Устройство для излучения и приема ультразвуковых волн с пьезоэлектрическим преобразователем



Устройство для излучения и приема ультразвуковых волн с пьезоэлектрическим преобразователем

 


Владельцы патента RU 2504765:

Открытое акционерное общество Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (RU)
Открытое акционерное общество "Центр технической диагностики" (RU)

Использование: для эхо-локации. Сущность заключается в том, что устройство для излучения и приема ультразвуковых волн содержит 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, при этом 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. Технический результат: повышение эффективности использования напряжения источника питания. 1 ил.

 

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.

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.

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 сигнала

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.

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.

Задачей изобретения является повышение эффективности использования напряжения источника питания.

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.

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.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства.

1 - электронный ключ,

2 - конденсатор,

3 - источник напряжения,

4 - первый резистор,

5 - второй резистор,

6 - схема управления,

7 - ПЭП,

8 - индуктивность,

9 - третий резистор, 10-

первый диод,

11 - второй диод,

12 - приемно-усилительный тракт

Устройство работает следующим образом.

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 частотой

,

где L - величина индуктивности 8,

С - емкость конденсатора 2,

СПЭП - собственная емкость ПЭП 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.

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.

Устройство для излучения и приема ультразвуковых волн, 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, отличающееся тем, что 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.



 

Похожие патенты:

Использование: для ультразвукового контроля изделий. Сущность: способ, заключающийся в том, что выполняют ввод ультразвуковых колебаний в изделие, теневое прозвучивание изделия импульсами ультразвуковых колебаний и прием прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний в воздушной среде приемным преобразователем, отличается тем, что ультразвуковой контроль изделия проводят не одним, а двумя ультразвуковыми приборами или двумя блоками одного прибора, из которых один используют для излучения и ввода ультразвуковых колебаний в изделие, а другой - для приема прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний и отображения их на экране прибора, при этом работу блоков каждого из приборов не синхронизируют друг с другом, в частности, частоту следования импульсов ультразвуковых колебаний на излучающем блоке прибора устанавливают не равной, а более высокой по сравнению с частотой следования импульсов, синхронизирующих работу блоков приемного прибора, в том числе блока развертки, обеспечивающего отображение принятых ультразвуковых колебаний на экране прибора, и не кратной частоте следования синхроимпульсов, а о качестве изделия судят по наличию и амплитуде движущихся в соответствии с определенным соотношением на экране прибора импульсов.

Использование: для контроля средних параметров волокон в волоконной массе. Сущность: заключается в том, что подготавливают три пакета прочеса волокна: два пакета волокна, принятого за эталон, и один - контролируемого волокна, причем один пакет из эталонного волокна должен иметь количество слоев, обеспечивающий максимальное, а второй - обеспечивающий минимальное изменение акустического сигнала в диапазоне контроля, из пакетов эталонного и контролируемого волокна вырезают требуемое количество образцов заданного размера и конфигурации, все полученные образцы выдерживают необходимое время в одинаковых климатических условиях, закладывают в кассету с двумя ячейками, первая из которых служит для закладки эталонного образца, а вторая, имеющая акустически прозрачные крышки-обкладки воздушного конденсатора, для закладки контролируемого образца, закладывают в первую ячейку эталонный образец с максимальным количеством слоев, во вторую закладывают эталонный образец с минимальным количеством слоев, прозвучивают последовательно первую и вторую ячейки, калибруют диапазон контроля акустического сигнала, затем эталонное волокно из второй ячейки заменяют на контролируемое, прозвучивают, по показаниям импеданса и известной характеристике импеданса воздушного конденсатора от веса, полученный акустический сигнал нормируют по весу до нормативного, а результат находят как отношение сигналов через максимальный эталонный образец к сигналу через контрольный образец.
Использование: для контроля средних параметров волокон в волоконной массе. Сущность заключается в том, что волоконную массу заданного веса прочесывают, формируют в ленту, пропускают через фильеру, снабженную акустическими датчиками, и последовательно расположенные по направлению движения ленты, пластины воздушного конденсатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, объективности и оперативности контроля датчики акустических колебаний и пластины воздушного конденсатора располагают взаимно перпендикулярно друг другу в плоскости, нормальной к направлению движения ленты, воздушный конденсатор включают в колебательный контур генератора акустических колебаний, подстройкой индуктивности в LC-контуре или резистора в RC-контуре добиваются требуемой опорной частоты генерируемых акустических колебаний на эталонном образце волоконной массы, пропускают через указанную систему акустических датчиков и конденсатора контролируемую волоконную массу в виде ленты, а о средних параметрах волокон судят по среднему акустическому сигналу и среднему отклонению частоты излучаемых колебаний от опорной по всей длине контролируемой ленты.

Использование: для выявления внутренних расслоений стенок труб. Сущность заключается в том, что осуществляют подготовку поверхности трубы к ультразвуковому контролю, сканирование ее ультразвуковым преобразователем, подключенным к прибору, и выявление мест расслоений по показаниям прибора, при этом на контролируемую поверхность наносят координатную сетку, выполняют измерения толщины стенки трубы в каждой ячейке координатной сетки последовательно двумя преобразователями с разными рабочими частотами, определяют наличие внутреннего расслоения на основании разности значений толщины стенки, регистрируемых в каждой ячейке координатной сетки двумя преобразователями, и изменения количества ячеек со значениями толщины, составляющими 20…80% от номинального значения толщины стенки трубы.

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что щуп (2) расположен внутри отверстия (26) и проходит в аксиальном направлении (L).

Использование: для измерения остаточных напряжений в ободьях цельнокатаных железнодорожных колес. Сущность: заключается в том, что излучают в боковую стенку обода ультразвуковыми датчиками две акустические волны поперечной поляризации, направления колебаний в которых ориентированы в радиальном и окружном направлениях, измеряют время их распространения между боковыми стенками обода с последующим расчетом остаточных напряжений, при этом дополнительно из колеса той же партии, к которой относится исследуемое колесо, вырезают образец в виде секторной части обода и излучают в его боковую стенку две акустические волны поперечной поляризации, направления колебаний в которых ориентированы в радиальном и окружном направлениях, измеряют времена их распространения между боковыми гранями сектора обода и рассчитывают остаточные напряжения по соответствующему математическому выражению.

Изобретение относится к способу и системе для обнаружения дефектов в стенке трубы, содержащим ультразвуковой преобразователь, приспособленный для излучения через выходное отверстие ультразвуковых сигналов из внутренней части трубы в направлении ее стенки и для приема через входное отверстие сигналов обратного рассеяния от ее стенки.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции из немагнитных материалов, например: из полимерных композиционных материалов (угле-, стекло-, органопластиков и других) в авиационной, судостроительной и других отраслях машиностроения.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для испытаний аэродинамических конструкций, в частности для определения характеристик лопаток турбины с помощью измерения деформаций, путем использования активного сопротивления электрических тензометров.

Использование: для контроля средних параметров волокон в волоконной массе. Сущность: заключается в том, что массу волокон, принятых за эталон, прочесывают с выходом на барабан с акустически прозрачной, например, сетчатой поверхностью, под поверхностью и над поверхностью сетчатой стенки барабана соосно, нормально к поверхности стенки, устанавливают излучающий и воспринимающий датчики акустических колебаний и обкладки воздушного конденсатора, после каждого полного оборота барабана фиксируют величину акустического сигнала и величину емкости воздушного конденсатора, отбирая от навоя образцы, стандартными методами определяют поверхностную плотность навоя и количество волокон в направлении прозвучивания, строят зависимости поверхностной плотности навоя от емкости воздушного конденсатора и величины акустического сигнала от количества волокон в направлении прозвучивания, устанавливают на зависимостях эталонное значение требуемого количества волокон, прочесывают контролируемое волокно с выходом на барабан, непрерывно регистрируя при каждом обороте барабана количество волокон в направлении прозвучивания до установленного эталонного значения, по достижении которого навой прекращают, а о среднем параметре волокон судят по величине поверхностной плотности полученного навоя. Технический результат: повышение точности, объективности и оперативности контроля. 1 ил.

Использование: для контроля качества акустического контакта при ультразвуковой дефектоскопии. Сущность: заключается в том, что в призму пьезопреобразователя излучают пучок ультразвуковых колебаний, измеряют амплитуду трансформированных поперечных колебаний и по ее величине судят о наличии или отсутствии акустического контакта, при этом трансформированную волну, отраженную от рабочей поверхности призмы, принимают специальной пьезопластиной для приема поперечных колебаний или упомянутую трансформированную волну, отраженную от рабочей поверхности призмы, далее трансформируют с использованием дополнительной плоскости призмы пьезопреобразователя из поперечной в продольную и регистрируют колебания обычной пьезопластиной, причем угол падения поперечной волны на дополнительную плоскость выбирают исходя из максимального коэффициента преобразования в продольные колебания. Технический результат: увеличение достоверности контроля качества акустического контакта при ультразвуковом контроле различных изделий. 2 ил.

Использование: для оценки поврежденности материала конструкций. Сущность: заключается в том, что оценка поврежденности материала (на стадии накопления рассеянных микроповреждений) эксплуатируемых элементов основана на определении критерия степени поврежденности металла элементов и определении по нему временной зависимости от момента контроля до вероятного разрушения элемента оборудования. При этом замеряют задержку поверхностной, сдвиговой и продольной волн ультразвуковых колебаний на поверхности металла нового элемента, в зоне аварийного разрушения металла элемента и на поверхности металла в контролируемой зоне элемента, находящегося в процессе эксплуатации. Технический результат: повышение достоверности контроля материала конструкций. 2 табл.

Использование: для акустической дефектоскопии неисправностей рельсового пути. Сущность: заключается в том, что в рельсы передают акустический сигнал, принимают отраженный сигнал, а по времени распространения акустических сигналов к месту неисправности и обратно определяют его координату, отраженный сигнал принимают пьезоэлектрическими преобразователями, установленными на подшипниках скольжения, расположенными на валу колесной пары, передачу и прием акустических сигналов осуществляют попеременно, при этом в качестве источника мощности акустических сигналов используют удары колесных пар на стыках межрельсового пути, стабилизируют импульсы постоянным весом локомотива в рабочем диапазоне его скоростей под углом наката α=0,001÷0,002°, регистрируют одновременно частоту следования сформированных ударных импульсов, фоновую интенсивность и частотный спектр акустического шума в интервале между первым и вторым ударными импульсами и отраженными сигналами от не менее 2-х колесных пар, преобразуя сформированные ударные импульсы в импульсы прямоугольной формы, определяют их длительность между временами заднего фронта и переднего фронта, разлагая прямоугольные импульсы с правой и левой колеи в ряд Фурье и выделяют основную гармонику правой и левой колеи, после чего проводят дальнейшую обработку полученных данных, определяя неисправности рельсового пути. Технический результат: обеспечение возможности выявления сложных дефектов в рельсовом пути. 4 ил.

Изобретение относится к технике испытаний и измерений, а именно к способу определения жесткости легкодеформируемых композитных, преимущественно кожевенных и текстильных, материалов и других волокнистых систем, и может быть использовано в легкой промышленности. Сущность: в качестве информативного параметра используют значение резонансной секундной частоты измеряемого образца, которую определяют путем возбуждения в образце вынужденных поперечных колебаний с частотой 0.1-20 Гц. Регистрируют квазирезонансный спектр собственных частот образца с его передачей в память процессора. Параметр жесткости материала с помощью процессора рассчитывают по формуле и сохраняют полученные результаты в виде базы данных на электронном носителе информации. Технический результат: расширение технологических возможностей способа, повышение его точности и обеспечение возможности формирования электронной базы данных, содержащей параметры жесткости для различных материалов, одновременно с определением жесткости. 1 ил.

Использование: для контроля соединений металлических деталей с пластмассами на предмет наличия пустот с помощью ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью ультразвукового искателя дефектоскопа в пластмассу с металлической стороны детали направляются ультразвуковые сигналы определенной частоты и длины импульса и в котором ультразвуковые сигналы, отраженные от находящихся в пластмассе дефектов, регистрируются тем же или другим ультразвуковым искателем дефектоскопа и преобразуются в обрабатываемы электрические сигналы и анализируются в плане пороговых значений. При этом частота контроля ультразвуковых сигналов устанавливается в диапазоне между 1 и 10 МГц таким образом, чтобы глушение звука после прохода пластмассовой пленки было минимально. Технический результат: обеспечение возможности надежно обнаруживать пустоты в слое клеящего вещества или в материале покрытия. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для неразрушающего контроля металлических изделий и конструкций. Сущностьзаключается в том, что комплекс для ультразвукового контроля изделий содержит сканирующую X-образную систему электромагнитно-акустических антенных решеток, состоящую из четырех линейных приемно-излучающих антенных решеток, расположенных в плане таким образом, что центры элементов антенных решеток лежат на двух пересекающихся прямых линиях, причем каждая антенная решетка расположена по одну сторону от точки их пересечения и снабжена соответствующим блоком импульсного подмагничивания, соединенным своим входом с одним из четырех выходов синхронизатора, пятый выход которого подключен ко входу генератора импульсов возбуждения, каждый из четырех выходов которого подключен ко входу соответствующей антенной решетки, выходы антенных решеток подключены к соответствующим входам многоканального приемного тракта, оптическое измерительное устройство, выходом подключенное к первому входу вычислительного блока, который также имеет связь через соответствующие шины обмена данных с синхронизатором, многоканальным приемным трактом и блоком отображения результатов контроля, по меньшей мере, все антенные решетки, блоки импульсного подмагничивания и оптическое измерительное устройство установлены на подвижной платформе, оснащенной датчиком пути и блоком управления движением платформы, при этом выход датчика пути подключен ко второму входу вычислительного блока, выход которого соединен со входом блока управления движением платформы. Технический результат: расширение функциональных возможностей системы неразрушающего контроля с одновременным улучшением ее дефектоскопических и эксплуатационных характеристик. 2 н.и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Использование: для дефектоскопии технологических трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что комплекс дефектоскопии технологических трубопроводов состоит из: подвижного модуля, бортовой электронной аппаратуры, бортового компьютера; датчиков дефектов; одометров; троса; наземной лебедки с барабаном для троса; бортового источника электропитания; наземного компьютера; при этом в него ведены: первый и второй направляющие конусы, несколько опорно-ходовых манжет, несколько групп ходовых пружинных узлов (ХПУ), несколько групп прижимных пружинных узлов (ППУ), несколько групп ультразвуковых датчиков системы неразрушающего контроля (УДСНК), несколько групп толкателей, несколько ультразвуковых эхолокаторов, несколько контроллеров управления прижимными пружинными узлами, несколько контроллеров управления ходовыми пружинными узлами, первый радиомодем, второй радиомодем, несколько контроллеров управления ультразвуковыми датчиками системы неразрушающего контроля (КУУДСНК). Технический результат: обеспечение возможности создания простого с точки зрения механики комплекса для внутритрубного контроля состояния технологических трубопроводов произвольной ориентации, открытых с одного конца, а также контроля труб-отводов произвольной пространственной ориентации при удаленном расположении отвода от открытого конца основного трубы. 7 ил.

Изобретение относится к способам и средствам неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для диагностики рельсов и других протяженных объектов. Способ заключается в том, что магнитным дефектоскопом, установленным на вагоне-дефектоскопе, обследуют участок рельсового пути. Обнаруживают дефекты и конструктивные элементы (болтовые и сварные стыки рельсов, рельсовые металлические подкладки и т.п.), сигналы от которых и их положение сохраняют в диагностической карте. Используют данные о конструктивных элементах рельсового пути для навигации при ультразвуковой (УЗ) дефектоскопии того же участка рельсового пути. Подробно анализируют УЗ дефектоскопом объекты, обнаруженные магнитным дефектоскопом. Корректируют диагностическую карту по результатам дефектоскопии. В результате повышается точность, качество и скорость обнаружения дефектов рельсов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор линий электропередач и контактной сети. Сущность изобретения заключается в том, что через вентиляционное отверстие внутрь опоры помещают прямой ультразвуковой преобразователь с круговым обзором ультразвукового дефектоскопа, работающего по принципу эхо-импульсного метода, с помощью системы управления перемещают его таким образом, чтобы обследовать всю внутреннюю поверхность опоры от поверхности грунта до основания опоры, измеряют и обрабатывают полученные отраженные ультразвуковые сигналы, о коррозионном состоянии подземной части железобетонной опоры судят по амплитуде эхо-сигнала в развертке отраженного от границы раздела «арматура - бетон» ультразвукового сигнала. Технический результат: упрощение способа и повышение достоверности при определении коррозионного состояния подземной части железобетонных опор. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх