Фазовращатель к устройству неразрушающего контроля

 

Изобретение относится к неразру тающему контролю и может быть использовано в вихретоковой дефектоскопии и в измерительной технике для изменения фазы синусоидальных сигналов . Целью изобретения является повышение точности установки фазы в широком диапазоне ее изменений и увеличение частотного диапазона работы фазовращателя, принцип действия которого состоит в суммировании ;В сумматоре 18 синусоидальных сигналов, поступающих с цифроаналоговых U8x преобразователей 6 и 7, опорные входы которых подключены к формирователю квадратурных напряжений через ключи 2 - 5.. Плавное изменение фазы выходного напряжения осуществляется автоматически в зависимости от кода, устанавливаемого на выходе реверсивного счетчика 10, режим счета которого устанавливается логическими схемами И 1 2 , 16 и ИЛИ 13, 14 и 3 адат.чиком 8 режима. Переключение квадратурных составляющих производится сигналом реверсивного регистра 17, сдвигающий импульс на вход которого поступает Со схемы 13 в конце каждого цикла работы, определяемого разрядностью счетчика 10. Использование фазовращателя к устройству неразрушающего контроля позволяет автоматизировать выбор и установку требуемых фазовых соотношений сигналов и тем самым оперативно обеспечить отстройку от влияния мешающих факторов для заданного режима контроля. 3 ил. i сл 00. 05 о сл

СО)ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1!) (5)) 4 G 01 N 27/90

: — —.

В(, .,=-:;-,,, .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ";,„;..1

КЩ;(р

Н ABTOPCHOf4V СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4098034/25-28 ,(22) 20.05.86 (46) 30.12.87, Бил.Р 48 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) Ю.С.Калинин и В.С.Папшин (53) 620.179.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

iY- 352481, кл. G 01 11 97/90, 1969. (54) ФАЗОВРАЩАТЕ31Ь К УСТРОЙСТВУ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЗИ (5?) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано в вихретоковой дефектоскопии и в измерительной технике для изменения фазы синусоидальных сигналов. Целью изобретения является повышение точности установки фазы в широком диапазоне ее изменений и увеличение частотного диапазона работы фазовращателя, принцип действия которого состоит в суммировании

-в сумматоре 18 синусоидальньгх сигналов, поступающих с цифроаналоговых и преобразователей 6 и 7, опорные входы которых подключены к формирователю квадратурных напряжений через ключи

2 — 5. Плавное изменение фазы выходного напряжения осуществляется автоматически в зависимости от кода, устанавливаемого на выходе реверсивного счетчика 10, режим счета которого устанавливается логическими схемами И 12, 16 и ИЛИ 13, 14 и задатчиком

8 режима. Переключение квадратурных составляющих производится сигналом реверсивного регистра 17, сдвигающий импульс на вход которого поступает со схемы 13 в конце каждого цикла работы, определяемого разрядностью счетчика 10. Использование фазовращателя к устройству неразрушающего контроля позволяет автоматизировать выбор и установку требуемых фазовых соотношений сигналов и тем самым оперативно обеспечить отстройку -от влияния мешающих факторов для заданного режима контроля. 3 ил.

1 13

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий методом вихревых токов и может также быть использовано в измерительной технике для измерения фазы синусоидальных си налов.

Цель изобретения — повышение точности установки фазы в широком диапазоне ее изменения и широком диапазоне рабочих частот эа счет возможности автоматической установки требуемого значения фазы по сигналам внешних устройств и использования средств . цифровой техники.

На фиг.l представлена структурная схема фазовращателя к устройству неразрушающего контроля; на фиг.2— векторные диаграммы; на фиг.3 — диаграммы напряжения, поясняющие принцип действия фазовращателя.

Фазовращатель содержит формирователь 1 квадратурных опорных напряжений, четыре ключа 2 — 5, входы которых подключены к выходам формирователя 1, первый и второй цифроаналоговые,преобразователи (ЦАП) 6 и 7, входы которых подключены соответственно к выходам первого и третьего ключей 2,4 и второго и четвертого ключей 3,5, последовательно соединенные эадатчик 8 режима, тактовый генератор 9, реверсивный счетчик 10 инвертор ll кода, первую схему И 12, первую схему ИЛИ 13, вторую схему

ИЛИ 14 и триггер 15 управления реверсом, выход которого подключен к второму входу реверсивного счетчика 10, вторую схему И 16, вход которой связан с выходом реверсивного счетчика

10, а выход — с вторым входом первой схемы ИЛИ 13, реверсивный регистр 17, первый вход которого подключен к второму выходу второго задатчика 8 режима и второму входу второй схемы

ИЛИ 14, второй вход — к выходу первой схемы ИЛИ 13, а выходы — к управляющим входам ключей 2 — 5, и последовательно соединенные сумматор 18, входы которого подключены к выходам ЦАП

6,7, и стабилизатор 19 амплитуды, .а управляющие входы ЦАП 6 и 7 подключены соответственно к выходам реверсивного счетчика 10 и инвертора 11 кода.

Устройство работает следующим образом.

Входнои сигнал U, .относительно которого происходит сдвиг. фазы сигна63051

45

;счетчика 10, поступают на сумматор

18, на выходе которого образуется результирующий сигнал (вектор) с фа55 зой, определяемой для каждого цикла работы (квадранта) как

1г

40 ла U ö„ (ôèã.l), подается на вход формирователя 1 квадратурных синусоидальных напряжений, с выхода которего снимаются четыре сигнала U

U (вектора), сдвинутые последовательно один относительйо другого на

90 (фиг.2). Квадратурные напряжения подаются на соответствующие входы ключей 2 — 5. В момент включения схемы реверсивный регистр 17 и триггер 15 управления реверсом по сигналу задатчика 8 режима устанавливается в исходное состояние, при котором на выходах реверсивного регистра 17 устанавливается сигнал "1", открывающий первый и второй ключи 2 и 3. На выходах III, IV- реверсивного регистра

17 устанавливаются сигналы "0", закрывающие третий и четвертый ключи

4 и 5. Квадратурные напряжения U, и U через открытые ключи 2 и 3 по ступают на опорные входы ЦАП 6 и 7.

По сигналу задатчика 8 реверсивный регистр 17 переводится в режим прямого или реверсивного сдвига информации, а триггер. 15 управления реверсом через вторую схему ИЛИ 14 устанавливает прямой или обратный режим счета реверсивного счетчика 10.

Рассмотрим случай изменения фазы выходного сигнала Пы„ в прямом направлении, показанном на векторной диаграмме фиг.2а (вектор Б„,ц, перемещается относительно U „ против часовой стрелки). Фазовращатель имеет четыре цикла работы, показанные на фиг.3. Одновременно с установкой реверсивного регистра 17 и триггера 15 управления реверсом на заданный режим изменения фазы задатчик 8 подключает тактовый генератор 9 к счетному входу реверсивного счетчика 10 на выходе которого образуется п-разрядный двоичный код, поступающий на

ЦАП 6, инвертор 11 кода и схему И

16..Обратный двоичный код с выхода инвертора 11 кода поступает на ЦАП 7 и схему И 12. Квадратурные напряжения с ЦАП б и 7, пропорциональные прямому и обратному коду реверсивного переключает режим направления счета реверсивного счетчика 10. В результате сдвига реверсивного регистра 17 на управляющих входах ключей 3 и 4 образуются сигналы, открывающие указанные ключи. При этом на опорные входы ЦАП 6 и 7 подаются соответственно квадратурные напряжения U> и

U от формирователя 1 квадратурных напряжений, а триггер 15 обеспечивает требуемое изменение выходных напряжений ЦАП 6 и 7 во втором цикле (изменение фазы выходного сигнала от 90 до 180 )

При изменении фазы выходного напряжения на 180 должно произойти переключение квадратурных напряжений, поступающих на входы сумматора 18, как это показано на фиг.3 в третьем цикле, т.е, на входы сумматора 18 должны поступать квадратурные U> и

U4 . Подключение их обеспечивается за счет продвижения выходного кода реверсивного регистра 17 по сигналу от схемы И 16. Изменение состояния регистра происходит по следующей диаграмме:

Выход регистра 17

Цикл

Направление счета реверсивного счетчика 10 также синхронно изменяет ся на противоположное при помощи триггера 15 управления реверсом, переключающегося через первую и вторую схемы ИЛИ 13, 14 сигналом от схемы

И 16, В результате подключения в третьем цикле на входы сумматора 18 квадратурных напряжений U u U, меняюшихся по амплитудe в противоположном направлении в соответствии с кодом (фиг.З), выходной сигнал сумматора

18 плавно изменяется по фазе от 180 до 270 относительно входного сигназ 1363051 где — текущий сдвиг фазы напряжения на выходе сумматора; — текущее напряжение на выходе йап< первого ЦАП 6;.

U „ — текущее напряжение на выходе второго ЦАП 7.

Двоичный код с выхода реверсивного счетчика 10 обеспечивает в первом цикле работы фазовращателя линейное уменьшение на первом входе сумматора

18 квадратурного напряжения U, а обратный двоичный код с инвертора 11 кода обеспечивает линейное увеличение на втором входе сумматора 18 квадратурного напряжения U (фиг.3). Изменение напряжений на входах сумматора 18 происходит от 0 до У„, . При заданном законе изменения входных. йапряжений, поступающих на сумматор

18,,на его выходе образуется напряжение, сдвинутое по фазе по отношению к U „, причем при изменении на пряжения квадратуры U, от 11„ „ до

0 и соответственно напряжения квадра- 25 туры U> от 0 до U>><< фаза Выходно

ro напряжения сумматора 18 изменяетО ся от 0 до 90 с дискретностью

90 угла ь = „, где Ьу — дискрет ЗО ность изменения фазы; n — число разрядов реверсивного счетчика 10. При достижении фазы выходного напряжения о сумматора 18 90 для дальнейшего плавного изменения фазы в заданном направлении на входы сумматора 18 должны поступать квадратурные напряжения U u U, причем квадратурное напряжейие U должно увеличиваться

3 по амплитуде, а квадратурное напря- 40 жение U — уменьшаться пропорционально коду. с выхода реверсивного счетчика 10 (см. фиг.З). Соответствующее второму циклу работы фазовращателя подключение квадратурных 45 напряжений U,,U к входам сумматора ,18 происходит следующим образом..

При заполнении реверсивного счетчика 10 (момент достижения фазового сдвига 90 ) на выходе схемы И 12 50 образуется импульс, появление которого соответствует моменту перехода реверсивного счетчика 10 в нулевое состояние (выходы всех разрядов счетчика 10 переводятся в состояние "0").

Этот импульс через первую схему ИЛИ

13 производит сдвиг выходного кода реверсивного регистра 17 и через вторую схему ИЛИ 14 и триггер 15

I D III 1М

5 13 ла (совпадающего по фазе с квадратурным напряжением U ), причем фазовый сдвиг на 270 относительно входного о сигнала происходит в конце третьего цикла, соответствующего минимальному коду на выходе реверсивного счетчика

10, Образующийся в конце третьего цикла код через инвертор 11 кода и схему И 12 формирует импульс, сдвигающий реверсивный регистр 17 и переклю ающий триггер 15 управления ре. версом, чем обеспечивается подключение к входам сумматора 18 квадратур- ных напряжений U„ и U от формирователя 1 квадратурных напряжений и устанавливается направление счета реверсивного счетчика 10. Этот режим соответствует четвертому циклу работы фазовращателя, при котором фаза на.. пряжения на выходе сумматора 18 изменяется плавно (с определенной степенью дискретности, определяемой числом разрядов выходного кода реверсивного счетчика 10) от 270 до о

360 . После достижения фазы выходного напряжения сумматора относительно

11 „ 360 происходит переКлючение квадратурных напряжений, после чего процесс изменения фазы повторяется— устанавливается режим, соответствующий первому циклу работы, описанному вьппе. Схемы И 12, 16 обеспечивают переключение реверсивного регистра .

17 и реверсивного счетчика 10 и исключают разрывы сигналов на выходе

ЦАП 6 и 7 в точках перехода значения фазы выходного сигнала, кратных

Изменение фазы выходного напряже" ния относительно входного в общем случае можно определить по формуле:

Х 360

Ч=

22Р, .х

t где 1 „ — время команды, за которое происходит изменение фазы, с; — частота тактового генератора, Гц.

Выходной сигнал сумматора 18 при измененйи фазы от 0 до 360 имеет некоторую модуляцию по амплитуде, которая устраняется. стабилизатором

19 амплитуды.

Работа фазовращателя для случая изменения фазы выходного сигнала в обратном (реверсивном) направлении показана на векторной диаграмме

63051

6 фиг.2б (вектор U перемещается отновых сительно U „ по часовой стрелке)..

В этом случае по сигналу задатчика

8 реверсивный регистр 17 устанавливается в состояние реверсивного сдвига выходного кода, а триггер 15 управления реверсом через вторую схему

ИЛИ 14 устанавливается в положение, 10 обеспечивающее заданное направление счета реверсивного счетчика 10. При этом в первом цикле работы фазовращателя (изменение фазы происходит от 0 до -90 ) на вход сумматора 18

15 подключаются квадратурные напряжения и U4 амплитуды которых с выходов

Бф1 6 и 7 изменяются в противоположном направлении за цикл изменения кои да от 0 до 2 на выходе реверсивно20 го счетчика 10.. При изменении фазы

