RU2504765C2 - Device for ultrasonic wave reception and emission with piezoelectric transducer - Google Patents
Device for ultrasonic wave reception and emission with piezoelectric transducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2504765C2 RU2504765C2 RU2011142197/28A RU2011142197A RU2504765C2 RU 2504765 C2 RU2504765 C2 RU 2504765C2 RU 2011142197/28 A RU2011142197/28 A RU 2011142197/28A RU 2011142197 A RU2011142197 A RU 2011142197A RU 2504765 C2 RU2504765 C2 RU 2504765C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistor
- output
- voltage
- capacitor
- piezoelectric transducer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к эхо-локации и может применяться в различных ультразвуковых устройствах, где в качестве приемоизлучателя используется пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП), например: в ультразвуковых дефектоскопах и толщиномерах, в медицинских ультразвуковых сканерах, а также в эхолотах и гидролокаторах.The invention relates to echo location and can be used in various ultrasonic devices, where a piezoelectric transducer (PEP) is used as a transceiver, for example: in ultrasonic flaw detectors and thickness gauges, in medical ultrasonic scanners, as well as in echo sounders and sonars.
Известно устройство для ультразвукового контроля материалов (US 2398701 G01N 29/04, 16.04.1946), содержащее источник напряжения, к которому последовательно подключены в указанной очередности резистор, конденсатор и ПЭП, электронный ключ, подключенный к точке соединения резистора и конденсатора, схема управления, выход которой подключен к управляющему входу электронного ключа.A device for ultrasonic testing of materials (US 2398701 G01N 29/04, 04.16.1946), comprising a voltage source, to which a resistor, a capacitor and a probe are connected in series, an electronic key connected to the connection point of the resistor and capacitor, a control circuit, the output of which is connected to the control input of the electronic key.
Недостатком данного устройства является то, что для приема отраженных ультразвуковых волн необходимо вводить цепи высоковольтной развязки между ПЭП и низковольтным приемно-усилительным трактом, что ухудшает качество принимаемого сигналаThe disadvantage of this device is that to receive the reflected ultrasonic waves, it is necessary to introduce a high-voltage isolation circuit between the probe and the low-voltage receiving-amplifying path, which affects the quality of the received signal
Прототипом заявленного изобретения является устройство для ультразвукового контроля трубопроводов (патент РФ RU 2224247 от 20.02.2004. МПК G01N 29/04), содержащее источник напряжения, к которому подключены последовательно в указанной очередности первый резистор, конденсатор и второй резистор, ПЭП, одним своим выводом соединенный с «землей» источника напряжения, электронный ключ, подключенный одним выводом к точке соединения первого резистора с конденсатором, а вторым выводом к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен с «землей» источника напряжения, схему управления, выход которой подключен к управляющему входу электронного ключа, два встречно-параллельных диода, включенных параллельно третьему резистору, и приемно-усилительный тракт, вход которого подключен к первому выводу второго резистора.The prototype of the claimed invention is a device for ultrasonic inspection of pipelines (RF patent RU 2224247 from 02.20.2004. IPC G01N 29/04), containing a voltage source, to which the first resistor, capacitor and second resistor, PEP, are connected in series with one output connected to the ground of the voltage source, an electronic switch connected by one output to the connection point of the first resistor with the capacitor, and the second output to the first output of the third resistor, the second terminal of which is connected to the ground lei ”of the voltage source, the control circuit, the output of which is connected to the control input of the electronic key, two counter-parallel diodes connected in parallel with the third resistor, and a receiving-amplifying path, the input of which is connected to the first output of the second resistor.
Основным недостатком прототипа является неэффективное использование напряжения источника питания, т.к. максимальный перепад напряжения на ПЭП при генерации ультразвуковой волны не превышает напряжения источника питания.The main disadvantage of the prototype is the inefficient use of the voltage of the power source, because the maximum voltage drop across the probe when generating an ultrasonic wave does not exceed the voltage of the power source.
