Система акустического изображения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для визуализации внутренней структуры непрозрачных объектов. Цель изобретения - повьппеьше разрешающей способности - достигается за счет повышения точности установки фазовых сдвигов между детектирующиьш сигналами путем использования аналоговой системы управления фазовращателями . Система акустического изображения представляет собой электронную систему сканирования акустической антенной решетки 1.1-1.п« С помощью синхронных детекторов 2.1-2.П,.линий 4.1-4.2п задержки, генератора 7 синусоидального напряжения, блока 8 управления, п D-триггеров 11.1-ll.n осуществляется определенное соотношение между фазами зондирук цих сигналов и опорных, которые использ тотся при синхронном детектировании отралсенного сигнала. 2 ил. to сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (51)4 G 01 М 29/04.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЪ|Й ХОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ (21) 4234321/24-28 (22) 27.04.87 (46) 23. 11.88. Бюл. У 43 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) С.М.Маевский и А.С.Кияшко (53) 620.179 ° 16 (088.8) (56) Патент,США У 4155260, кл. G 01 Н 29/00, 1979. (54) СИСТЕМА АКУСТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для визуализации внутренней структуры непрозрачных объектов. Цель изобретения — повышение разрешающей

„„80„, 1439486 способности — достигается эа счет повышения точности установки фазовых сдвигов между детектирукнцими сиг налами путем использования аналоговой системы управления фаэовращателями. Система акустического изображения представляет собой электронную систему сканирования акустической антенной решетки 1.1-1.п С помощью синхронных детекторов 2.1-2.п .линий

4.1-4.2п задержки, генератора 7 синусоидального напряжения, блока 8 управления, n D-триггеров 11.1-11.п осуществляется определенное соотношение между фазами зондирукВцих сигналов и опорных, которые используются при синхронном детектировании отраженного сигнала. 2 ил.

1439486

2 и d ь

° зл.п О

50 где — порядковый номер фазовращателя из ряда фазовращателей

9„1, 9.3, 9.5,..., 9. (2n-1);

d — период решетки преобразователей, jl - длина волны ультразвука в ис55 следуемом объекте, — угол отклонения главного лепестка ДН.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для визуализации внутренней структуры и дефектоскопии промышленных изделий, а также в медицине для диагностики.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности за счет повьш ения точности установки фазовых сдвигов между детектирующими сигналами путем использования аналоговой системы управления фазовращателями.

На фиг.1 представлена блок-схема системы акустического изображения; на фиг.2 — временные диаграммы фор1 мирования зондирующих импульсов.

Система акустического изображения содержит и преобразователей 1. 1-1,п ! ультразвуковой фазированной решетки, 2п синхронных детекторов 2. 1-2.2п, 2п фильтров 3. 1-3.2п нижних частот, 2п линий 4.1-4.2п задержки, два сумматора 5. 1 и 5.2, арифметический блок 6, генератор 7 синусоидального напряжения, блок 8 управления, 2п фазовращателей 9.1-9.2п, и формирователей 10.1-10.п импульсов, n Dтриггеров 11.1-11.n, n аналоговых ключей 12.1-12.п. 30

Система акустического изображенв;я работает следующим образом.

Выходной сигнал генератора 7 си.— нусоидального напряжения непрерывно поступает на фазовращатели 9.1, 9.3, 9.5,..., 9(2n-1) . Каждый из фазовращателей может сдвигать по фазе входной сигнал в диапазоне от

0 до 2 . Для отклонения главного лепестка диаграммы направленности (ДН) решетки преобразователей 1.11„n на угол 8 относительно нормали к поверхности решетки фазовые сдвиги, вводимые фаэовращателями 9.1, 9.3,..., 9.(2п-1) определяются по 45 формуле

Значения требуемых фазовых сдвиг0B 4f устанавливаются с помощью блока 8 управления. Фазовращатели 9.2, 9.4, 9.6,..., 9.2п сдвигают по фазе о сигнал только на 90

Формирователи 10.1-10.п импульсов преобразуют синусоидальный сигнал в импульсный, причем состояние логической переменной "1" соответствует положительной полуволне синусоиды, а состояние логической переменной

"0" — отрицательной полуволне. На фиг.2 приведены временные диаграммы формирования зондирующих импуль=ов.

Сигналом разрешения формирования зондирующего сигнала решетки преобразователей 1. 1-1.п является одиночный прямоугольный импульс на (2п+1)-м выходе блока 8 управления, который поступает на D-вход первого D-триггера 11.1. Длительность этого одиночного импульсного сигнала равна целому числу периодов генератора 7 синусоидального напряжения. Длительности импульсных сигналов преобразователей

1.1-1.ri решетки равны длительности (2n+1)-r o выходного сигнала блока 8 управления. D-триггеры 11.1-11.п передают íà выход логический сигнал, присутствующий на D-входе, только в момент переходе иэ "0" в "1" импульсного сигнала на С-входе. Во время, соответствующее значению логической переменной " 1" на управляющем входе аналогового ключа 12.1-12.п этот ключ открыт. Таким образом, на выходе каждого из аналоговых ключей 12.1-12.г формируется импульсный электрический сигнал требуемой длительности. Преобразователи 1 ультразвуковой фазированной решетки осуществляют преобразование электрических сигналов, поступающих с выходов аналоговых ключей 12.1-12.п в ультразвуковые сигналы, которые распространяются в исследуемом объекте. При этом сформируется ультразвуковая волна с узкой

ДН. Отраженные от дефекта среды или границы раздела сред ультразвуковые эхо-сигналы достигают преобразователей 1.1-1.п решетки и преобразуются в электрические сигналы. Выходной сигнал каждого из и преобразователей

1.1-1.п решетки поступает параллельно на два синхронных детектора. Непрерывные синусоидальные сигналы фазовращателей 9.1-9.2п используются в качестве детектирующих сигналов

1439486 синхронных детекторов 2. 1-2, 211 ° Фазовый сдвиг между детектирующими сиг- налами соответственно первого и 13toporo, третьего и четвертого, (2n-1)-ro и 2n-ro синхронных детеко торов 2 равен 90, так как фазовращатели 9.2, 9.4, 9.6,..., 9.2п сдвио гают по фазе сигнал только на 90

Таким образом, осуществляется ортогональная обработка эхо-сигналов ультразвуковой фазированной решетки.

Напряжение:.а выходе синхронного детектора 2 пропорционально произведению входного и детектирующего сигналов синхронного детектора 2. Если при отклонении ультразвукового пучка решетки на определенный угол Р относительно нормали к решетке излучаемый сигнал i-го преобразователя 1.i решетки опережал по фазе излучаемый сигнал (+1)-го преобразователя 1.l+1 решетки на значение то при .приеме эхо-сигнал i-ro преобразователя 1.i решетки отстает по фазе от эхо-сигнала (i+1)-го преобразователя 1.(i+1) решетки ча значение (,, где i = 1, 2,..., и. Детектирующими сигналами первого, третьего, пятого,..., (2n-i)-го синхронных детекторов 2 являются выходные сигналы соответственно (2п-1)-го .(2п-3)-ro, ...„ третьего, первого фазовращателей 9, которые также использовались для формирования излучаемых сигналов соответственно n-ro (г.-1)-.го, ..., первого преобразователей 1 решетки. Следовательно, соблюдается равенство фазового сдвига между входным и детектирующим сигналами первого синхронного детектора 2.1 фазовому сдвигу между входным и детектирующим сигналами третьего синхронного детектора 2.3 фазовому сдвигу между входным и детектирующим сигналами (2п-1)-ro синхронного детектора 2.2п-1. Аналогично, соблюдается равенство фазовых сдвигов между входными и детектирующими сигналами второго, четвертого,..., 2n-ro синхронных детекторов.

Фильтры 3.1-3.2п -нижних частот выделяют низкочастотную составляющую в выходных сигналах соответствующих синхронных детекторов 2. 12.2п. Уровень выходного напряжения фильтров 3.1-3.2п нижних частот пропорционален значению сози),, гдето л, d slt18 (., =.1

С (2) 15 где i — порядковый номер пары ЛЗ из ряда пар ЛЗ: 4.1 и 4.2, 4.3 и 4.4,...,п, 4.(2п-1) и 4.2п;

d — период решетки преобразователей; о — угол отклонения главного лепестка ДН относительно нормали к решетке, С вЂ” скорость ультразвука в ис25 следуемом объекте.

Определение зна .ений требуемых временных задержек осуществляет блок 8 управления. В первом сумматоре 5.1 суммируются сигналы с выЗ0 ходов первой, третьей,..., (2n-1)-й линий 4 задержки. Второй сумматор

5.2 суммирует выходные сигналы второй, четвертой,..., 2п-й линий 4 задержки. Арифматический блок 6 обрабатывает полученные две суммь по следующей формуле

20 (3) 40 где Ueblx значение на выходе аРифметиче..-..кого блока 6;

U . — значение на выходе первого сумматора 5.1;

U — значение на выходе второ45 ro сумматора 5.2.

