Opublikowano: 25.IV.1972 65343 KI. 42k,46/06 MKP GOln 29/00 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Wieslaw Mirosz, Marcin Przybylowicz Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Zaklad Doswiadczalny Bu¬ dowy Aparatury Naukowej „UNIPAN"), Warszawa (Polska) Uklad do zmiany obszaru penetracji w impulsowych urzadzeniach ultradzwiekowych Przedmiotem wynalazku jest uklad do zmiany obszaru penetracji w impulsowych urzadzeniach ultradzwiekowych. Pod pojeciem zmiany obszaru penetracji rozumie sie tu zmiane wycinka czasu odpowiadajacego momentowi przechodzenia fal ul¬ tradzwiekowych przez fragment badanego mate¬ rialu.W nieniszczacych badaniach materialów za po¬ moca fal ultradzwiekowych waznym zagadnieniem jest kontrola wybranych obszarów badanego mate¬ rialu polozonych w pewnej odleglosci od punktu wprowadzania wiazki fal ultradzwiekowych. W ce¬ lu dokladnego skontrolowania takiego obszaru na¬ lezy na ekranie wskaznika defektoskopu uzyskac obraz tego obszaru w mozliwie duzej skali czaso¬ wej. Zobrazowanie powinno byc jednoczesnie opóz¬ nione wzgledem momentu wprowadzania wiazki fali ultradzwiekowej do badanego materialu. Wiel¬ kosc opóznienia zalezy od odleglosci miedzy kon¬ trolowanym obszarem i powierzchnia przez która nastepuje wprowadzenie wiazki fali ultradzwieko¬ wej.Opóznienie zobrazowania uzyskuje sie przez elek¬ tryczne opóznienie sygnalów odchylajacych stru¬ mien elektronów w lampie oscylograficznej w kie¬ runku poziomym, czyli sygnalów podstawy czasu, w stosunku do momentu wyslania ultradzwieko¬ wego impulsu nadawczego. Odbiornik defektoskopu odbiera w sposób ciagly odbite wskutek niejedno¬ rodnosci materialu sygnaly, natomiast tylko sygna- 20 25 2 ly powracajace do odbiornika w wybranym prze¬ dziale czasu zostaja przedstawione na ekranie lam¬ py oscyloskopowej.Dzieki takiemu rozwiazaniu mozna wykorzystac caly ekran lampy oscylograficznej dla przedstawie¬ nia wybranego obszaru. Poprzez ciagla zmiane elektrycznego opóznienia momentu wytwarzania sygnalu podstawy czasu (startu podstawy czasu) wzgledem momentu wytworzenia impulsu nadaw¬ czego uzyskuje sie penetracje calego wybranego wycinka materialu polozonego pod punktem wpro¬ wadzania fali w glab na odleglosc okreslona para¬ metrami ukladu elektrycznego.Dotychczasowe rozwiazanie tego zagadnienia po¬ legaja na wprowadzeniu w ukladzie elektrycznym czlonu opózniajacego. Czlonem tym jest najczesciej monostabilny multiwibrator dajacy impuls o regu¬ lowanej szerokosci. Poczatek okresu generacji mul- tiwibratora jest zsynchronizowany z momentem wyslania impulsu nadawczego. W chwili zakoncze¬ nia okresu generacji wyzwolony zostaje generator sygnalów podstawy czasu wskaznika oscylograficz- nego. W celu uzyskania na ekranie widocznego impulsu nadawczego nalezy uklad nadajnika drgan_ pobudzajacych przetwornik opóznic takze o pewien czas. Role takiego ukladu spelnia podobny multi¬ wibrator nieregulowany o czasie generacji dluz¬ szym od minimalnego opóznienia wprowadzonego przez multiwibrator wyzwalajacy podstawe czasu.Przy zmianie zasiegu defektoskopu, czego dokonuje 653433 65343 4 sie przez zmiane predkosci podstawy czasu, nalezy proporcjonalnie zmienic wielkosci opóznien multi- wibratorów w celu umozliwienia penetrowania innych obszarów badanego materialu.Znane urzadzenia spelniajace opisane wyzej wy¬ mogi mozna podzielic, pod wzgledem rozwiazan konstrukcyjnych, na dwie zasadnicze grupy. Jedna z nich charakteryzuje sie tym, ze wraz ze skokowa zmiana zasiegu penetracji zmienia sie elementy wchodzace w sklad obwodów generacyjnych multi- wibratorów opózniajacych w taki sposób, aby za¬ chowac proporcjonalne zmiany tych opóznien w stosunku do zmian zasiegu. Wada takiego rozwia¬ zania jest rozbudowany przelacznik zasiegu pene¬ tracji, przy czym zmieniane elementy multiwibra- torów musza miec wartosci dobierane w duza do¬ kladnoscia. W przypadku urzadzenia o szerokim zakresie zmian zasiegu, omawiane rozwiazanie jest bardzo klopotliwe w realizacji.Druga grupe znanych rozwiazan stanowia urza¬ dzenia, w których rezygnuje sie ze zmiany para¬ metrów ukladów opózniajacych co wprawdzie upraszcza konstrukcje, jednakze istotnie ogranicza .walory eksploatacyjne defektoskopu.Celem wynalazku jest taki uklad zmiany obsza¬ ru penetracji, który wyeliminuje niedogodnosci konstrukcyjne zwiazane z przelaczaniem elementów w obwodach generacyjnych multiwibratorów opóz¬ niajacych, przy jednoczesnym zachowaniu propor¬ cjonalnosci zakresu zmiany obszaru penetracji w stosunku do zasiegu.Cel ten osiagniety zostal w ukladzie bedacym przedmiotem niniejszego wynalazku przez to, ze do wyjscia generatora wzbudzajacego sa dolaczone dwa uklady sumujace, których wyjscia polaczone sa z oddzielnymi ukladami opózniajacymi w postaci detektorów amplitudy, zas wyjscie generatora pod¬ stawy czasu polaczone jest poprzez uklad sprzega¬ jacy z ukladem sumujacym. Kazdy z ukladów su¬ mujacych polaczony jest przy tym z oddzielnym ukladem zasilania potencjalem stalym.Korzyscia techniczna jaka zapewnia wynalazek, jest mozliwosc znacznego uproszczenia konstruk¬ cyjnego defektoskopu ultradzwiekowego, ulatwienie jego obslugi, jak równiez zmniejszenie kosztów wytwarzania.Wynalazek zostanie blizej objasniony za pomoca rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy ukladu wedlug wynalazku, fig. 2 przed¬ stawia graficznie przebiegi napiec w oznaczonych punktach ukladu z fig. 1 przy dwóch róznych cze¬ stotliwosciach repetyeji, fig. 3 przedstawia takze przebiegi napiec w oznaczonych punktach ukladu z fig. 1 obrazujace uzaleznienie ukladu opózniaja¬ cego od predkosci podstawy czasu, natomiast fig. 4 przedstawia schemat ideowy przykladowego wyko¬ nania ukladu z fig. 1.Sygnal wyjsciowy z generatora wzbudzajacego 1 przykladany jest na jedno z trzech wejsc ukladu sumujacego 2 i na jedno z dwóch wejsc ukladu sumujacego 3. Generator wzbudzajacy 1 zadaje czestotliwosc repetycji urzadzenia i w tym celu wytwarza napiecie zmienne w ksztalcie pilozeb- nym.Na drugie wejscie ukladu sumujacego 2 dopro¬ wadzone jest napiecie stale z ukladu 7, a na drugie wejscie ukladu sumujacego 3 doprowadzone jest takze napiecie stale z ukladu 8, zbierane z suwaka potencjometru 10 (fig. 4). Wyjscia ukladów sumu- 5 jacych 2 i 3 podlaczone sa do ukladów opózniaja¬ cych 4 i 5 tak, ze uklad sumujacy 2 podlaczony jest do ukladu opózniajacego 4, zas uklad sumu¬ jacy 3 podlaczony jest do ukladu opózniajacego 5.Uklad opózniajacy 4 wytwarza sygnal wyzwalajacy 10 generator impulsu nadawczego urzadzenia, nato¬ miast uklad opózniajacy 5 wytwarza sygnal wy¬ zwalajacy start generatora 6 sygnalu podstawy czasu. Wyjscie generatora 6 sygnalu podstawy cza¬ su doprowadzone jest takze, poprzez uklad sprze- 15 gajacy 9, do trzeciego wejscia ukladu sumujace¬ go 2.Na wyjsciu ukladów sumujacych 2 i 3 uzyskuje sie sygnaly .przedstawione na fig. 2a. Linia ciagla oznaczono sygnal U2 na wyjsciu ukladu sumujace- 20 go 2, natomiast linia przerywana przedstawiono sygnal U3 na wyjsciu ukladu sumujacego 3. Prze¬ suniecie sygnalu z ukladu 3 uzyskuje sie przez zmiane potencjalu stalego na wejsciu tego ukladu, dokonywana potencjometrem 10 z ukladu 8. 25 Dla przejrzystosci cpisu dzialanie ukladu wedlug wynalazku opisane zostanie najpierw bez uwzgled¬ nienia przebiegów wynikajacych z polaczenia gene¬ ratora 6 z ukladem sumujacym 2 poprzez uklad sprzegajacy 9. 30 Uklady opózniajace 4 i 5 zawieraja jednakowe detektory amplitudy. Na wyjsciach tych ukladów nastepuje skokowa zmiana wartosci sygnalu w mo¬ mencie, gdy amplituda sygnalu na wejsciu prze¬ kroczy wartosc progowa U. Na fig. 2b przedsta- 35 wiono sygnal wyjsciowy U4 z ukladu opózniajace¬ go 4, natomiast na fig. 2c przedstawiono sygnal wyjsciowy U5 z ukladu opózniajacego 5. Szerokosc impulsu wyjsciowego z ukladu opózniajacego 5 zmienia sie wraz ze zmiana potencjalu na wejsciu 40 ukladu sumujacego 3. Zmiana potencjalu uzyskiwa¬ na jest potencjometrem 10 w ukladzie 8.Opadajace zbocze impulsu U4 z ukladu opóznia¬ jacego 4 (fig. 2b) wyzwala generator impulsu na¬ dawczego, natomiast opadajace zbocze impulsu U5 45 z ukladu opózniajacego 5 (fig. 2c) wyzwala genera¬ tor 6 podstawy czasu. Sygnal U6 z generatora 6 podstawy czasu przedstawiono na fig. 2d. Zakres zmian szerokosci impulsu U5 z fig. 2c jest tak do¬ brany, aby opadajace zbocze tego impulsu wyzWa- 50 lajace generator podstawy czasu moglo przypadac przed, oraz za opadajacym zboczem impulsu U4 z fig. 2b (wyzwalajacego generator impulsu nadaw¬ czego). Wynikiem tego jest mozliwosc wyprzedzenia i opóznienia momentu startu podstawy czasu wzgle- 55 dem impulsu nadawczego.Na fig. 2e, 2f, 2g i 2h przedstawiono przebiegi w tych samych punktach ukladu w przypadku, gdy czestotliwosc generatora wzbudzajacego 1 jest przykladowo dwukrotnie mniejsza. Zmiana czesto- 60 tliwosci generatora 1 powoduje zmiane nachylenia zbocza impulsu