Задачей изобретения является повышение эффективности использования напряжения источника питания.The objective of the invention is to increase the efficiency of using the voltage of the power source.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования напряжения источника питания, за счет создание перепада напряжения на ПЭП для генерации ультразвуковой волны, превышающего напряжение источника питания.The technical result of the invention is to increase the efficiency of using the voltage of the power source by creating a voltage drop across the probe to generate an ultrasonic wave in excess of the voltage of the power source.
Технический результат достигается за счет того, что устройство, содержащее источник напряжения, к которому подключены последовательно в указанной очередности первый резистор, конденсатор и второй резистор, пьезоэлектрический преобразователь, одним своим выводом соединенный с «землей» источника напряжения, электронный ключ, подключенный одним выводом к точке соединения первого резистора с конденсатором, а вторым выводом к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен с «землей» источника напряжения, схему управления, выход которой подключен к управляющему входу электронного ключа, два встречно-параллельных диода, включенных параллельно третьему резистору, и приемно-усилительный тракт, вход которого подключен к первому выводу третьего резистора, оно выполнено с возможностью создания на пьезоэлектрическом преобразователе перепада напряжения, превышающего напряжение источника питания, для генерации ультразвуковой волны за счет включения индуктивности, один из выводов которой подключен к точке соединения конденсатора и второго резистора, а второй вывод - к свободному выводу пьезоэлектрического преобразователя.The technical result is achieved due to the fact that a device containing a voltage source, to which a first resistor, a capacitor and a second resistor are connected in series in a specified sequence, a piezoelectric transducer connected with the ground of the voltage source with one output, an electronic switch connected with one output to the connection point of the first resistor with a capacitor, and the second terminal to the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the "ground" of the voltage source, the control circuit The output, whose output is connected to the control input of the electronic key, two counter-parallel diodes connected in parallel with the third resistor, and a receiving-amplifier path, the input of which is connected to the first output of the third resistor, is configured to create a voltage drop on the piezoelectric transducer exceeding the voltage a power source for generating an ultrasonic wave due to the inclusion of an inductance, one of the terminals of which is connected to the connection point of the capacitor and the second resistor, and the second swarm output - to the free output of the piezoelectric transducer.
На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства.Figure 1 shows a schematic diagram of a device.
1 - электронный ключ,1 - electronic key,
2 - конденсатор,2 - capacitor
3 - источник напряжения,3 - voltage source,
4 - первый резистор,4 - the first resistor,
5 - второй резистор,5 - second resistor,
6 - схема управления,6 is a control diagram,
7 - ПЭП,7 - probes,
8 - индуктивность,8 - inductance
9 - третий резистор, 10-9 - third resistor, 10-
первый диод,first diode
11 - второй диод,11 - second diode,
12 - приемно-усилительный тракт12 - receiving and amplifying path
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В исходном состоянии электронный ключ 1 разомкнут, а конденсатор 2, подключенный к источнику напряжения 3 через первый резистор 4 и второй резистор 5 заряжен до напряжения источника U. По сигналу схемы управления 6 электронный ключ 1 замыкается и потенциал обкладки А конденсатора 2 становится равным UD (напряжение открытого диода), а потенциал его обкладки В становится равным минус (U-UD). Конденсатор 2 начинает разряжаться на собственную емкость ПЭП 7 через индуктивность 8, замкнутый электронный ключ 1, третий резистор 9 и диоды 10 и 11. В момент времени, когда напряжение на конденсаторе 2 становится равным нулю, напряжение на ПЭП 7 достигает уровня минус (U-UD), а ток в индуктивности 8 достигает максимального значения и начинает