор 5 и индикатор 9, введены последовательно соединенные фильтр 6 доплеровских частот, детектор 7 огибающей и интегратор 8, а излучающий 1 и приемный 2 преобразователи размещены к вектору скорости потока исследуемой жидкости под углом 29° / 52°, чго позволяет, используя отражение эхо-сигналов от инородных включений в потоке жидкости и фазовую модуляцию сигнала на выходе приемного блока 4 с последующим выделением его фильтром б доплеровских частот,повысить достоверность обнаружения инородных включений. 1 ил со с

сОюз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (cl)s G 01 N 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТ -flMRM И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! и (21) 4660502/28 (22) 09.03.89 (46) 15.03.91. Бюл. № 10 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (72) В.А,Ильин, T,М.Орлова, Ф.В.Левыкин и А,Т.Каспарова (53) 620,179.16 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 989389, кл, G 01 N 29/02, 1983, Авторское свидетельство СССР

N . 468145, кл. G 01 N 29/02, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ

ИНОРОДНЫХ ВКЛ1ОЧЕНИЙ В ПОТОКЕ

ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий, э именно к ультразвуковому обнаружению инородных включений в потоке жидкости.

Цель изобретения — повышение досговер. Ж,, 1635121 Al ности обнаружения инородных включений за счет исключения влияния нестабильности акустического контакта преобразователей. В устройство, содержащее излучающий

1 и приемный 2 преобразователи, генератор

3, приемный блок 4, фазовый детектор 5 и индикатор 9, введены последовательно соединенные фильтр б доплеровских частот, детектор 7 огибающей и интегратор 8, а излучающий 1 и приемный 2 преобразователи размещены к вектору скорости потока исследуемой жидкости под углом

29 "< /3< 52", чго позволяет, используя отражение эхо-сигналов от инородных включений в потоке жидкости и фэзовую модуляцию сипГэла на выходе приемного блока 4 с последующим выделением его фильтром б доплеровских частот, повысить достоверность обнаружения инородных включений. 1 ил.

1635121

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий, а именно к ультразвуковому обнаружению и))ородных включений н потоке жидкости, и может быть использовано при диагностике системы охлаждения тепловозных дизелей для обна1;уже))ия прорыва газов иэ цилиндра внутреннего сгорания в систему жидкостного охлаждения.

Цель изобретения — повышение достоверности обнаружения инородных включений эа счет исключения влияния

)«естабильности акустического контакта преобразователей и трубы.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Уст ройс«но содержит иэлу «з)ощий 1

))риел1)«ый1 2 ))реобразонз)сли, генера«ор 3, приемнь;й блок 4, фазовый детектор 5, фил).тр 6 доплеронской час готы, детекгор 7 огибающей, ингегрзтор 8» индикатор 9.

Ге))ератор 3 г)одкл, о )ен одним выходом

)звуча)ощему преобразователю 1, а дру«и«-. выходом — к одному входу фазового де TF-):Toðà 5. Приемный блок 4 подсоединен дом к выходу приел1ного преобразовате2 и нь)ходом — к другому входу фазового дегек«ора 5, выход которого подключен через последовательно соединенные фильтр 6 до:)лсронских частот. детектор 7 огибающей и интегратор 8 — к входу индикатора 9.

Угол/«наклона акустических осей излучающего 1 и приемного 2 преобразователей к вектору скорости потока исследуемой

wèäKocòè выбирают из условия обеспечения максимальной интенсивности проходящей в поток жидкости ультразвуковой ьoë)lû, пось «)зол)о)1 излучаloщим преобраз«)нзтелем 1, и определя огся вторым законом Снеллиуса. 3«)1 з))ачения эакл)очены в

Д) аназОНЕ /)mid> -Л п«ах> 0— условие, необходимое для наблюдения эффекта Доплера, а верхняя граница диапазона )3mgy, определяется значением второго критического угла, Например, для стальной труб)ы 0")< В < 55

Однако в области малых значений углов

/«частота доплеровского сдвига соответственно мала и это затрудняет обнаружение полезно) о сигнала, Поскольку фильтр 6 доплеро«зской частогы имеет конеч )от значение нижней частоты Е» среза частотной характеристики, то все спектраль)«ые составляющие полезного сигнала, частоты которь)х лежат ниже Г)«, будут подавляться.

Поэтому нижний предел /)««)««) определяется нижней границей полосы пропускания фильтра б доплеровской частоты.