Выходной сигнал арифметического блока 6 представляет собой видеосигнал, который может быть использован в электронно-лучевой трубке или в дисплее для визуальной индикации

50 % точек объекта, от которых произошло отражение ультразвука.

Формирователи 10. 1-10.п импульсов реализованы на основе компараторов типа 597СА1 один вход которых зазем55 лен, а на другой вход подан синусоидальный сигнал. В качестве D-тригге. Ров 11.1-11 п использованы интегральные микросхемы типа К155ТМ2, в каждом фазовый сдвиг с.f÷õðîííûõ детекторов

2. 1-2 . 2п.

Для получения максимального зна5 чения напряжения на выходе сумматоров 5.1 и 5.2 выходные сигналы фильтров 3.1-3.2п задерживаются в линиях

4.1-4.2п задержки на соответствующее время ь . Временная задержка

10 для соответствующей пары линий задержки (ЛЗ) определяется по формуле

1439486 корпусе которых находятся по два Dтриггера. Аналоговые ключи 12.1-12.п собраны на основе микросхем типа

K590ÊÍ2, содержащих по четыре ключа.

Фильтры 3.1-3.2п нижних частот реализованы по известным схемам фильтров нижних частот первого порядка. Сумматоры 5.1 и 5.2 построены по инвертирующей схеме. Арифметический блок 1р

6 собран по схеме вычисления длины вектора. Генератор 7 синусоидального напряжения собран по схеме кварцевого генератора. Фазоврашатели 9.1-9.2п построены по схеме мостового фазо- 15 вращателя. Блок 8 управления сделан в виде микропроцессорного модуля на основе микропроцессора К580ИК80.

Синхронные детекторы 2.1-2.2п реализованы по известной схеме. Ульт- 2р развуковая фазированная решетка представляет собой набор пьезоэлектрических преобразователей. В качестве линий задержки 4.1-4.2 можно использовать импульсные линии с емкостным 25 накоплением.

Формула изобретения

Система акустического из ображения, gp содержащая п преобразователей ультразвуковой фазированной решетки, 2п. синхронных детекторов, 2п фильтров низких частот, 2п линий задержки, два сумматора, арифметический блок, выходы первого, второго,..., п-ro преобразователей ультразвуковой фазиро занной решетки соединены соответст зенно с входами первого и второго, третьего и.четвертого,..., (2п-1)-го 40 и 2п ãî синхронных детекторов, выходы первого, второго,..., 2n-ro синхронных детекторов подключены соответственно к входам первого, второго, . ° ., 2п-гo фильтров нижних частот, выходы которых соединены соответстве. зно с входами первой, второй... °, 2п-й линий задержки, выходы первой, третьей, ..., (2п-1)-й линий задержки подключены к входам перо вого сумматора, выходы второй, четвертой, ..., 2л-й линий задержки соединены с входами второго сумма гора, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам арифметического блока, отличающаяся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, о»а снабжена генератором синусоидального напряжения, блоком управления, 2п фазовращателями, п формирователями импульсов, n D-триггерами, и аналоговыми ключами, выход генератора синусоидального напряжения соединен с входами первого, третьего,..., (2n-1)-го фазовращателей, выходы которых подключены соответственно к входам первого, второго. и-го формирователей импульсов и к информационным входам первого, второго,..., n-го аналоговых ключей, выходы которых соединены состветст- . венно с входами первого, второго,..., n-ro преобразоват:лей ультразвуковой фазированной решетки, выходы первого, второго,..., и-го формирователей импульсов подключены соответственно к С-входам первого, вто-, рого,...„ п-ro D-триггеров, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами первого, второго,..., и-го аналоговых ключей и с

D-входами второго, третьего,..., nго D-триггеров, выходы .первого, третьего, ° .., (2n-1)-го фазовращателей подключены соответственно к детектирующим входам (2п-1) — го, (2n-3)— го,..., первогО синхронных детекторов и к входам второго, четвертого, 2п-го фазовращателей, выходы которых подключены соответственно к детектирующим входам 2n-ro, (2п-2)— го,..., второго синхронных детекторов, первый, второй, .. °, и-й выходы блока управления соединены соответственно с управляюшими входами первой и второй, третьей и четвертой, ..., (2n-1)-й и 2n — и линий задержки, (n+1) -й, (n+2) -й,...,2n-й выходы блока управления подключены соответственно к управляющим входам первого, третьего,..., (2п-1}-ro фазовращателей,(2п+1)-й выход блока управления соединен с D-входом первого D-триггера.

1433486

Иьи

Составитель В.Чулков

Редактор С.Патрушева Техред Я,яндык Корректор М. Васильева

Закаэ 6070/43 Тира:к 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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