заряжать емкость ПЭП 7 до максимального отрицательного напряжения, величина которого при отсутствии затуханий могла бы достичь уровня минус 2(U-UD). Но даже с учетом затухания, перепад напряжения на ПЭП значительно превышает напряжение источника питания. Далее в колебательном контуре конденсатор 2 -индуктивность 8 - емкость ПЭП 7 развивается автоколебательный процесс с частотойIn the initial state, the electronic switch 1 is open, and the capacitor 2 connected to the voltage source 3 through the first resistor 4 and the second resistor 5 is charged to the voltage of the source U. By the signal of the control circuit 6, the electronic switch 1 closes and the potential of the capacitor plate A of the capacitor 2 becomes equal to UD ( open diode voltage), and the potential of its lining B becomes equal to minus (UU D ). Capacitor 2 begins to discharge to its own capacitance in probe 7 through inductance 8, a closed electronic switch 1, third resistor 9, and diodes 10 and 11. At the time when the voltage across capacitor 2 becomes zero, the voltage across probe 7 reaches minus (UU D ), and the current in inductance 8 reaches its maximum value and begins to charge the capacitance of the probe 7 to the maximum negative voltage, the value of which in the absence of attenuation could reach a level of minus 2 (UU D ). But even taking into account the attenuation, the voltage drop across the probe significantly exceeds the voltage of the power source. Further, in the oscillatory circuit, the capacitor 2 - inductance 8 - capacitance of the probe 7 develops a self-oscillating process with a frequency
где L - величина индуктивности 8,where L is the magnitude of the inductance 8,
С - емкость конденсатора 2,C is the capacitance of the capacitor 2,
СПЭП - собственная емкость ПЭП 7,With PEP - own capacity of PEP 7,
и ПЭП излучает ультразвуковую волну с экспоненциально затухающей амплитудой. При этом в любой момент времени напряжение на третьем резисторе 9 не может выйти за пределы плюс-минус UD, где UD - напряжение открытого диода, обеспечивая безопасное сопряжение с низковольтным входом приемно-усилительного тракта 12.and the probe emits an ultrasonic wave with an exponentially decaying amplitude. Moreover, at any moment of time, the voltage at the third resistor 9 cannot go beyond the plus or minus U D , where U D is the voltage of the open diode, ensuring safe pairing with the low-voltage input of the receiving-amplifying path 12.
После полного затухания колебаний устройство готово к приему отраженных ультразвуковых волн. ПЭП преобразует падающую на него ультразвуковую волну в электрические колебания, которые поступают через индуктивность 8, конденсатор 2 и замкнутый электронный ключ 1 на третий резистор 9 и далее в приемно-усилительный тракт 12. После завершения приема отраженных волн схема управления 6 размыкает электронный ключ 1, и устройство возвращается в исходное состояние.After the oscillations are completely damped, the device is ready to receive reflected ultrasonic waves. The probe converts the ultrasonic wave incident on it into electrical vibrations that enter through the inductance 8, the capacitor 2, and the closed electronic switch 1 to the third resistor 9 and then to the receive-amplifier path 12. After the reception of the reflected waves is completed, the control circuit 6 opens the electronic switch 1, and the device returns to its original state.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011142197/28A RU2504765C2 (en) | 2011-10-19 | 2011-10-19 | Device for ultrasonic wave reception and emission with piezoelectric transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011142197/28A RU2504765C2 (en) | 2011-10-19 | 2011-10-19 | Device for ultrasonic wave reception and emission with piezoelectric transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011142197A RU2011142197A (en) | 2013-04-27 |
| RU2504765C2 true RU2504765C2 (en) | 2014-01-20 |
Family
ID=49151982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011142197/28A RU2504765C2 (en) | 2011-10-19 | 2011-10-19 | Device for ultrasonic wave reception and emission with piezoelectric transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2504765C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU658469A1 (en) * | 1977-12-22 | 1979-04-25 | Предприятие П/Я Р-6303 | Ultrasonic differential piezoelectric transducer |