Ъ

Диапазон значений углов /3 ограничивается также условием минимальной потери ультразвуковой энергии сигнала при его прохождении в погок жидкости через материал трубы. Например, учитывая значения коэффициента прозрачности по энергии для стали, наибольшее значение коэффициента прозрачности при переходе через границу оргстекло-сталь будет иметь место при значениях /3, лежащих в диапазоне

29 < /3< 52О. При этом оптимальное значение угла /т составляет 32 .

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение с выхода генератора 3 поступает на излучающий преобразователь 1 с углом /«ввода ультразвукового луча в жидкость, равным /3 = 90" — y, где у— угол, образованный вектором v скорости потока исследуемой жидкости и направлением от излучающего преобразователя 1 к инородной частице, Ультразвуковые волны, г)роходя от излучающего преобразователя 1. попадают на приемный преобразователь 2 только при наличии инородных включений н исследуемой жидкости, отражаясь от них. В отсутствие инородных включений сигнал )«а входе приемного блока 4 отсутствует, )Io он появляется как только н потоке жидкости проходят инородные включения, Усиленные приемным блоком 4 сигналы подаются на фазовый детектор 5. Эффективность работы фазового детектора 5 обусловлена наличием доплеронского сдвига несущей частоты fo принил«аемых ультразвуковых колебаний.

На один из входон фазового детектора 5 поступает опорное напряжеlll)c несущей чаcToTbl fg с выхода генератора 3. Одиночный отражатель, движущийся с ))огоком исследуемой жидкости со скорость)о, формирует на входе фазо««ого детектора 5 сигнал с частотой

1 .— cos y с

«=fo и

1 g — cosy с где с — скорость рзспростра)«ения ультразвуковых волн в жидкости; /

1 — угол л)ежду вектором скорости ч погока жидкости и нзпранле)I««åì от инородной частицы к приемному преобразователю 2.

Иэлучзющий 1 и приемный 2 преобразователи своими диаграммами направленности ограничивают некоторый объем жидкости, в который попадает множество случайно распределенных отражателей, движущихся н ))отоке жидкости. Каждый из

1635121

Составитель В. Костюхин

Техред М.Моргентал Корректор и. муска

Редактор А. Ревин

Заказ 753 Тираж 396 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 таких отражателей в силу разброса их размеров и различия расстояний до преобразователей формирует на входе приемного преобразователя 2 сигнал со случайными амплитудой и фазой, 5

Суммарный сигнал на входе приемного преобразователя 2, таким образом, может быть представлен в виде узкополосного нормального случайного процесса. Узкополосность процесса объясняется тем, что зхо- 10 сигналы от отражателей имеют частотуг отличающуюся от частоты генератора 3 на небольшую величину доплеровского смещения

v 15

1 +- — cosy о с

1 — cosy с где V и с — практически постоянные величины скоростей движения жидкости и распро- 20 странения ультразвука в ней; у и у — значения углов между направлением акустической оси соответственно излучающего 1 и приемного 2 преобразователей и направлением потока жидкости, 25

Нормальность случайного процесса объясняется равным вкладом в результат всех сигналов от отдельных отражателей.

Выделенный фазовым детектором 5 шумовой сигнал поступает на вход фильтра 6 30 доплеровской частоты, затем последовательно на детектор 7 огибающей, интегратор

8 и индикатор 9, по показаниям которого судят о наличии инородных включений в потоке жидкости. Поскольку при отсутствии 35 несплошностей зхо-сигналы на входе приемного блока 4 полностью отсутствуют, то усиление приемного блока 4 устанавливается максимальным, т,е, ограниченным лишь собственными шумами, Использование предлагаемого устройства (по сравнению с известными) обеспечивает повышение достоверности оонаружения инородных включений в исследуемой жидкости, так как оно менее подвержено влиянию нестабильности акустического контакта излучающего и прием1 ного преобразователей.

Формула изобретения

Устройство для обнаружения инородных включений в потоке жидкости, содержащее предназначенные для размещения под углом к вектору скорости потока жидкости излучающий и приемный преобразователи, фазовый детектор. регистратор, генератор и приемный блок, подключенный входом к приемному преобразователю и выходом — к одному входу фазового детектора, генератор подсоединен одним выходом к излучающему преобразователю, другим выходом— к другому входу фазового детектора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности, оно снабжено последовательно соединенными фильтром доплеровской частоты, детектором огибающей и интегратором, выход фазового детектора соединен с входом фильтра доплеровской частоты, а вход индикатора подключен к выходу интегратора.