RU1805380C - Приемно-излучающий тракт ультразвукового дефектоскопа - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано при создании дефектоскопов дл  контрол  качества материалов и изделий. Цель изобретени  - повышение точности контрол  за счет компенсации свободных колебаний пьезоэлемента . Схема тракта содержит ключи, которые создают цепь зар да конденсатора таким образом, что на пьезопластину подаетс  сначала напр жение длительностью в полволны ее свободных колебаний, а затем - напр жение, которое вызывает колебани  через полволны в противофазе. Так происходит компенсаци  полуволн колебаний пьезоплдстины, кроме первой. Это повышает точность контрол  при работе дефектоскопа . 2 з.п.ф-лы, А ил.

Description

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано при создании дефектоскопов дли контрол  качества материалов и изделий.

Цель изобретени .- повышение точности контрол  за счет компенсации свободных колебаний пьезоэлемента.

Сущность решени  заключаетс  в том, что на полуволновый резонансный пьезоэ- лемент, на демпфированный ни механически , ни электрически подаетс  ступенька электрического напр жени , равна  половине Е/2 напр жени  источника питани  (зар д конденсатора), возбужда  в нём синусоидальные ультразвуковые колебани  с собственной частотой пьезоэлемента, затухающие по экспоненциальному закону. Затем через врем , равное половине периода

этих колебаний, на пьезоэлемент подаете втора  ступенька напр жени  Е/2 (происхс дитдозар д конденсатора, примерно до ве личины напр жени  источника питани  Е) возбужда  в нем такие же ультразвуковые колебани , но сдвинутые по фазе на 180°.

Суперпозици  этих затухающих колебаний приводит к их взаимной компенсации зг исключением первой полуволны, возникающей в результате воздействи  первой ступеньки напр жени .

Изменение приемного сигнала в противофазе с сигналами после воздействи  второй ступеньки напр жени  позвол ет наиболее полно повысить соотношение сигнал/шум.

При сопоставительном-анализе существенных признаков предлагаемого технического решени  и при их выполнении

00

о ел со

00

о

решение обеспечит достижение положительного эффекта, т.е. повысит эффективность компенсации свободных колебаний пьезоэлемента.

На фиг.1 приведена структурна  схема приемоизлучающего тракта дефектоскопа; на фиг.2-схёмГа синхронизатора; на фиг.З - схема токового ключа; на фиг.4 - времен- йыё диаграммы, по сн ющие работу приемоизлучающего тракта.

Приемно-излучающий тракт дефектоскопа содержит синхронизатор 1, первый токовый ключ 2, источник питани  3, делитель 4 напр жени , состо щий из двух последовательно включенных резисторов 5 и б, пьезопластину 7, первый 8 и второй 9 диоды, усилитель 10, вход которого соединен - с анодом первого диода, одним из электродов пьезопластины, другой электрод которой соединен с анодом второго диода, с первым входом делител  4 напр жени  и подключен к общей шине источника 11 питани , шина положительного полюса которого соединена с первым входом первого тактового ключа, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора , конденсатор 12, второй токовый ключ 13, первый вход которого соединен с выходом первого токового ключа и вторым входом делител  напр жени , второй вход подключен к второму входу синхронизатора , а выход соединен со средней точкой делител  найр жени  и одним из выходов конденсатора, другой вывод которого соединен с катодом второго и анодом первого диодов, причем катод первого диода соединен с анодом второго диода, кроме того, синхронизатор содержит последовательно соединенные генератор 14 тактовых импульсов, счетчик 15 импульсов, дешифратор 16, блок 17 выборки временных меток, инвертор 18, элемент 19 ИЛИ-НЕ, и три триггера 20-22, причем выходы первого и второго триггеров  вл ютс  первым и вторым выходом синхронизатора соответственно , выход третьего триггера соединен с первым входом элемента 19 ИЛИ-НЕ, тактовые входы триггеров 20-22 подключены соответственно к первому, второму третьему выходам блока 17 выборки временных меток , установочные в нуль входы первого и второго триггеров подключены к выходу элемента 19 ИЛИ-НЕ, установочный в нуль вход третьего триггера соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом элемента 19 ИЛИ-НЕ, и подключен к выходу переполнени  счетчика импульсов, причем тактовый ключ содержит три транзистора 23-25, четыре резистора 26-29 и четыре диода 30-33, при этом эмиттеры первого 23 и второго 24 транзисторов соединены через первый резистор 26 с общей шиной источника питани , база первого из которых соединена со вторым входом

токового ключа и через второй резистор 27 с положительным полюсом первого источника питани , коллектором и через третий резистор 28 с базой второго транзистора, через последовательно соединенные первый 30 и второй 31 диоды с общей шиной источника 11 питани , кроме того коллектор второго транзистора соединен с катодами третьего 32 и четвертого 33 диодов, при этом анод третьего диода соединен с коллектором третьего 25 транзистора и  вл етс  выходом, токового ключа, а анод четвертого диода соединен с базой третьего транзистора, через четвертый резистор - с эмиттером и  вл етс  первым входом токового ключа.

Схемы токовых ключей 2 и 13 выполнены идентично. .

Приемно-излучающий тракт дефектоскопа работает следующим образом,

Перед началом очередного цикла излучени  ультразвуковых колебаний (фиг.1) токовые ключи 2 и 13 закрыты, от источника питани  3 энерги  не потребл етс , на пье- зопластине 17 напр жение равно нулю.

Синхронизатор 1 электрическим сигналом длительностью,равной периоду собственных колебаний пъезопластины 7 (фиг.4а) включает токовый ключ 2. который приходит в состо ние высокой проводимости при

этом происходит зар д конденсатора 12 до напр жени  Е/2 (фиг.4в)источника питани  3, определ емое делителем напр жени  4, а ток зар да (фиг.4в) через пьезопластину определ етс  резисторами 5 и 6 и в ней возникают колебани  с резонансной частотой дл  данной пьезопластины.

Пьезопластина электрические колебани  преобразует в механические, передаваемые в контролируемое изделие (не

показано).

Механические колебани , пройд  контролируемое изделие и отразившись, возвращаютс  на пьезопластину, где

преобразуютс  в электрические колебани  (фиг.4д). Через врем  равное половине периода собственных колебаний пьезопластины со второго выхода синхронизатора (фиг.4б) электрический сигнал открывает второй токовый ключ 13 и шунтирует резистор 5 делител  напр жени , при этом увеличиваетс  ток зар да и конденсатор 12 дозар жаетс  примерно до напр жени  Е источника питани 

(фиг.4в).

Ток зар да снова вызывает колебани , которые сказываютс  сдвинутыми по фазе на 180°.

Суперпозици  этих затухающих колебаний приводит к их взаимной компенсации за исключением первой полуволны, возникающей в результате воздействи  первой ступеньки напр жени .

Следует отметить, что при работе тракта на излучение и прием из напр жени  источника питани  (в зондирующий импульс) не поступает на вход приемного усилител , что исключает применение в схеме сложного, коммутатора дл  переключени  малого по величине отраженного сигнала.

Диоды 8 и 9 представл ют собой амплитудный ограничитель, дл  подавлени  помех,возникающих от воздействи  зондирующего импульса. Схема основана на том, что сопротивление кремниевого диода резко уменьшаетс , когда напр жение на нем, достигшее в пр мом направлении, превосходит 0,5 В при этом сигналы небольшой амплитуды практически не искажаютс .

Работа синхронизатора заключаетс  в следующем.

Генератор 14 вырабатывает импульсную последовательность, котора  подсчитываетс  счетчиком импульсов 15, при этом текущий код счетчика дешифрируетс  дешифратором 16. Блок выборки временных меток 17 представл ет собой набор элементов 19 И-НЕ, а на входы которых завод тс  выходы дешифратора, соответствующие набору сигналов дл  формировани  длительности управл ющих сигналов, поступающих затем на управление токовыми ключами.

При этом сигнал с первого выхода схемы включает триггер-защелку 20, сигнал со второго выхода - второй,триггер-защелку 21 через врем  равное половине периода собственной частоты пьезопластины, а через врем  равное периоду собственной частоты пьезопластины.сигнал с третьего выхода блока 17 выборки включает третий триггер- защелку 22, сигнал с выхода которого через первый входэлемента 19 ИЛИ-НЕ приводит первый и второй триггеры в исходное состо ние до начала следующего цикла. При завершении очередного цикла работы синхронизатора с выхода переполнени  счетчика импульсов сигнал через инвертор 18 и второй вход элемента 19 ИЛИ-НЕ при- .водит синхронизатор в исходное состо ние .

Сигналы управлени  токами ключами, формируемые синхронизатором снимаютс  с выхода Вых.1 и Вых.2.

Токовый ключ работает следующим образом .

В исходном состо нии на вход 2 поступает высокий уровень напр жени , при этом транзистор 22 старым, транзисторы 24. 25 закрыты. При наличии сигнала низкого

5 уровн  на входе 2 транзистор 23 закрываетс  и открываютс  транзисторы 24, 25, при этом транзистор 25 переходит в состо ние высокой проводимости он переключает напр жение поступающее на вход 1 - на выход

0 ключа.

Резистор 28 и диоды 30, 31 задают сме- шание транзистору 24, а диоды 32, 33 предотвращают работу транзистора 25 в режиме насыЩени .

5 Таким образом, изменение приемного сигнала в противофазе с сигналами после воздействи  второй ступеньки напр жени  позвол ет наиболее полно повысить соотношение сигнал/шум и обеспечить до0 стижение положительного эффекта, т.е. повысить эффективность компенсации свободных , колебаний пьезопластины и подключить на прием однополупериодный отраженный сигнал.

Claims (2)

1. Приемно-излучающий тракт ультразвукового дефектоскопа, содержащий синхронизатор , источник питани , делитель напр жени  из двух последовательно сое0 диненных резисторов, пьезопластину, первый и второй диоды, усилитель, входом подключенный к аноду первого диода и первому электроду пьезоплзстины, и первый токовый ключ, подключенный первым вхо5 дом к первому выходу синхронизатора, а вторым входом - к шине положительного полюса источника питани , а анод второго Диода, первый вход делител  напр жени  и второй электрод пьезопластины подключе0 ны к шине отрицательного полюса источника питани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности контрол  за счет компенсации паразитных свободных колебаний пьезопластины, он снабжен кон5 денсатором, включенным между выходом делител  напр жени  и первым электродом пьезопластины, и вторым токовым ключом, первый вход которого св зан с вторым выходом синхронизатора, а выход - со сред0 ней точкой делител  напр жени , выхол первого токового ключа подключен ко. второму входу второго токового ключа и второму входу делител  напр жени , катод первого диода соединен с анодом второго

5 диода, а катод второго и анод первого диодов св заны с первым электродом пьезопластины .

2. Тракт по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, синхронизатор выполнен в виде последовательно соединенных генератора тзктовых импульсов, счетчика импульсов, дешифратора , блока выборки временных меток, первого триггера, элемента ИЛИ-НЕ и второго триггера, инвертора, включенного между выходом переполнени  счетчика импульсов и вторым входом первого триггера, и третьего триггера, первый вход которого св зан с выходом элемента ИЛИ-НЕ, выход переполнени  счётчика импульсов св зан с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, а второй и третий выходы блока выборки временных меток подключены соответственно к вторым входам второго и третьего триггеров, выходы которых  вл ютс  выходами синхронизатора .

З.Трактпоп. 1,отличающийс  тем, что каждый из токовых ключей выполнен из трех транзисторов, четырех резисторов и четырех диодов, эмиттеры первого и второ0

5

0

го транзисторов соединены через первый резистор с шиной отрицательного полюса источника питани , база первого транзистора  вл етс  вторым входом токового ключа и подключена через второй резистор к шине положительного полюса источника питани , к коллектору, через третий резистор к базе второго транзистора и через последовательно соединенный первый и второй диоды - к шине отрицательного полюса источника питани , коллектор второго транзистора соединен с катодами третьего и четвертого диодов, анод третьего диода соединен с коллектором третьего транзистора и  вл етс  выходом токового ключа, анод четвертого диода соединен с базой третьего транзистора , а через четвертый резистор - с эмиттером этого транзистора и  вл етс  первым входом токового ключа.

&. /

ФиаЗ