| RU2436U1 (en) * | 1995-05-17 | 1996-07-16 | Государственное малое предприятие "Взлет" | SENSOR FOR ULTRASONIC FLOW METER |
| RU2224247C1 (en) * | 2003-03-27 | 2004-02-20 | ЗАО "Нефтегазкомплектсервис" | Ultrasonic flaw detector ( variants ) |
| RU38232U1 (en) * | 2004-02-17 | 2004-05-27 | Открытое акционерное общество "Калужский завод "Автоприбор" | ULTRASONIC TRANSMITTER |
| US7538473B2 (en) * | 2004-02-03 | 2009-05-26 | S.C. Johnson & Son, Inc. | Drive circuits and methods for ultrasonic piezoelectric actuators |
| JP4728728B2 (en) * | 2005-07-26 | 2011-07-20 | スミダコーポレーション株式会社 | Ultrasonic sensor |
-
2011
- 2011-10-19 RU RU2011142197/28A patent/RU2504765C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU658469A1 (en) * | 1977-12-22 | 1979-04-25 | Предприятие П/Я Р-6303 | Ultrasonic differential piezoelectric transducer |
| RU2436U1 (en) * | 1995-05-17 | 1996-07-16 | Государственное малое предприятие "Взлет" | SENSOR FOR ULTRASONIC FLOW METER |
| RU2224247C1 (en) * | 2003-03-27 | 2004-02-20 | ЗАО "Нефтегазкомплектсервис" | Ultrasonic flaw detector ( variants ) |
| US7538473B2 (en) * | 2004-02-03 | 2009-05-26 | S.C. Johnson & Son, Inc. | Drive circuits and methods for ultrasonic piezoelectric actuators |
| RU38232U1 (en) * | 2004-02-17 | 2004-05-27 | Открытое акционерное общество "Калужский завод "Автоприбор" | ULTRASONIC TRANSMITTER |
| JP4728728B2 (en) * | 2005-07-26 | 2011-07-20 | スミダコーポレーション株式会社 | Ultrasonic sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011142197A (en) | 2013-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Guyomar et al. | Synchronized switch harvesting applied to selfpowered smart systems: Piezoactive microgenerators for autonomous wireless transmitters | |
| Garcia-Rodriguez et al. | Low cost matching network for ultrasonic transducers | |
| CN106053614B (en) | The electromagnet ultrasonic changer and its component parameter design method of modified LCL resonance circuits | |
| JP2014503072A (en) | Improvements in or related to ultrasonic generators and methods of generating ultrasonic waves | |
| Leung et al. | Wireless electric power transfer based on Acoustic Energy through conductive media | |
| US9453909B2 (en) | Ultrasonic pulse-echo ranging device | |
| Pertsch et al. | An intelligent stand-alone ultrasonic device for monitoring local structural damage: implementation and preliminary experiments | |
| RU2504765C2 (en) | Device for ultrasonic wave reception and emission with piezoelectric transducer | |
| CN104154961A (en) | Emission device and method capable of reducing work blind areas of ultrasonic energy converter | |
| Zhao et al. | Energy harvesting from harmonic and noise excitation of multilayer piezoelectric stacks: Modeling and experiment | |
| Svilainis et al. | Electronics for ultrasonic imaging system | |
| RU123963U1 (en) | DEVICE FOR RADIATION AND RECEIVING OF ULTRASONIC WAVES WITH A PIEZOELECTRIC CONVERTER | |
| CN106093821A (en) | The examination calibration equipment of a kind of ultrasound wave partial discharge monitoring system and method | |
| CN105004930B (en) | A kind of novel microwave sounding method and device and application | |
| US20080278036A1 (en) | Multi-Layer Gas Matrix Piezoelectric Composite Transducer | |
| Hidayat et al. | MOSFET-based high voltage short pulse generator for ultrasonic transducer excitation | |
| Leung et al. | Theoretical modeling and analysis of a wireless Ultrasonic Power Transfer system | |
| Boyle et al. | Non-contact thermoacoustic imaging of tissue with airborne ultrasound detection | |
| RU102270U1 (en) | PARAMETRIC ECHO Sounder | |
| RU2363550C1 (en) | Device for exciting and damping oscillations of piezoelectric transducer (versions) | |
| JP2020197512A (en) | Aerial ultrasonic inspection device | |
| Pandiyan et al. | Understanding far field ultrasonic power transmission for automobile sensor networks in free space | |
| CN203337613U (en) | Hydrogen sensor with ultrasonic waves | |
| Mondragon et al. | Transceiver system for obstacle detection based on bat echolocation with air-coupled pulse-echo ultrasound | |
| Huan et al. | Design of a miniaturised ultrasonic guided wave inspection instrument for steel strand flaw detection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner |