CS211464B1 - Zapojení pro měřeni vzdáleností ultrazvukem - Google Patents

Abstract

Vynález se týká měřeni vzdálenosti v prostředí ultrazvukem. V podstatě jde o elektronické zapojení pro přesné měření doby průchodu ultrazvukových impulsů. Měří se od okamžiku průchodu impulsu přes rozhraní prostředí až k okamžiku příchodu odraženého echa. V defektoskopii může jít o vzdálenost vady, jejíž přítomnost věak nelze předpokládat. Účelem daného zapojení je zajistit, aby naměřená hodnota byla identifikována,přijde-li echo z úseku, kde se mohou vyskytnout vady. V ostatních případech přístroj udává nulovou hodnotu. Pomocí logických obvodů se vytvoří impuls pro předávání údaje z čítače impulsů do hradlové paměti, za níž následuje číslicový ukazatel bud před nebo po skončení obdélníkového impulsu, jehož poloha odpovídá dvojnásobným dobám průchodu ultrazvukových impulsů na začátek a na konec sledovaného úseku. Možné využití je při měření hloubky vad při mechanizovaném zkouěení materiálu ultrazvukem, při toleračním měření tloušlky plechu, všeobecné užití v každém impulsovém ultrazvukovém měřiči tloušlky, který musí udávat nulové hodnoty, ηβηί-li ultrazvuková sonda přiložena na zkoušený materiál.

Description

Vynález se týká zapojení pro měření vzdáleností ultrazvukem, připojeného k ultrazvukovému impulsovému přístroji, obsahujícímu synchronizátor, generátor, zesilovač a komparátor impulsů, kterým procházejí pouze ty impulsy, které přesáhly srovnávací napělovou úroveň.

Měřeni vzdálenosti ultrazvukem, jako např. zjištování tlouštky předmětů, hloubky vad při nedestruktivním zkoušení materiálu, je v podstatě měření Sasu, která se nejlépe a nejpřesněji provádí číslicově. V některých případech, zejména při automatizaci, není na počátku měřicího cyklu nebo taktu známo, zda se vyskytne měřicí signál. Tento problém lze zvládnout např. číslicovým rozhodováním,jaká hodnota vzdálenosti byla naměřena. Takové zapojení je však obvodově a součástkově náročné.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení pro měření vzdáleností ultrazvukem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že první obvod pro logický součin je prvním vstupem připojen na synchronizátor a druhým vstupem je zapojený přes komparátor na výstup zesilovače impulsů, první vstup prvního obvodu pro logický součet je spolu s druhým vstupem druhého bistabilního klopného obvodu spojen přes první výstup derivačního obvodu se synehronizátorem, zatímco na druhý výstup derivačního obvodu je zapojen vstup druhého monostabilního klopného obvodu, přičemž druhý vstup prvního obvodu pro logický součet spolu se vstupem prvního monostabilního klopného obvodu a prvním vstupem druhého bistabilního klopného obvodu jsou připojeny na výstup prvního obvodu pro logický součin, zatímco výstup prvního obvodu pro logický součet je veden na první vstup prvního bistabilního klopného obvodu, jehož druhý vstup je připojen přes zpožňovací obvod na výstup synchranizátoru, výstup bistabilního klopného obvodu je spojen s prvním vstupem hradla, jehož druhý vstup je propojen se zdrojem hodinových impulsů a výstup hradla je veden na hodinový vstup čítače, přičemž výstup prvního monostabilního klopného obvodu je veden na první vstup druhého obvodu pro logický součet, jehož druhý vstup je zapojen na výstup třetího monostabilního klopného obvodu, jehož vstup je zapojen přes druhý obvod pro logický součin na výstup druhého bistabilního klopného obvodu a na výstup druhého monostabilního klopného obvodu, přičemž výstup druhého obvodu pro logický součet je veden na nastavovací vštup hradlované paměti připojené na výstupy čítače, jehož nulovací vstup je připojen na výstup druhého monostabilního klopného obvodu, flítač je plně programovatelný a druhý vstup prvního bistabilního klopného obvodu je přímo zapojen na výstup synchronizátoru.