1 о на выходе сумматора до -90 происходит подключение на входы сумматора

18 соответственно квадратурных напряжений Ц и Ц, которые подключа25 ются за счет изменения выходного кода реверсивного регистра 17, вызванного поступлением на его продвигающий вход импульса схемы И 12 через схему ИЛИ 13. Устанавливается второй

30 цикл работы фазовращателя, при котором фаза выходного напряжения суммао тора изменяется от -90 до -180

Третий цикл работы фаэовращателя устанавливается при достижении фазы о

З5 выходного напряжения -180, причем на входы сумматора 18 подаются квадратурные напряжения U > и U, а направление счета реверсивного счетчика 10 устанавливается по сигналу

gp схемы И 16 через схемы ИЛИ 13, 14.

При заданном изменении амплитуд квадратурных напряжений U> и Uz на входах сумматора 18 фаза сигнала на его выходе плавно меняется и в

О

15 конце цикла достигает -270 ..Образующийся сигнал на выходе схемы И 12 обеспечивает переключение фазовраща- . теля в режим четвертого цикла, при котором на входах сумматора 18 сумми5р руются квадратурные напряжения U, и подключение которых производится за счет изменения выходного кода реверсивного регистра 17, включающего ключи 2 и 3. В четвертом цикле работы

55 фазовращателя происходит измененце фазы выходного сигнала от -270 до

-360

Таким образом, за четыре цикла работы фазовращателя происходит плав10

25

40

7 13 ное изменение фазы (с определенной о степенью дискретности) от 0 до 360 .

Заданное значение фазы выходного напряжения относительно U „ устанавливается по сигналу задатчика 8 режима и может изменяться в пределах от 0 до о

360 с дискретностью

90 Ч=

Переход от прямого к реверсивному изменению фазы выходного напряжения производится по сигналу задатчика

8, задающего направление изменения фазы и установление ее требуемого значения.

Фазовращатель является одним из основных блоков устройств вихретокового неразрушающего контроля и оказывает существенное влияние на способ обработки сигнала с электромагнитного преобразователя, отстройку от влияния мешающих факторов, на представление результатов контроля на индикаторе в системе Х-Y т,е, суще1 ственно определяет построение структурной схемы устройства. Разработка современных средств неразрушающего контроля, например, дефектоскопов, контролирующих материалы в широком диапазоне изменения их электропроводности, требует соответственно широкого диапазона рабочих частот, а требование автоматической отстройки от мешающих факторов и автоматической настройки на режим контроля приводит к необходимости автоматической установки фазы с заданной точностью в широком диапазоне ее изменений (от

0 до 360 ) °

Предлагаемый фазовращатель z устройству неразрушающего контроля может быть использован при построении универсальных устройств для контроля изделий в широком диапазоне изменений его электромагнитных параметров и позволяет автоматически устанавливать и поддерживать требуемое значе63051 8 ние фазы контроля в зависимости от выбранного режима и тем самым обеспечить отстройку от влияния мешающих

5 факторов для заданного режима контроля в устройствах неразрушающего контроля.

Формула и з обретения

Фазовращатель к устройству неразрушающего контроля, содержащий формирователь квадратурных опорных напряжений и сумматор, о т л и ч а ю— шийся тем, ч то, с целью повышения точности установки фазы в широком диапазоне ее изменения и широком диапазоне рабочих частот, он снабжен четырьмя ключами, информационные входы которых подключены к выходам фор-. мирователя, первым и вторым цифроаналоговыми преобразователями, входы которых подключены соответственно к выходам первого и третьего ключей и второго и четвертого ключей, а их выходы — к входам сумматора, последовательно соединенными задатчиком режима, тактовым генератором, реверсивным счетчиком, инвертором кода, первой схемой И, первой схемой ИЛИ, второй схемой ИЛИ и триггером управления реверсом, выход- которого подключен к второму входу реверсивного счетчика, второй схемой И, вход которой связан с выходом реверсивного счетчика, а выход — с вторым входом первой схемы ИЛИ, реверсивным регистром, первый вход которого подключен к второму выходу задатчика режима и второму входу второй схемы ИЛИ, второй вход — к выходу первой схемы ИЛИ, а его выходы — соответственно к управляющим входам ключей и стабилизатором амплитуды, вход которого подключен к выходу сумматора, а управляющие входы первого и второго цифроаналоговых преобразователей подключены соответственно к выходам реверсивного счетчика и инвертора кода.

1363051

Составитель И.Рекунова

Редактор И.Рыбченко Техред А. Кравчук Корректор М.Пожо, Заказ 6397/33

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 ° Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4