Генератор зондирующих импульсов для ультразвукового дефектоскопа

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 29/04 а/а|

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н

ы и (21) 4825730/28 (22) 11.04.90 (46) 30.08,92. Бюл. ¹ 32 (71) Научно-производственное обьединение иАтомкотломаш" (72) Г.С.Чепурных (56) Авторское свидетельство СССР № 608091, кл. G 01 N 2299//0044, 1976.

Техническое решение генератор зондирующих импульсов системы контроля

"Диск". — НПО Атомкотломэш. Чертеж 35.1001.00.0003.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля и может быть использовано в автоматизированных системах ультразвукового контроля крупногабаритных или длинномерных изделий.

Известен ультразвуковой дефектоскоп, генератор зондирующих импульсов которого содержит зарядный ключ, включенный последовательно между источником питания и накопительным конденсатором. В этом генераторе решение проблемы минимизации тока, текущего через резистор после формирования им импульса возбуждения достигается тем, что конденсатор вместе с тиристором отключается от источника питания на время работы тиристорэ и восстановления им закрытого состояния, Таким образом, удается примерно на порядок повысить частоту работы генератора, Но при этом на первый план выступает

„,5U, I758543 А1 (54) ГЕНЕРАТОР ЗОНДИРУЮЩИХ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДЕФЕКТОСКОПА (57) Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может найти применение в различных отраслях промышленности, в. частности, в энергомашиностроении для контроля дисков турбин. Цель изобретения — расширение частотного диапазона. Это достигается тем, что заряд накопительных конденсаторов осуществляется через дроссель, нагрузочные резисторы формирователей зондирующих импульсов зашунтированы диодами и введен блок управления ключом. 1 з. и, ф-лы, 2 ил. другой фактор, ограничивающий максимальную частоту его работы, а именно, ограничение на максимальную величину скорости заряда накопительного конденса- (Л тооа. которая отслеживается анодом тири- (О стора. При экспоненциальном характере заряда становится весьма существенной превышение этой скорости в начальный момент заряда по сравнению -,.о средним зна- . чением этой скорости в течение всего времени аарвйа. Но при превышении втой скорости более критической, присущей ъ конкретному типу тиристора, происходит неуправляемое открытие тиристора.

Кроме того в описанном генераторе не устраняется второй недостаток, а именно, диссипация половины потребляемой генератором мощности теперь уже на ключе.

Наиболее близким по технической сущности генератор зондирующих импульсов, 1758543

-.îäåðæçùèé последовательно соединенные источник питания, зарядное сопротивление, первый и второй формирователи импульсов, ударного возбуждения, последовательно соединенные компаратор, сигнальный вход которого подключен к выходу зарядного сопротивления, а опорный — к источнику питания, и одновибратор выход которого связан с .запускающим входом первого формирователя импульсов ударна-о возбуждения и электронный ключ, сигнальный вход которого подключен к нулевой шине. а выход — к выходу зарядного сопротивления, при этом каждый формирователь включает в свой состав диод. тиристор, резистор утечки в цепи управления тиристора, накопительный конденсатор и нагрузочный резистор (2). В описанном устройстве-прототипе устранено ограничение на величину тока через тиристор в открытом состоянии.

Недостаток касается ограничения частоты посылок зондирующих импульсов изза недостаточной величины скорости заряда накопительного конденсатора, dV аt что снижает производительность контроля, кроме того, наличие диссипации потребляемой мощности в описанной схеме генератора на стадии заряда накопительных конденсаторов приводит к потерям энергии.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона генератора, Поставленная цель достигается тем, что генератор зондирующих импульсов для ультразвукового дефектоскопа, содержащий последовательно соединенные источник питания, зарядное сопротивление, первый и второй формирователи импульсов ударного возбуждения, последовательно соединенные компаратор, сигнальный вход которого подключен к выходу зарядного сопротивления, а опорный к источнику питания, и однавибратор, выход которого связан с запускающим входом первого формирователя импульсов ударного возбуждения электронный ключ, сигнальный вход которого подключен к нулевой шине, а выход — к выходу открывающего сигнала включенным между управляющим входом электронного ключа и выходами источника питания и зарядного сопротивления, а последнее выполнено в виде дросселя. Кроме того. цель достигается тем, что формирователь открывающего сигнала выполнен в виде последовательно соединенных интегрирующей цепи, вход которого подключен к выходу источника flMTBHMA, компаратора, элемента

ИЛИ и первого одновибратора, выход кото10

55 рого подключен к управляющему входу электронного ключа и последовательно соединенных дифференцирующей цепи, вход которой подключен к выходу дросселя, и второго одновибратора, выход которого связан со вторым входом элемен-а ИЛИ.

На фиг.1 изображена блок-схема генератора; на фиг,2 — эпюры временных диаграмм.

Генератор зондирующих импульсов состоит из источника 1 питания, подключенного первым выходом ко входу зарядного сопротивления в виqe дросселя 2, вторым выходом подключенного к первому входу формирователя 3 открывающего сигнала и третьим выходом подключенного к первому входу блока 4 запуска, дроссель 2. своим выходом подключен к первому входу двухкаскадного блока 5 формирователей зондирующих импульсов, ка второму входу формирователя 3 открывающего сигнала, к первому входу электронного ключа б и к первому входу блока 4 запуска, блок 5 формирователей зондирующих импульсов, подключенный своим вторым входом к выходу блока 4 запуска. состоит из формирователей

7 и 8 импульсов ударного возбуждения и диода 9, через который он подключен ко входу нагрузки, формирователи 7 и 8 импульсов ударного возбуждения состоят иэ блокиру1ощих диодов 10 и 11, анодами подключенных к первому входу блока 5 формирователей, а катодами — к анодам тиристорав 12 и 13 и первым обкладкам накопительных конденсаторов 14 и 15 соответственно, резисторов 16 и 17 утечки, причем резистор 16 утечки одним концом подключен к управляющему электроду тиристора 12 и к второму(управляющему) входу блока 5 формирователей, а вторым концом к нулевой шине, резистор 17 подключен одним концом только к управляющему электроду тиристора 13, а вторым концом — к катоду этого тиристора и к выходу формирователя 7 импульсов ударного возбуждения, вторые обкладки накопительных конденсаторов 14 и 15 подключены к нагрузочным резисторам 18 и 19, к анодам диодов 20 и 21, включенных параллельно нагрузочным резисторам 18 и 19 и к выходам формирователей 7 и 8 импульсов ударного возбуждения соответственно, формирователь 3 открываемого сигнала состоит из интегрирующей RC-цепочки 22, своим входом подключенной к первому входу блока, а выходом к компаратору 23, из дифференцирующей RC-цепочки 24, своим входом подключенной ко второму входу блока. а выходом ко входу одновибратора

25, компаратор 23 и одновибратор 25 под1758543 ключень, кс входам логического элемента 26

ИЛИ, выход которого подключен ко входу одновибратора 27, выход которого является выходом блока 3, который подкл;олен к vnравляющему входу электронного ключа 6. 5 блок 3 запуска состоит из кампаратора 28, входя которого являются входами блока, при этом сигнальнь(й вход компаратара подключен::: выходу згогдного сопротигления, а опо г н ь Й к источнику, питания, а (0 выход компаратора 28 подключен ко входу одновибратора 29. выход которого является выходом блока и подключен к запускающему входу первого формирователя 7, Нагрузкой 30 является пьезопреобразователь. 15

Компаратор 23 и одновибратор 25 выполнены, например, на микросхеме 155 Аà — 1, компаратор 28 — на полевом транзисторе типа КП 304 А. Ключ 6 выполнен, например, на биполярном транзисторе, а в качестве 20 логического элемента 26 используется двухвходовый элемент ИЛИ.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника 1 питания напряжен»(я на его выходaõ у" танавливаются з v. a - > l T e л b и о б а!i ь m е е e p e i((с c ". b 5 0 < q) w e v период работы автогенера гора {- "10 к ц) при эгон. напряжени= на вьыде А даосселя за",.:.-,д.;а. о соп., отивления — 2 по. .;"яет напряжение: е о входе, также ве„:;=. себя и напряжен,-о на первых обкладках накопигельнь:, конденсаторов 14 и 15. Интегрируюшая цепочка 22 еще более задерживает процесс уст".новления его на своем выходе.

В момент времени to, когда напряжение на входе компаратора 23 сравнивается с пороговым напряжением его срабатывания, на выходе его формируется короткий импульс

С. В это время на выходе одновибратора 25 пока находится низкий уровень. В результате на выходе логического элемента 26 ИЛИ сигнал практически повторяется C незначительной зад =-ожкой, который запускает одновибратор:..7, который вырабатывает. импульс длительности, равной времени восстановления тиристаров 12, 13 своего закрытого состояния после срабатывания, которое зависит от конкретного типа применяемых тиристорав и составляет десятки микросекунд, Этот импульс открывает электронный ключ 6 и заксрачивает выход дросселя" на нулевую шину на время, большее времени действия управляющего импульса — на время выхода ключа 6 из насыщенного состояния (если это биполярный транзистор). 8 результате отрицательного перепада напряжения на вь:ходе дросселя 2 на выходе дифференцирующей цепочки 24 вы25

45 деляется короткий отрицательный имг1у;ьс

{6) который, поступая на вход одновибратора 25. запускает его и он вьip."-.батывает короткий импугьс (Н), но . оторый в =-то-; момент не влияет на состоя(-.ие выхода логическога элемента ИЛИ, т.к. на первом егс входе уже гp»,cутствует высокий уровень импульс (С). Одновременно с описываемым процессом в тот момент, когда напряжен; е на выходе дросселя 2 станов»(тся ме;- ьше, чем на третьем выходе источника 1 пи гания, компаратор 28 запускает одновибратог: 2Г, на выходе кс.араго фпрмир,ется .;ороткий импульс (Е), который - an. =кает блек 5 1. ор мирователей зо-(цирующих импульсов и Gp" новременно служит для синхронизации аппаратуры, в состав которой входит генератор зондирующих»- .мпульсов (начало зондирования). t3 рез!льтате тирисгор 12 открывается, конденсатор 14 paçpÿæýeòcÿ (F), на нагрузочном резисторе 18 выделяется короткий импульс амплитудой=Л/({i), при этом диод 20 заперт, так как на его анод подается отрицательно. смещени и не влияет на работу формирова.геля. Резкий отрицательный перепад напряж ния, подаваемьюй на като,.Б T!(ристора i 1, вызывает его открыва:-:ие, конденсатор 15 также разряжается. при этом перепады напряжений

C(УЬ МИРУГ ТСЯ И На Чава эаЧН0iv, СОПРОТИВЛЕнии выделяется короткий импульс амг . (тудой < — 2Чо. R этот момент времени устройство находится в исходном состсянии и начинается процесс нарастания 1ока в обмотке дросселя 2 по линейному закону.

К моменту закрытия ключа 6 его величина достигает значения

Чо (=- — 1, L где U<> — напряжение на выходе дросселя 1, L — индуктивность дросселя 2, т — время, в течение которого ключ 6 находится в открытом состоянии, После закрытия ключа открываются диоды

10 и 11 и начинается процесс заряда накопительных конденсаторов 14 и 15 по цепи: первый выход источника питания драссель 2 — далее ток разветвляется на два направления: диоды 10{11), обкладки конденсаторов 14, 15, параллельно соединенные резисторы 18(19) и диоды 20{21), причем большая часть тока идет через диоды, чем уменьшаются тепловые потери «а резисторах 18 и 19. С момента закоытия кл(оча 6 до окончания заряда накопительнь(х конденсаторов 14, 15 напряжение на вь оде дросселя 2 изменяется по закону {А(1758543

0 = U (1 - саз и t +;) t, з1п ю <), где t — время с момента закрытия ключа;

1 й) = -= — циклическая частота про с цесса; где С вЂ” суммарная емкость накопительных конденсаторов, Максимальное значение напряжения достигается при значении

0макс = Uo(1+ 6 +я t) ), Напряжение на конденсаторах 14, 15 повторяет напряжение на дросселе 2 с точностью до падения напряжения на диодах

10 и 11, При достижении напряжения на конденсаторах 14, t5 максимального значения ток в цепи заряда убывает до нуля, диоды 10 и 11 запираются, собственная частота контура, в которую входит дроссель 2 — резко меняется, напряжение на выходе дросселя

2 быстро апериадически стремится к Uo(A), в то время, как на конденсаторе оно сохраняется (диоды и тиристоры заперты) (E). В момент резкого падения напряжения на дросселе 2 на вь!ходе дифференцирующей цепочки 24 появляется короткий отрицательный импульс, который запускает одновибратор 25. Этот импульс с незначительной задержкой повторяется на выходе логического элемента 25 ИЛИ, т.к, сигнал на его первом входе отсутствует, и запускает одновибратор 27.

Далев процесс повторяется подобно ранее списанному с единственным отличием, а именно тем, что конденсаторы, как уже было отмечена, заряжаются да напряжения

0мака и KopoTKNM импульс на выходе ВТ0рого формирователя, следовательно.

Таким образом, при работе устройства напряжение, до которого заряжаются накопительные конденсаторы, равно íà 0О как в прототипе, а — 0макс,т.е. больше на величину

Боб нн-ток тт, нто применительно к конкретным условиям составляет-" 20,, т,е, требуемое напряжение Uo источника 1 питания втри раза меньше,,чем для прототипа.

После определения предельных параметров генератора по частоте за счет нали5 чия формирователя 3 открывающего сигнала генератор может быть легко преобразован путем замены формирователя 3 на независимый блок запуска с частотой посылок импульсов, управляющей работой клю10 ча электронного б. меньшей собственной частоты работы генератора.

Формула изобретения

1, Генератор ондирующих импульсов

15 для ультразвукового дефектоскопа, содержащий последовательно соединенные источник питания, зарядное сопротивление, первый и второй формирователи имп JllbcoB ударного возбуждения, последовательно

20 соединенные компаратар, сигнальный вход которого подключен к выходу зарядного сопротивления, а опорный — к источнику питания, и одновибратор, выход которого связан с запускающим входом первого формирова25 теля импульсов ударного возбуждения, и электронный ключ, сигнальный вход которого подключен к нулевой шине, а выход — к выходу зарядного сопротивления, о т л и ч аю шийся тем. что, с целью расширения

30 частотного диапазона, он снабжен формирователем открывающего сигнала, включенным между управляюшим входом электронного ключа и в..:ходами источника питания и зарядного сопротивления, а по35 следнее выполнено в виде дросселя.

2. Генератор по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что формирователь открывающего сигнала выполнен в виде последовательно соединенных интегрирующей цепи, вход ко40 торой подключен к выходу источника питания, компаратора, элемента ИЛИ и первого одновибратора, выход которого подключен к управляющему входу электронного ключа, и последователвно соединенных дифферен45 цирующей цепи, вход которой подключен к выходу дросселя, и второго однавибратора, выход которого связан с вторым входом элемента ИЛИ.

1758543

Фиг,!

Составитель В.Прянишников

Редактор Л,Пчолинская Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Н.Слободяник

Заказ 2996 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101