Приемно-излучающий тракт ультразвукового дефектоскопа

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано при создании дефектоскопов для контроля качества материалов и изделий. Цель изобретения - повышение точности контроля за счет компенсации свободных колебаний пьезоэлемента . Схема тракта содержит ключи, которые создают цепь заряда конденсатора таким образом, что на пьезопластину подается сначала напряжение длительностью в полволны ее свободных колебаний, а затем - напряжение, которое вызывает колебания через полволны в противофазе. Так происходит компенсация полуволн колебаний пьезоплдстины, кроме первой. Это повышает точность контроля при работе дефектоскопа . 2 з.п.ф-лы, А ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4915515/28 (22) 01.03.91 (46) 30.03.93, Бюл, ¹ 12 (71) Научно-производственное объединение

"Автоматика" (72) В.Г.Зебрев (56) Авторское свидетельство СССР .

¹ 1396045, кл. G 01 N 29/04, 1988., Авторское свидетельство СССР № 1352340, кл, G 01 N 29/04, 1985. (54) ПРИЕМНО-ИЗЛУЧАЮЩИЙ ТРАКТ

УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДЕФ ЕКТОСКОПА (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано при создании деИзобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано при создании дефектоскопов для контроля качества материалов и изделий.

Цель изобретения — повышение точности контроля за счет компенсации свободных колебаний пьезоэлемента. Сущность решения заключается в том, что на полуволновый резонансный пьезоэлемент, на демпфированный ни механически, ни электрически подается ступенька электрического напряжения, равная половине Е/2 напряжения источника питания (заряд конденсатора), возбуждая в нем синусоидальные ультразвуковые колебания с собственной частотой пьезоэлемента, затухающие по экспоненциальному закону, Затем через время, равное половине периода

Я2,, 1805380 А1 фектоскопов для контроля качества материалов и изделий. Цель изобретения— повышение точности контроля за счет компенсации свободных колебаний пьезоэлемента. Схема тракта содержит ключи, которые создают цепь заряда конденсатора таким образом, что на пьезопластину подается сначала напряжение длительностью в полволны ее свободных колебаний, а затем — напряжение, которое вызывает колебания через полволны в противофазе. Так происходит компенсация полуволн колебаний пьезоплзстины, кроме первой. Это повышает точность контроля при работе дефекта. скопа. 2 з.п.ф-лы, 4 ил, этих колебаний, на пьезоэлемент подаетс вторая ступенька напряжения Е/2 (происхс дит дозаряд конденсатора, примерно до ве личины напряжения источника питания Е) возбуждая в нем такие же ультразвуковы колебания, но сдвинутые по фазе на 180 .

Суперпозиция этих затухающих колеба ний приводит к их взаимной компенсации з исключением первой полуволны, возникающей в результате воздействия первой ступеньки напряжения.

О

Изменение приемного сигнала в противофазе с сигналами после воздействия второй ступеньки напряжения .позволяет наиболее полно повысить соотношение

"сигнал/шум".

При сопоставительном анализе существенных признаков предлагаемого технического решения и при их выполнении

1805380 решение обеспечит достижение положительного эффекта, т.е. повысит эффективность компенсации свободных колебаний пьезоэлемента.

На фиг.1 приведена структурная схема приемоизлучающего тракта дефектоскопа; нэ фиг.2 --схеМа синхронизатора; на фиг.3 — схема токового ключ® на фиг.4 — временные диаграммы, пеясняющие работу приемоизлучэющего тракта.

Приемно-излучающий тракт дефектоскопа содержит синхронизатор 1, первый токовый ключ 2, источник питания 3, делитель 4 напряжения, состоящий из двух последовательно включенных резисторов 5 и

6, 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 делителя 4 напряжения и подключен к общей шине источника 11 питания, шина положцтельного полюса которого соединена с первым входом первого тактового ключа, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, конденсатор 12, второй токо- вый ключ 13, первый вход которого соединен с выходом первого токового ключа и вторым входом делителя напряжения, второй вход подключен к второму входу синхронизатора, а выход соединен со средней точкой делителя напряжения 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 являются первйм 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 переполнения 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 питания, база первого из которых соединена со вторым входом токового ключаи через второй резистор 27 с положительным полЮсом первого источника питания, коллектором и через третий резистор 28 с базой второго транзистора, через последовательно соединенные пер"0 вый 30 и второй 31 диоды с общей шиной источника 11 питания, кроме того коллектор второго транзистора соединен с катодами третьего 32 и четвертого 33 диодов, при этом анод третьего диода соединен с кол15 лектором третьего 25 транзистора и являет- . ся выходом. токового ключа, а анод. четвертого диода соединен с базой третьего транзистора, через четвертый резистор — с эмиттером и является первым входом токо20 вого ключа.

Схемы токовых ключей 2 и 13 выполнены идентично.

Приемно-излучающий тракт дефектоскопа работает следующим образом, Перед началом очередного цикла излучения ультразвуковых колебаний (фиг.1) токовые ключи 2 и 13 закрыты, от источника питания 3 энергия не потребляется, на пьезопластине 17 напряжение равно нулю.

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

35 этом происходит заряд конденсатора 12 до напряжения Е/2 (фиг.4в) источника питания

3, определяемое делителем напряжения 4, а ток заряда (фиг.4в) через пьезопластину определяется резисторами 5 и 6 и в ней возни40 кают колебания с резонансной частотой для данной пьезопластины.

Пьезопластина электрические колебания преобразует в механические, передаваемые в контролируемое иэделие (не

45 показано).

Механические колебания, пройдя контролируемое изделие и отразившись,. возвращаются на пьезопластину, где

50 преобразуются в электрические колебания (фиг.4д). Через время равное половине периода собственных колебаний пьезопластины со второго выхода синхронизатора (фиг.4б) электрический сиг55 нал открывает второй токовый ключ 13 и шунтирует резистор 5 делителя напряжения, при этом увеличивается ток заряда и конденсатор 12 дозэряжэется примерно до напряжения Е источника питания (фиг.4s).

1805380

Ток заряда снова вызывает колебания, которые сказываются сдвинутыми по фазе на 180О;

Суперпозиция этих затухающих колебаний приводит к их взаимной компенсации 5 за исключением первой полуволны, возникающей в результате воздействия первой ступеньки напряжения.

Следует отметить, что при работе тракта на излучение и прием из напряжения источ- 10 ника питания (в зондирующий импульс) не поступает на вход приемного усилителя, что исключает применение в схеме сложного коммутатора для переключения малого по величине отраженного сигнала. 15

Диоды 8 и 9 представляют собой амплитудный ограничитель, для подавления помех, возникающих от воздействия зондирующего импульса. Схема основана на том. что сопротивление кремниевого диода рез- 20 ко уменьшается, когда напря>кение на нем, достигшее в прямом направлении, превосходит 0,5 В при этом сигналы небольшой амплитуды практически не искажаются.

Работа синхронизатора заключается в 25 следующем.

Генератор 14 вырабатывает импульсную последовательность, которая подсчитывается счетчиком импульсов 15, при этом текущий код счетчика дешифрируется де- 30 шифратором 16. Блок выборки временных меток 17 представляет собой набор элементов 19 И-НЕ, а на входы которых заводятся выходы дешифратора, соответствующие набору сигналов для формирования длительно- 35 сти управляющих 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 40 через время равное половине периода собственной частоты пьезопластины, а через время равное периоду собственной частоты пьезопластины.сигнал с третьего выхода блока 17 выборки включает третий триггер- 45 защелку 22, сигнал с выхода которого через первый вход элемента 19 ИЛИ-НЕ приводит первый и второй триггеры в исходное состояние до начала следующего цикла. При завершении очередного цикла работы 50 синхронизатора с выхода переполнения счетчика импульсов сигнал через инвертор

18 и второй вход элемента 19 lflJlN-HE при.водит синхронизатор в исходное состояние. 55

Сигналы управления токами ключами, формируемые синхронизатором снимаются с выхода "Вых,1" и "Вых.2".

Токовый ключ работает следугощим образом.

В исходном состоянии на вход 2 поступает высокий уровень напряжения, при этом транзистор 22 старым, транзисторы 24, 25 закрыты. При наличии сигнала низкого уровня на входе 2 транзистор 23 закрывается и открываются транзисторы 24, 25, при этом транзистор 25 переходит в состояние высокой проводимости он переключает напряжение поступающее на вход1 — на выход ключа, Резистор 28 и диоды 30, 31 задают смешание транзистору 24, а диоды 32, 33 предотвращают работу транзистора 25 в режиме насыщения.

Таким образом, изменение приемного сигнала в противофазе с сигналами после воздействия второй ступеньки напряжения позволяет наиболее полно повысить соотношение сигнал/шум и обеспечить дости>кение положительного эффекта, т.е, повысить эффективность компенсации свободных. колебаний пьезопластины и подключить на прием однополупериодный отраженный сигнаЛ.

Формула изобретения

1. Приемно-излучающий тракт ультразвукового дефектоскопа, содержащий синхронизатор, источник питания, делитель напряжения из двух последовательно соединенных резисторов, пьезопластину, первый и второй диоды, усилитель, входом подключенный к аноду первого диода и первому электроду пьезопластины, и первый токовый ключ, подключенный первым входом к первому выходу синхронизатора, а вторым входом — к шине положительного полюса источника питания, а анод второго диода, первый вход делителя напряжения и второй электрод пьезопластины подключены к шине отрицательного полюса источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля за счет компенсации паразитных свободных колебаний пьезопластины, он снабжен конденсатором, включенным между выходом делителя напряжения и первым электродом пьезопластины, и вторым токовым ключом, первый вход которого связан с вторым выходом синхронизатора, а выход — со средней точкой делителя напряжения, выход первого токового ключа подключен ко второму входу второго токового ключа и второму входу делителя напряжения, катод первого диода соединен с анодом второго диода, а катод второго и анод nepaoro диодов связаны с первым электродом пьезопластины.

2. Тракт по п.1, отличающийся тем, что, синхрОнизатор выполнен в виде последовательно соединенных генератора такто1805380 вых импульсов, счетчика импульсов, дешифратора, блока выборки временных меток, первого триггера, элемента ИЛИ-НЕ и второго триггера, инвертора, включенного между выходоМ переполнения счетчика им- 5 пульсов и вторым входом первого триггера, и третьего триггера, первый вход которого связан с выходом элемента ИЛИ-НЕ, выход переполнения счетчика импульсов связан с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, а второй 10 и третий выходы блока выборки временных меток подключены соответственно к вторым входам второго и третьего триггеров, выходы которых являются выходами синхронизатора. 15

3. Тракт по п,1, отличающийся тем, что каждый из токовых ключей выполнен из трех транзисторов, четырех резисторов и четырех диодов, эмиттеры первого и второ20

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

1805380

0

<е

"o

Ъ д

bn3

Составитель В.Зебрев

Редактор Л. Народная Техред М. Моргентал КорректорC. Патрушева

Заказ 938 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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