Pierwszenstwo: Opublikowano: 28.11.1973 67238 KI 42s,l/02 MKP B06b 1/02 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Wieslaw Mirosz, Jerzy Naglowski, Marcin Przybylo¬ wicz Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Zaklad Doswiadczalny Budowy Aparatury Naukowej UNIPAN), Warszawa (Polska) Sposób utrzymywania stalej impedancji nadajnika pobudzajacego przetwornik ultradzwiekowy oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób utrzymywania stalej impedancji wewnetrznej nadajnika pobudzajacego przetwornik ultradzwiekowy, w czasie nadawania i od¬ bioru sygnalów przez ten przetwornik. Przedmiotem wy¬ nalazku jest takze uklad do stosowania tego sposobu.W znanych urzadzeniach ultradzwiekowych zródlami pobudzajacymi przetwornik ultradzwiekowy sa przewaz¬ nie klucze (zwieracze) o malej opornosci w stanie zwar¬ cia. Wytwarzaja one skokowa zmiane napiecia na prze¬ tworniku i w stanie spoczynkowym sa rozwarte. Przy¬ kladami moga tu byc tyratron nieprzewodzacy badz dioda Shockley^ w stanie nieprzewodzenia. Zamkniecie klucza nastepuje przez przylozenie dodatniego impulsu szpilkowego, zapoczatkowujacego proces przelaczenia, na przyklad w tyratronie na siatke sterujaca lub w przy¬ padku diody Schockley'a na jej anode. Klucz zwiera element magazynujacy energie (kondensator), która zo¬ staje przekazana z tego elementu, poprzez gniazdo apa¬ ratu, do przetwornika ultradzwiekowego. W miare wy¬ czerpywania energii z elementu magazynujacego, prad plynacy przez klucz maleje. W chwili gdy wartosc tego pradu zmniejszy sie do wartosci równej pradowi pod¬ trzymania stanu zwarcia klucza, nastepuje samoczynne wylaczenie klucza i ladowanie kondensatora ze zródla napiecia stalego, poprzez odpowiedni rezystor* Wylaczenie klucza nastepuje w czasie na ogól kilku mikrosekund od momentu wlaczenia, a zatem w czasie gdy przetwornik badz drga jeszcze od pobudzenia, badz tez odbiera sygnaly ultradzwiekowe. Zmiana stanu w elemencie kluczujacym (rozwarcie klucza) oznacza gwal- 10 15 20 25 30 towna zmiane impedancji wewnetrznej obwodów nadaj¬ nika wspólpracujacych z glowica, zmieniaja sie zatem warunki pracy przetwornika. Przetwornik ultradzwieko¬ wy wspólpracuje z obwodami elektrycznymi i wymaga utrzymania stalej wartosci impedancji zródla pobudza¬ jacego. Ponadto w momencie wylaczenia klucza naste¬ puje dodatkowe pobudzenie przetwornika. Impuls elek¬ tryczny wynikajacy z tego pobudzenia moze w pewnych warunkach zostac odtworzony na ekranie wskaznika •urzadzenia z którym przetwornik wspólpracuje i moze zostac mylnie zinterpretowany jako odbierany sygnal.Celem wynalazku jest wiec taki sposób sterowania klucza w nadajniku, azeby impedancja nadajnika utrzy¬ mana byla na poziomie stalym w ciagu stalego okresu generacji i odbioru impulsów ultradzwiekowych.Wytyczony cel osiagniety zostal w sposobie wedlug niniejszego wynalazku przez to, ze w chwili wlaczenia klucza przepuszcza sie przez niego prad o wartosci wiekszej od wartosci pradu podtrzymania stanu wlacze¬ nia klucza, przy czym prad ten pobiera sie z niskona¬ pieciowego zródla pradu stalego.Taki sposób pobudzania pozwala na utrzymanie sta¬ lych warunków pracy przetwornika ultradzwiekowego przez caly interesujacy okres. Ma to istotny wplyw na sprawnosc przetwarzania impulsów ultradzwiekowych na elektryczne i odwrotnie. Powazna korzyscia technicz¬ na sposobu jest takze fakt, ze prad podtrzymania jest dostarczany ze zródla o niskim napieciu, zatem strata mocy wynikajaca z dzialania ukladu podtrzymania jest niewielka. Ma to duze znaczenie, gdyz dazeniem ogól- 6723867238 nym 'jest stosowanie elementów kluczujacych zasilanych z wysokich napiec, przez co nastepuje wzrost poboru energii nadajnika.Do realizacji sposobu isluzy urzadzenie bedace (rów¬ niez przedmiotem niniejszego wynalazku. Istota urza¬ dzenia jest to, ze ma ono uklad podtrzymania stanu wlaczenia klucza. Uklad ten zawiera diode polaczona z jednej strony z kluczem, z drugiej zas poprzez rezysto- rowy dzielnik z niskonapieciowym zródlem pradu sta¬ lego oraz zawiera klucz wlaczony miedzy rezystory, któ¬ ry to klucz polaczony jest ze sterujacym ukladem. Bliz¬ sze objasnienie istoty wynalazku zostanie dokonane na przykladowym wykonaniu ukladu pokazanym na ry¬ sunku.Glowica ultradzwiekowa 1 z pobudzanym przetworni¬ kiem jest podlaczona do gniazda 2 impulsowego urza¬ dzenia ultradzwiekowego, skad poprzez kondensator magazynujacy energie 3 polaczona jest z kluczem 5.Kluczem tym jest na przyklad dioda Shockley'a pola¬ czona anoda z kondensatorem 3. Do anody diody pod¬ laczone jest zródlo napiecia 6 poprzez rezystor 4, oraz sterujacy uklad 8 poprzez kondensator 7. Do tego sa¬ mego punktu podlaczony jest uklad podtrzymujacy be¬ dacy przedmiotem wynalazku. Uklad ten sklada sie z szeregowo polaczonych diody 9 i rezystorów 10 i 11, oraz drugiego klucza 12 podlaczonego jednym koncem pomiedzy rezystorami 10 i 11. Rezystor 11 zasilany jest ze zródla napiecia stalego 13. Klucz 12 sterowany jest ze sterujacego ukladu 3.Dzialanie ukladu wedlug wynalazku opisano ponizej.Uklad sterujacy 8 wytwarza impuls szpilkowy, który po¬ przez kondensator 7 przykladany jest na anode diody 5.Dioda 5 jest elementem nieliniowym, w którym stan zwarcia wywolany jest przylozeniem na jej anode im¬ pulsu dodatniego o takiej amplitudzie, azeby sumarycz¬ ne napiecie chwilowe przekroczylo pewna wartosc gra¬ niczna, typowa dla danego elementu, zwana napieciem zaplonu diody. Stan zwarcia diody utrzymuje sie dopó¬ ty, dopóki prad plynacy przez diode 5 ma wartosc wiek¬ sza od ipewnej wartosci granicznej, typowej dla danego elementu, zwanej pradem podtrzymania. W chwili zwar¬ cia diody 5 energia zmagazynowana w kondensatorze 3 zostaje przekazana do przetwornika 1. W miare ubytku energii w kondensatorze 3 — prad plynacy przez dio¬ de 5 maleje i przy braku ukladu podtrzymujacego na- 10 15 20 25 30 35 40 45 stepuje samoczynne przejscie diody 5 do stanu nieprze- wodzenia.Uklad podtrzymujacy dziala jak nastepuje: klucz 12 jest normalnie rozwarty, zatem na anodzie diody 9 pa¬ nuje napiecie równe napieciu zródla 13. Wartosc tego napiecia jest znacznie mniejsza od napiecia na anodzie diody 5, zatem dioda 9 jest spolaryzowana zaporowo.W chwii zwarcia diody 5, dioda 9 zotstaje spolaryzowa¬ na w kierunku przewodzenia i w obwodzie skladajacym sie ze zródla 13, rezystorów 10 i 11, oraz diod 9 i 5 plynie prad okreslony napieciem zródla 13 i rezystyw- noscia wypadkowa w obwodzie.Wartosci rezystorów 10 i 11 oraz wartosc napiecia zródla 13 sa tak dobrane, azeby prad w obwodzie byl wiekszy od pradu podtrzymania diody 5. Rozwarcie diody 5 nastepuje w chwili gdy na krótki przeciag cza¬ su zwarty zostanie klucz 12 impulsem z ukladu steruja¬ cego 8. Klucz 12 jest typowym elementem przelaczaja¬ cym pod wplywem sygnalu wymuszajacego; moze nim byc na przyklad tranzystor sterowany w bazie. Chwilo¬ we zwarcie klucza 12 powoduje przerwanie przeplywu pradu przez diody 9 i 5 a zatem nastepuje zmiana sta¬ nu diody 9. Kondensator 3 doladowuje sie ze zródla 6 i po uplywie odpowiedniego czasu moze nastapic po¬ nowne zadzialanie ukladu. PL