Zapojení je použitelné nejen pro automatizovaná zařízení, nýbrž pro ruční tloušlkoměry, u nichž je ultrazvuková sonda přiložena na materiál pouze v určitých časových intervalech. Pokud se měřicí signál nevyskytne, má tloušlkoměr udávat např. nulovou hodnotu.

Zapojení a jeho činnost jsou podrobněji popsány na základě obrázků. Na obrázku 1 je skupinové schéma zapojeni a na obr. 2 jsou průběhy napětí na některých obvodech.

Konkrétní zapojení podle vynálezu je na obr. 1. První obvod pro logický součin 1 je prvním vstupem 21 připojen na synchronizátor 11 a druhým vstupem 22 je zapojený přes komparátor 13 na výstup zesilovače Impulsů 50. první vstup 27 prvního obvodu 2 pro logický součet je spolu s druhým vstupem 31 druhého bistabilního klopného obvodu 2 spojen přes první výstup 26 derivačního obvodu 2 se eynchronizátorem 11. zatímco na druhý výstup 20 je zapojen vstup 3² druhého monostabilního klopného obvodu 6, přičemž druhý vstup 28 prvního obvodu 2 P^ro logický součet spolu se vstupem 29 prvního monostabilního klopného obvodu 1 a prvním vstupem 30 druhého bistabilního klopného obvodu 2 jsou připojeny na výstup 23 prvního obvodu pro logický součin i, zatímco výstup 33 prvního obvodu 2 pro logický součet je veden na první vstup 37 prvního bistabilního klopného obvodu 2, jehož druhý vstup 41 je připojen přes zpožňovaci obvod 12 na výstup 24 synchronizátoru 11 . výstup 43 prvního bistabilního klopného obvodu 2 je spojen s prvním vstupem 47 hradla 14, jehož druhý vstup 51 je propojen se zdrojem hodinových impulsů 15 a výstup hradla 14 je veden na hodinový vstup 53 čítače 16, přičemž výstup '34 prvního monostabilního klopného obvodu l je veden na první vstup 38 druhého obvodu pro logický součet 8, jehož druhý vstup 42 je zapojen na výstup 46 třetího monostabilního klopného obvodu 1 0. jehož vstup 45 je zapojen přes druhý obvod 2 Ρ^Γθ logický součin na výstup 35 druhého bistabilního klopného obvodu 2 a na výstup 36 druhého monostabilního klopného obvodu 2 a na výstup 36 druhého monostabilního klopného obvodu 6, přičemž výstup 44 druhého obvodu pro logický součet 8 je veden na nastavovací vstup 49 hradlované paměti 17 připojené na výstupy čítače 1 6. jehož nulovací vstup 48 je připojen na výstup 36 druhého monostabilního klopného obvodu 6.

Jak již bylo uvedeno, zapojení se připojí k ultrazvukovému impulsovému zařízení, např-. impulsovému defektoskopu, obsahujícímu synchronizátor pro spouětění věech ostatních obvodů, generátor impulsů pro vybuzení ultrazvukové sondy a zesilovač impulsů, na jehož výstupu jsou impulsy s napělovou úrovní voltů nebo desetin voltů. Jako tvarovači obvod se často používá napěíový komparátor, aby na vlastní vstup zapojení podle vynálezu přicházely signály s konstantní úrovní např. 2-3 V. Ze synchronizátoru 11 se odebírá jednak spouStěcí impuls označující začátek měřicí periody nebo taktu - zobrazený na obr. 2a, jednak bránové impulsy - zobrazená na obr. 2b, pro ovládání hradla, tj. obvodu pro logický součin. Impulsy označují začátek, jdou z výstupu 24 synchronizátoru 11 přes zpožďovací obvod 12 do druhého vstupu 41 prvního bistabilního klopného obvodu 2< Použijeme-li programovatelných čítačů, lze zpožďovací obvod 12 vynechat. Zpoždění signálů, které vzniká průchodem ultrazvukového impulsu sondou,se potom přednastaví na čítači 16, na němž počet načítaných impulsů udává měřenou vzdálenost.

Na první vstup 21 prvního obvodu pro logický součin 1 přichází bránový nebo 'hradlový impuls, který v časovém intervalu t^-tg - zobrazeno na obr. 2b, udává polohu a dobu hradlování měřicích impulsů v čase t^ - zobrazeno na obr. 2d. Dojde-li k časové koincidenci bránového a měřicího impulsu,vznikne impuls na výstupu 23. který je veden jednak na druhý vstup 28 prvního obvodu pro logický součet 2» jednak na vstup 29 prvního monostabilního klopného obvodu 1 a jednak na první vstup 30 druhého bistabilního klopného obvodu 2· Na první vstup 27 prvního obvodu pro logický součet 2 přichází derivovaný bránový impuls. Derivaci provádí derivační obvod 2, na jehož prvním výstupu 26 je v čase tg krátký impuls. První obvod pro logický součet 2 propouětí jak impuls v čase t^ - pokud Se vyskytne, tak i impuls v čase tg. Z toho plyne i činnost prvního bistabilního klopného obvodu 2. V čase t^ se obvod překlopí (obr. 2e), přičemž do původní polohy se vrátí buď v čase t^ - plná čára, nebo v čase tg - čárkovaně. V prvním případě došlo k měření doby průchodu užitečného signálu, v druhém -se pouze vrátil první bistabilní klopný obvod 2 do výchozí polohy; čas tg je totiž nejzazší, kdy lze očekávat měrný impuls. Všechny ostatní dále popeané obvody slouží k tomu, aby v prvním případě se přenesl k dalšímu zpracování počet impulsů načítaný v čase t₂ až t^ nebo v druhém případě vynulovaný stav čítače, když doba pro čítání byla t₂ až tg.

První monostabilní klopný obvod 2 vytvoří obdélníkový impuls v čase t^ až tg - zobrazeno na obr. 2f. Proto se spouští Impulsem v čase t^ přiváděným z výstupu 23 na vstup 29.

Je patrné, že tento impuls vznikne pouze v případě, že se vyskytne měřicí signál v intervalu tj až tg. Výstup 34 prvního monostabilního klopného obvodu í je přiveden na první vstup 38 druhého obvodu pro logický součet 8. Na druhý vstup 42 přijde obdobný obdélníkový impuls v čase tg až t? - zobrazeno na obr. 2i, avšak pouze v případě, že nevznikl impuls v čase t^ až tg. Impuls v čase tg až ty 3e vytvoří takto: v čase se překlopí druhý bistabilní klopný obvod 2 a vrátí se buď v čase t^ - zobrazeno na obr. 2g, když je přítomen měřicí signál, přiváděný na vstup 31. nebo zůstane překlopený až do té periody opakovači frekvence, v níž se opět měřicí signál na druhém vstupu 31 objeví. Obdélníková impulsy z výstupu 35 se vedou na první vstup 39 druhého obvodu pro logický součin 2» na jehož druhý vstup 40 přicházejí impulsy z výstupu 36 druhého monostabilního klopného obvodu 6, který se překlopí impulsem přivedeným na vstup 32 z druhého výstupu 20 derivačního obvodu 2. Potom v druhém obvodu pro logický součin 2 dochází k rozhodnutí, zda se vytvoří impuls podle obr. 2i. Pokud se tento impuls vytvořil, což je znakem, že chyběl měřicí signál v čase t^, 8pustil se v čase tj, tj. na týlové straně impulsu_;třetí monostabilní klopný obvod 10 a vytvořil se impuls - podle obr. 2j, určený k přenosu dat z výstupu čítače 16 na hradlovanou perně l 17. Protože přenos nastává buá v Sasovám intervalu t4 až t^ - měřicí signál se vyskytl, nebo v intervalu tg až ty - měřicí signál se nevyskytl, je použit druhý obvod pro logický součet 8, jehož výstup 44 je zapojen na nastavovací vstup 49 hradlované paměti 17. K nulování čítače 16 dochází ve stále stejném čase, a to tg až ty. Nulovací obdélníkový impuls podle obr. 2i vznikne v druhém monostabilním klopné^ obvodu 6, jehož vstup 36 je spojen s nulovacím vstupem 48 čítače 46, na jehož hodinový vstup 53 přicházejí impulsy ze zdroje hodinových impulsů 15 vedených přes výstup 52 hradla ,14.

Je tedy patrné, že silem zapojeni je přenést z čítače 16 do hradlované paměti 17 data odpovídající tloušlce v čase t^ až t^ před vynulováním čítače nebo přenést nulovou hodnotu v češe tg až ty, tedy po vynulování čítače 6. Ke druhému případu dochází, když počítání impulsů v čítači 16 skončilo až v čase tg. Data z výstupu hradlované paměti se zpracovávají známým způsobem.

Popsané zapojení lze obměnit při zachování podstaty popsané v předchozím odstavci. Jednou z těchto obměn může být vynechání zpožďovacího obvodu 12. když se použije programovatelný čítač 16. v němž se přednastaví počet impulsů rovnající se zpoždění průchodu měřicího signálu. Potom se výstup 24 synchronizátoru 11 spojí přímo s druhým vstupem 41 prvního bistabilního klopného obvodu J. '

Zařízení je určeno převážně pro automatizovaná ultrazvuková zařízení pro zjišlování vnitřních vad materiálu v případech, má-li být číslicově zaznamenávána hloubka vad. Informace o hloubce vady se předává do paměti počítače pouze v případě, že se vada ve vyšetřovaném úseku vyskytla.

Jako přiklad lze uvést ultrazvukové zařízení pro provozní zkoušení tlakových nádob jaderných energetických reaktorů.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zapojení pro měření vzdálenosti ultrazvukem připojené k ultrazvukovému impulsovému přístroji, obsahujícímu synchron!zátor, generátor, zesilovač a komparátor impulsů, vyznačené tím, že první obvod pro logicky součin (1) je prvním vstupem (21) připojen na synchronizátor (11) a druhým vstupem (22) je zapojený přes komparátor (13) na výstup zesilovače impulsů (50), první vstup (27) prvního obvodu pro logický součet (3) je spolu s druhým vstupem (31) druhého bistabilního klopného obvodu (5) spojen přes první výstup (26) derivačního obvodu (2) se synchronizátorem (11), zatímco na druhý výstup (20) derivačního obvodu (2) je zapojen vstup (32) druhého monostabilnlho klopného obvodu (6), přičemž druhý vstup (28) prvního obvodu (3) pro logický součet spolu se vstupem (29) prvního monostabilního klopného obvodu (4) a prvním vstupem (30) druhého bistabilního klopného obvodu (5.) jsou připojeny na výstup (23) prvního obvodu pro logický součin (1), zatímco výstup (33) prvního obvodu pro logický součet (3) je veden na první vstup (37) prvního bistabilního klopného obvodu (7), jehož druhý vstup (41) je připojen přes zpožďovací obvod (12) na výstup (24) synchronizátoru (11), výstup 43) prvního bistabilního klopného obvodu (7) je spojen s prvním vstupem (47) hradla (14), jehož druhý vstup (51) je propojen se zdrojem hodinových impulsů (15) a výstup (52) hradla (14) je veden na hodinový vstup (53) čítače (16), přičemž výstup (34) prvního monostabilního klopného obvodu (4) je veden na první vstup (38) druhého obvodu pro logický součet (8), jehož druhý vstup (42) je zapojen na výstup (46) třetího monostabilního klopného obvodu (10), jehož vstup (45) je zapojen přes druhý obvod (9) pro logický součin na výstup (35) druhého bistabilního klopného obvodu (5) a na výstup (36) druhého monostabilního klopného obvodu (6), přičemž výstup (44) druhého obvodu pro logický součet (8) je veden na nastavovací vstup (49) hradlované paměti (17) připojené na výstupy čítače (16), jehož nulovací vstup (48) je připojen na výstup (36) druhého monostabilnlho klopného obvodu (6).
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že čítač (16) je plnš programovatelný a druhý vstup (41) prvního bistabilního klopného obvodu (7) je přímo zapojen na výstup (24) synchron!zátoru (11).