pilozebnego na wyjsciu generatora, przy zachowaniu stalej amplitudy.Dzialanie ukladów sumujacych 2 i 3 nie zalezy od nachylenia zbocza impulsu pilozebnego z gene- 65 ratora wzbudzajacego 1, poniewaz w ukladach tych65343 6 dokonuje sie dodawanie potencjalów wszystkich wejsc tych ukladów. Dzialanie ukladów opózniaja¬ cych 4 i 5 przebiega zatem w sposób opisany wy¬ zej takze dla czestotliwosci przykladowo dwukrot¬ nie nizszej. Szerokosci impulsów U4 i U5 na wyj¬ sciach ukladów opózniajacych 4 i 5 sa dwukrotnie wieksze przy dwukrotnym zmniejszeniu czestotli¬ wosci repetyeji. Dzieki temu zakres zmian szeroko¬ sci impulsu U5 z ukladu opózniajacego 5 jest takze dwukrotnie wiekszy, a zatem czas wyprzedzenia oraz czas opóznienia startu generatora 6 sygnalu podstawy czasu wzgledem impulsu nadawczego jest dwukrotnie wiekszy w przypadku dwukrotnego zmniejszenia czestotliwosci repetycji.Przy innych, niz przykladowo dwukrotnej, zmia¬ nach czestotliwosci repetycji przebiegi poszczegól¬ nych impulsów beda zawsze odpowiednio propor¬ cjonalne do wprowadzanych zmian czestotliwosci repetycji.Uzaleznienie opóznienia momentu startu genera¬ tora 6 sygnalu podstawy czasu wzgledem impulsu nadawczego od predkosci podstawy czasu (zasiegu urzadzenia) dokonywane jest w^ukladzie wedlug wynalazku dzieki dodatkowemu polaczeniu wyjscia generatora 6 podstawy czasu poprzez uklad sprze¬ gajacy 9 z trzecim wejsciem ukladu sumujacego 2.Przebiegi powstale na wyjsciu ukladu sumujacego 2 oraz na wyjsciu ukladu opózniajacego 4 wskutek dzialania ukladu sprzegajacego 9 pokazane sa na fig. 3, gdzie fig. 3a przedstawia przebieg na wyjsciu ukladu sumujacego 2 a fig. 3b na wyjsciu ukladu opózniajacego 4.Dzialanie ukladu z uwzglednieniem ukladu sprze¬ gajacego 9 opisano nizej. Sygnal U6 podstawy czasu po przejsciu przez uklad sprzegajacy 9 zostaje do¬ prowadzony do wejscia ukladu sumujacego 2. Po zsumowaniu z sygnalem z generatora wzbudzajace¬ go 1 oraz potencjalem stalym z ukladu 7, wyniko- 10 15 wy sygnal podawany jest do wejscia ukladu opóz¬ niajacego 4. W zaleznosci od wielkosci opóznienia wprowadzanego przez uklad opózniajacy 5, sygnal wyjsciowy z ukladu sumujacego 2 moze przedsta¬ wiac sie jak przedstawiono przykladowo na fig. 3a linia ciagla. Przyklad ten wybrany jest dla przy¬ padku, gdy opóznienie podstawy czasu jest wieksze od opóznienia impulsu nadawczego.Dla przypadku, gdy opóznienie podstawy czasu jest mniejsze od opóznienia impulsu nadawczego, przykladowy sygnal bedzie mial przebieg, jak ozna¬ czono na fig. 3a linia przerywana. Z przedstawio¬ nego na fig. 3a porównania wynika, ze w przypad¬ ku opóznienia podstawy czasu mniejszego od opóz¬ nienia impulsu nadawczego, szerokosc impulsu z ukladu 4 opózniajacego moment startu impulsu nadawczego ulegnie zmniejszeniu do szerokosci oznaczonej na fig, 3b linia przerywana. Zmniejsze¬ nie to jest zalezne od nachylenia zbocza sygnalu podstawy czasu, to znaczy od zasiegu defekto¬ skopu. PL