Ультразвуковой пьезопреобразователь Советский патент 1986 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть исполъзо-j вано при ультразвуковом контроле материалов и изделий.

Целью изобретения является повьше- ние надежности контроля за счет повышения устойчивости пьезопреобразсвателя.

На фиг. 1 приведена.схема ультразвукового пьезопреобразрвателя; на фиг. 2 - эквивалентная схема ультра- эвуковогр пьезспреобразователя; на фиг. 3 - вольт-амперные характеристиры 4,5,13,14 и 18 заперты (участок О на фиг. 3). Увеличение питающего напряжения открывает управляющий тран- 31ИСТОР 18. За счет тока через управляющий транзистор 18 повышается падение напряжения на резисторах 6, t5 7 м 21, что вызывает открывание тран зисторов 4 и 5. При этом замыкается положительная обратная связь через резисторы 15 и 21, что соответствует участку АВ (фиг.З). Перемещением движка переменного резистора 10 осуществляется изменение базовых токов транзисторов 13 и 14, это вызьгейет

ки активного четьфехполюсника.

Ультразвуковой пьезопреобразова- J5 изменение условий включения и вытель содержит пьезопластину t сэлект-клк чения активного четырехполюсниродами 2 и согласующий четырехполюс-ка 3, т.к. изменяется сопротивление

ник 3, подключенный к электродам 2, вьтолненный в виде управляемой индук тивности с йэменяеьв 1М отрицательным диф(Ьеренциальным сопротивлейием „ Активный четырехполюсник 3 выполнен из первого 4 и второго 5 транзисторов разного типа проводимости с резистоколлектор-эмиттерных переходов транзисторов 13 и 14.

20 На фиг. 3 показано, как изменяет ся форма вольт-амперной характерис-, тики при подключении транзисторов 1 и 14 (ОАВС - исходная вольт-амперна характеристика, OMNP - вольт-амперн

рами 6 и 7 в коллекторных Ц12пях, вклю-25характеристика, полученная после под- ченкых между шиной 8 питания и зем-ключения транзисторов 13 f 14. Повн- лей 9 параллельно с пьезопластиной 1,шение напряжения генератора приводит последовательно соединенных перемен-к увеличению управляющего тока травного резистора 10, двух пар-ЗДлельныхзистора 18, а соотнетствеино, и колцепей, каждая из которых состоит из резисторов Пи 12 и дополнительного транзистора 13 и 14 и -р-и -типа, эмиттеры этих транзисторов соединены, и резистора 15, соединенного с базой р - л -р-транзистора 5, эмиттеры И - р -h -транзисторов 13 и 14 соединены с коллектором первого тразисто- ра 4, коллектор первого дополнительного h - р - h-транзистора 14 через резистор 16 соединен с шиной 8 питания, а коллектор второго дополнительного транзистора 13 - через резистор 17 с базой второго транзистора 5, и управляющего транзистора 18 и -р - л-типа, база которого соединена через резисторы 19 и 20 с землей 9 и базой второго транзистора 5, эмиттер - с базой первого транзистора 4 и через резистор 21 - с коллектором второго транзистора 5, а коллектор - с базой того же транзистора, шина питания В через резистор 22 и одно плечо переменного резистора 10 соединены с плюсом источника питания 23, второе пле1Чо переменного резистора 10 - с землей 9,

Ультразвуковой пьезрпреобразова- тель работает следующим образом.

В исходном состоянии транзисторы 4,5,13,14 и 18 заперты (участок ОА на фиг. 3). Увеличение питающего напряжения открывает управляющий тран- 31ИСТОР 18. За счет тока через управляющий транзистор 18 повышается падение напряжения на резисторах 6, t5, 7 м 21, что вызывает открывание транзисторов 4 и 5. При этом замыкается положительная обратная связь через резисторы 15 и 21, что соответствует участку АВ (фиг.З). Перемещением движка переменного резистора 10 осуществляется изменение базовых токов транзисторов 13 и 14, это вызьгейет

коллектор-эмиттерных переходов транзисторов 13 и 14.

На фиг. 3 показано, как изменяется форма вольт-амперной характерис-, тики при подключении транзисторов 13 и 14 (ОАВС - исходная вольт-амперная характеристика, OMNP - вольт-амперная

характеристика, полученная после под- ключения транзисторов 13 f 14. Повн- шение напряжения генератора приводит к увеличению управляющего тока травзистора 18, а соотнетствеино, и кол

лектбрного тока. В результате изменя- ется напряжение открывания основных транзисторов 4 и 5, а следовательно, и выходнрго напряжения, подаваемого на электроды 2 пьезрпреобразователя.

Выполнение схемы согласования в виде активного четырехполюсника с изменяемым отрицательным дифферен- циальным сопротивлением позволяет (получить на выходе пьезопреобразова- теля затухающий апериодический процесс. При этом изменением соотношения глубины положительных (резисторы 15 и 21 на фиг. 1) и отрицательных (резисторы 6 и 7 на фиг. 1) обратных связей в согласующем активном четырехполюснике можно осуществлять вариацию отрицательного дифференциального сопротивления в широких пределах (от десятков кОм до десятков Ом), а следовательно, и постоянных времени Т, и Т (т.е. изменять скорость затухания переходного процесса).

По сравнению с прототипом, предлагаемое устройство позволяет повысить устойчивость ультразвукового пьезо- 55 преобразователя за счет выполнения схемы согласования в виде активного четырехполюсника. Действительно, переходный процесс на выходе предлагаемо

го в качестве согласующего устройства етьгрехполюсника с изменяемым отрицательным дифференциадьным сопротивлением является апериодически устойчивым, затухающим. За счет изменения питающего напряжения осуществляется вариация отрицательного дифференциального сопротивления /:Z-(p)/ и постоянных времени Т и Т, являющихся

функциями /Z-(, T,rFj(/Z-{p)/); ,(/Z-(p)/).

т.е.

25

Следовательно, имеется возможность регулировать скорость переходного fs процесса и полосу пропускаш я устрой- ства, т.е. получать требуемую форму выходного сигнала ультразвукового преобразователя, исключая паразитные колебания.20

Таким образом, прёдложенньтй ультразвуковой пьезопреобразователь, схема согласования которого вьшоляена в виде активного четьфехполюсника с изменяемым отрицательным дифференциальным сопротивлением, является более устойчивым по сравнению с прототипом. Кроме того, в отличие от прототипа, в котором сигнал от генератора частично гасится на пассивных элементах согласующего четырехполюсника (в результате чего предъявляются повышенные требования к выходному сигналу генератора, т.е. амплитуда возбуждаю-35 щего импульса передатчика составляет сотни вольт), в предлагаемом устройстве усиливается сигнал от генератора, т.к. предложенный активный четырехполюсник с отрицательным дифферен-40 циальным сопротивлением является усилителем. Это позволяет повысить плитуду акустического сигнала и уменьшить уровень помех, тем самым повысив надежность контроля.45

10

fO

5

fs 0

0

Формула изобретения

1.Ультразвуковой пьезопреобразо- ватель, содержащий пьезопластину

с электродами и согласующий активный четырехполюсник, подключенный к электродам, отличающийся тем, что., с целью по ;ышения надежности контроля, согласующий активный четырехполюсник вьшолнйн в виде управляемой индуктивности с изменяемым отрицательным дифференциал.ьным сопротивлением.

2.Пьезопреобразователь по п. 1, отличающийся тем, что активный четырехполюсник выполнен из первого и второго транзисторов разного типа проводимости с резисторами

Б коллекторных цепях, включенных между шиной питания и землей параллельно с пьезопластиной, последовательно соединенных переменного резистора, двух параллельных цепей, каждая из которых Состоит из резистора и дополнительного транзистора fi - р - п -типа, эмиттеры этих транзисторов соединены, и резистора, соединённого с базой р - п -р -транзистора, эмиттеры ц- р -п транзисторов соединены с коллектором первого транзистора ti р п -типа, коллектор первого дополнительного п - р -п-транзистора через резистор соединен с шиной питания, а коллектор второго через резистор с базой второго транзистора, и управляющего транзистора п - р - П - типа, база которого соединена через резисторы с землей и базой второго транзистора, эмиттер с базой первого транзистора и через резистор - с коллектором второго транзистора, а коллектор с базой того же транзистора, шина питания через резистор и одно плечо переменнргс резистора соединены с плюсом источника питания, второе плечо переменного резистора - с землей.

фа9.2

Редактор М.Циткина

фа,3

Составитель А.Олохтонов

Техред А.Кравчук Корректор .В.Бутяга

%«(

i,w

Заказ 4713/47 Тираж 778 - Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москэа, Ж-35, Раушская нав. Д- /5

Производственно-Полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковом контроле материалов и изделий. Целью изобретения является пот1Ь1шение надежности контроля за счет повьрения устойчивости пьезопреобразрвателя. Ультразвуковой преобразователь содержит пьезо- пластину с электродами и согласующий активнь1Й четырехполюсник в виде управляемой индуктивности с отрицательным дифференциальным сопротивлением. При включении активного четырехполюсника управляющий транзистор изменяет наклон вольт-амперной характеристики активного четырехполюсника так, чтобы обеспечить зффективное гашение реверберации пьезопластины без уменьшения полезного сигнала. 1 з-.п, ф-лы, 3 ил. tg to со vj о: