Фазовращатель к устройству неразрушающего контроля Советский патент 1987 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий методом вихревых токов и может также быть использовано в измерительной технике для измерения фазы синусоидальных сигналов.

Цель изобретения - повьшение точности установки фазы в широком диапазоне ее изменения и широком диапазоне iо ключей 2 - 5, В момент включения

рабочих частот за счет возможности автоматической установки требуемого значения фазы по сигналам внешних устройств и использования средств цифровой техники.

На фиг.1 представлена структурная схема фазовращателя к устройству неразрушающего контроля; на фиг.2 - векторные диаграммы; на фиг.З - диаграммы напряжения, поясняющие принцип 20 крьшающие третий и четвертый ключи ; действия фазовращателя, , 4 и 5. Квадратурные напряжения U

Фазовращатель содержит формирова- и U через открытые ключи 2 и. 3 по-- тель квадратурных опорных напряже- ступают на опорные входы ЦДЛ 6 и 7. НИИ, четыре ключа 2-5, входы кото- По сигналу задатчика 8 реверсивный рьк подключены к выходам формировате- 25 регистр 17 переводится в режим прямоля 1, первьй и второй цифроаналого- вые.преобразователи (ЦАЛ) 6 и 7, входы которых подключены соответственно к выходам первого и третьего ключей 2,4 и второго и четвертого ключей 3,5, последовательно соединенные задатчик 8 режима, тактовый генератор 9, реверсивный счетчик 10, инвертор 11 кода, первую схему И 12, первую схему ШШ 13, вторзпо схему ИЛИ 14 и триггер 15 управления реверсом, выход которого подключен к второму входу реверсивного счетчика 10, вторую схему И 16, вход которой связан с выходом реверсивного счетчика 10, а вьпсод - с вторым входом первой схемы ШШ 13, реверсивньй регистр 17, первьй вход которого подключен к второму выходу второго задатчика 8 режима и второму входу второй схемы ИЛИ 14, второй вход - к выходу первой схемы ШШ 13, а выходы - к управляющим .входам ключей 2 - 5, и последовательно соединенные сумматор 18, входы которого подключены к выходам ЦАП 6,7, и стабилизатор 19 амплитуды, а управляюш 1е входы ЦАП 6, и 7 подключены соответственно к выходам реверсивного счетчика 10 и инвертора И кода,

Устройство работает следующим образом. ,

: Входной сигнал Ug , .относительно которого происходит сдвиг фазы сигна3630512

ла Ug(j, (фиг.1), подается на вход формирователя 1 квадратурных синусоидальных напряжений, с выхода которвго снимаются четыре сигнала U , U, Uj, Ujj (вектора), сдвинутые последовательно один относительно другого на

90 (фиг.2). Квадратурные напряжения подаются на соответствующие входы

схемы реверсивный регистр 17 и триггер 15 управления реверсом по сигналу задатчика 8 режима устанавливается в исходное состояние, при котором на выходах реверсивного регистра 17

устанавливается сигнал 1, открывающий первьш и второй ключи 2 и 3. На выходах III , IV- реверсивного регистра 17 устанавливаются сигналы О, заго или реверсивного сдвига информации, а триггер 15 управления реверсом через вторую схему ШШ 14 устанавливает прямой или обратный режим счёта

30 реверсивного счетчика 10.

Рассмотрим случай изменения фазы выходного сигнала Ущ,, в прямом направлении, показанном на векторной диаграмме фиг.2а (вектор U переме35 щается относительно 11 против часовой стрелки). Фазовращатель имеет четыре цикла работы, показанные на фиг.З. Одновременно с установкой реверсивного регистра 17 и триггера 15

40 зшравления реверсом на заданный режим изменения фазы задатчик 8 подключает тактовый генератор 9 к счетному входу реверсивного счетчика 10, на выходе которого образуется п-разряд45 ный двоичный код, поступаюпщй на ЦДЛ 6, инвертор 11 кода и схему И 16. .Обратный двоичный код с выхода инвертора 11 кода поступает на ЦАП 7 и схему И 12. Квадратурные напр.яжения

50 с ЦАП 6 и 7, .пропорциональные прямому и обратному коду реверсивного ;счетчика 10, поступают на сумматор 18, на выходе которого образуется результирующий сигнал (вектор) с фа55 ЗОЙ, определяемой для каждого цикла работы (квадранта) как

Cf arctg J33u 3 Uan. i

где qp

и„

Uiont

и

цапг

31363051

текущий сдвиг фазы напряжения

на выходе сумматора;

текущее напряжение на выходе

первого ПАП 6;,

текущее напряжение на выходе

второго ЦАП 7,

Двоичный код с выхода реверсивного счетчика 10 обеспечивает в первом цикле работы фазовращателя линейное уменьшение на первом входе сумматора 18 квадратурного напряжения U, , а обратный двоичный код с инвертора 11 кода обеспечивает линейное увеличение на втором входе сумматора 18 квадра10

15

турного напряжения U (фиг.З). Изменение напряжений на входах сумматора 18 происходит от О до U, . При заданном законе изменения входных, напряжений, поступающих на сумматор 20 18, ,на его выходе образуется напряжение, сдвинутое по фазе по отношению к Ug 5 причем при изменении напереключает режим направления счета реверсивного счетчика 10. В результа те сдвига реверсивного регистра 17 на управляющих входах ключей 3 и 4 образуются сигналы, открывающие указанные ключи. При этом на опорные входы ЦАП 6 и 7 подаются соответственно квадратурные напряжения Uj и и от формирователя 1 квадратурных напряжений, а триггер 15 обеспечивае требуемое изменение выходных Напряже ний ЦАП 6 и 7 во втором цикле (изменение фазы выходного сигнала от 90 до 180°)

При изменении фазы выходного на- пряжения на 180° должно произойти переключение квадратурных напряжений поступающих на входы сумматора 18, к-ак это показано на фиг.З в третьем цикле, т.е. на входы сумматора 18 должны поступать квадратурные Uj и и. Подключение их обеспечивается за счет продвижения выходного кода

пряжения квадратуры IJ, от U,. до

О и соответственно напряжения квадра- 25 реверсивного регистра 17 по сигналу

от схемы И 16. Изменение состояния регистра происходит по следующей диаграмме:

туры Uj от О до . фаза выходно- го напряжения сумматора 18 изменяется от О до 90 с дискретностью

90° :Угла ucf где йС| - дискрет-

ность изменения фазы; п - число разрядов реверсивного счетчика 10. При достижении фазы выходного напряжения сумматора 18 90 для дальнейшего плавного изменения фазы в заданном 35 направлении на входы сумматора 18 должны поступать квадратурные напряжения и и и, причем квадратурное напряжение U, должно увеличиваться по амплитуде, а .квадратурное напря- 40 жение и - уменьшаться пропорционально коду, с выхода реверсивного счетчика 10 (см. фиг.З). Соответствующее второму циклу работы фазовращателя подключение квадратурных напряжений 1. U-, к входам сумматора 18 происходит следующим образом..

При заполнении реверсивного счет чика 10 (момент достижения фазового сдвига 90°) на выходе схемы И 12 образуется импульс, появление которого соответствует моменту перехода реверсивного счетчика 10 в нулевое состояние (выходы всех разрядов счетчика 10 переводятся в состояние О). 55 Этот импульс через первую схему ИЛИ 13 производит сдвиг выходного кода реверсивного регистра 17 и через вторую схему РШИ 14 и триггер 15

45 Направление счета реверсивного счетчика 10 также синхронно изменяет ся на противоположное при помощи триггера 15 управления реверсом, переключающегося через первую и вторую

50 схемы ИЛИ 13, 14 сигналом от схемы И 16.

В результате подключения в третье цикле на входы сумматора 18 квадратурных напряжений U, и U , меняюпшх ся по амплитуде в противоположном направлении в соответствии с кодом (фиг.З), выходной сигнал сумматора 18 плавно изменяется по фазе от 180 до 270 относительно входного сигна0

5

0

переключает режим направления счета реверсивного счетчика 10. В результате сдвига реверсивного регистра 17 на управляющих входах ключей 3 и 4 образуются сигналы, открывающие указанные ключи. При этом на опорные входы ЦАП 6 и 7 подаются соответственно квадратурные напряжения Uj и и от формирователя 1 квадратурных ; напряжений, а триггер 15 обеспечивает требуемое изменение выходных Напряжений ЦАП 6 и 7 во втором цикле (изменение фазы выходного сигнала от 90 до 180°)

При изменении фазы выходного на- . пряжения на 180° должно произойти переключение квадратурных напряжений, поступающих на входы сумматора 18, к-ак это показано на фиг.З в третьем цикле, т.е. на входы сумматора 18 должны поступать квадратурные Uj и и. Подключение их обеспечивается за счет продвижения выходного кода

35 40

55

45 Направление счета реверсивного счетчика 10 также синхронно изменяется на противоположное при помощи триггера 15 управления реверсом, переключающегося через первую и вторую

50 схемы ИЛИ 13, 14 сигналом от схемы И 16.

В результате подключения в третьем цикле на входы сумматора 18 квадратурных напряжений U, и U , меняюпшх- ся по амплитуде в противоположном направлении в соответствии с кодом (фиг.З), выходной сигнал сумматора 18 плавно изменяется по фазе от 180 до 270 относительно входного сигна513

ла (совпадающего по фазе с квадратур- ным напряжением U, ), причем- фазовый сдвиг на 270 относительно входного сигнала происходит в конце третьего цикла, соответствующего минимальному коду на выходе реверсивного счетчика )0. Образующийся в конце третьего цикла код через инвертор 11 кода и

сительно Ug по часовой стрелке). В этом случае по сигналу задатчика 8 реверсивный регистр 17 устанавливается в состояние реверсивного сдвига выходного кода, а триггер 15 управления реверсом через вторую схему ИЛИ 14 устанавливается в положение,

схему И 12 формирует импульс, сдвига-1 о обеспечивающее заданное направление

счета реверсивного счетчика 10, При- этом в первом цикле работы фазовращателя (изменение фазы происходит от О до -90 ) на вход сумматора 18 подключаются квадратурные напряжения

гощий реверсивный регистр 17 и пере- клю лющий триггер 15 управления реверсом, чем обеспечивается подключение к входам сумматора 18 квадратур-г ных напряжений Ц и 1)4 от формиро- .вателя 1 квадратурных напряжений и устанавливается направление счета реверсивного счетчика 10. Этот режим соответствует четвертому циклу работы фазовращателя, при котором фаза на пряжения на выходе сумматора I8 изменяется плавно (с определенной степенью дискретности, определяемой числом разрядов выходного кода реверсивного счетчика 10) от 270 до 360°. После достижения фазы выходного напряжения сумматора относительно и g, 360 происходит переключение квадратурных напряжений, после чего процесс изменения фазы повторяется - устанавливается режим, соответствующий первому циклу работы,описанному выше. Схемы И 12, 16 обеспечивают переключение реверсивного регистра 17 и реверсивного счетчика 10 и исключают разрьгоы сигналов на выходе ЦАП 6 и 7 в точках перехода значения фазы выходного сигнала, кратных

9o

Изменение фазы выходного напряжения относительно входного в общем случае можно определить по формуле:

-О

15

Ч где t

- iisp- z

2

360

rf

время команды, за которое происходит изменение фазы, с;

f - частота тактового генератора, Гц,

Выходной сигнал сумматора 18 при изменении фазы от О до 360 имеет некоторую модуляцию по амплитуде, которая устраняется стабилизатором 19 амплитуды.

Работа фазовращателя для случая изменения фазы выходного сигнала в обратном (реверсивном) направлении показана на векторной, диаграмме

и. и U4 амплитуды которых с выходов 6 и 7 изменяются в противополож 1 ДАЛ

ном направлении за цикл изменения кода от О до 2 на выходе реверсивно-

20 го счетчика-10, При изменении фазы на выходе сумматора до -90 происходит подключение на входы сумматора 18 соответственно квадратурных напряжений и и Uj, которые подключа25 ются за счет изменения выходного кода реверсивного регистра 17, вызванного поступлением на его продвигающий вход импульса схемы И 12 через схему ИЛИ 13. Устанавливается второй

30 цикл работы фазовращателя, при котором фаза выходного напряжения тора изменяется оТ -90 до -180. Третий цикл работы фазовращ-ателя устанавливается при достижении фазы

35 выходного напряжения -180 , причем на входы сумматора 18 подаются квадратурные напряжения U j и U, а направление счета реверсивного счетчика 10 устанавливается по сигналу

40 схемы И 16 через схемы ИЛИ 13, 14. При заданном изменении амплитуд квадратурных напряжений U и U на входах сумматора 18 фаза сигнала на его выходе плавно меняется и в

45 конце цикла достигает -270 . Образующийся сигнал на выходе схемы И 12 обеспечивает переключение фазовраща- теля в режим четвертого цикла, при котором на входах сумматора 18 сумми50 РУются квадратурные напряжения U, и Uj, подключение которых производится за счет изменения выходного кода реверсивного регистра 17, включающего ключи 2 и 3, В четвертом цикле работы

55 фазовращателя происходит изменение фазы выходного сигнала от -270 до -360°.

Таким образом, за четыре цикла работы фазовращателя происходит плав

фиг.26 (вектор Ц

ВЫК

перемещается относительно Ug по часовой стрелке). В этом случае по сигналу задатчика 8 реверсивный регистр 17 устанавливается в состояние реверсивного сдвига выходного кода, а триггер 15 управления реверсом через вторую схему ИЛИ 14 устанавливается в положение,

обеспечивающее заданное направление

15

и. и U4 амплитуды которых с выходов 6 и 7 изменяются в противополож 1 ДАЛ

ном направлении за цикл изменения кода от О до 2 на выходе реверсивно-

го счетчика-10, При изменении фазы на выходе сумматора до -90 происходит подключение на входы сумматора 18 соответственно квадратурных напряжений и и Uj, которые подключаются за счет изменения выходного кода реверсивного регистра 17, вызванного поступлением на его продвигающий вход импульса схемы И 12 через схему ИЛИ 13. Устанавливается второй

цикл работы фазовращателя, при котором фаза выходного напряжения тора изменяется оТ -90 до -180. Третий цикл работы фазовращ-ателя устанавливается при достижении фазы

выходного напряжения -180 , причем на входы сумматора 18 подаются квадратурные напряжения U j и U, а направление счета реверсивного счетчика 10 устанавливается по сигналу

схемы И 16 через схемы ИЛИ 13, 14. При заданном изменении амплитуд квадратурных напряжений U и U на входах сумматора 18 фаза сигнала на его выходе плавно меняется и в

конце цикла достигает -270 . Образующийся сигнал на выходе схемы И 12 обеспечивает переключение фазовраща- . теля в режим четвертого цикла, при котором на входах сумматора 18 суммиРУются квадратурные напряжения U, и Uj, подключение которых производится за счет изменения выходного кода реверсивного регистра 17, включающего ключи 2 и 3, В четвертом цикле работы

фазовращателя происходит изменение фазы выходного сигнала от -270 до -360°.

Таким образом, за четыре цикла работы фазовращателя происходит плав

ное изменение фазы (с определенной степенью дискретности) от О до 360, Заданное значение фазы выходного напряжения относительно U устанавливается по сигналу задатчика 8 режима и может изменяться в пределах от О д 360 с дискретностью

ч- Переход от прямого к реверсивному изменению фазы выходного напряжения производится по сигналу задатчика 8, задающего направление изменения фазы и установление ее требуемого значения.

Фазовращатель является одним из основных блоков устройств вихретоко- вого неразрушающего контроля и ока- зывает существенное влияние на способ обработки сигнала с электромагнитного преобразователя, отстройку от влияния мешающих факторов, на представление результатов контроля н индикаторе в системе X-Y, т.е. существенно определяет построение структурной схемы устройства Разработка современных средств неразрушающего контроля, например, дефектоскопов, контролирующих материалы в широком диапазоне изменения их электропроводности, требует соответственно широкого диапазона рабочих частот, а требование автоматической отстройки от мешающих факторов и автоматической настройки на режим контроля приводит к необходимости автоматической установки фазы с заданной точностью в широком диапазоне ее изменений (от О до 360° ).

Предлагаемьй фазовращатель к устройству неразрушающего контроля може быть использован при построении универсальных устройств для контроля изделий в широком диапазоне изменени его электромагнитных параметров и позволяет автоматически устанавливать и поддерживать требуемое значение фазы контроля в зависимости от выбранного режима и тем самым обеспечить отстройку от влияния мешающих факторов для заданного режима контроля в устройствах неразрушающего контроля.

Формулаизобретекия

Фазовращатель к устройству нераз- рушающего контроля, содержащий формирователь квадратурных опорных напряжений и сумматор, отличаюЩ и и с я тем, ч го, с целью повьш1е- ния точности установки фазы в широком диапазоне ее изменения и широком диапазоне рабочих частот, он снабжен четырьмя ключами, информационные вхоДы которых подключены к.выходам фор-, мирователя, первым и вторым цифро- аналоговыми преобразователями, входы которых подключены соответственно к выходам первого и третьего ключей

и второго и четвертого ключей, а их выходы - к входам сумматора, последовательно соединенными задатчиком режима, тактовым генератором, ревер- сивньм счетчиком, инвертором кода,

первой схемой И, первой схемой ИЛИ, второй схемой ИЛИ и триггером управления реверсом, выход которого подключен к второму входу реверсивного счетчика, второй схемой И, вход ко- торой связан с выходом реверсивного счетчика, а выход - с вторым входом, первой схемы ИЛИ, реверсивным регистром, первый вход которого подключен к второму выходу задатчика режима и второму входу второй схемы ИЛИ, второй вход - к выходу первой схемы ИЛИ, а его выходы - соответственно к управляющим входам ключей и стабилизатором амплитуды, вход которого под1спючен к выходу сумматора, а управляюш 1е входы первого и второго цифроаналоговых преобразователей подключены соответственно к выходам реверсивного счетчика и инвертора

кода.

U2

X

X

(8Ш

UJ

Uf UBX

tf

иг

Us

ui usx

Uif

Фиг. 2

Изобретение относится к неразру тающему контролю и может быть использовано в вихретоковой дефектоскопии и в измерительной технике для изменения фазы синусоидальных сигналов. Целью изобретения является повышение точности установки фазы в широком диапазоне ее изменений и увеличение частотного диапазона работы фазовращателя, принцип дейст- вия которого состоит в суммировании ;В сумматоре 18 синусоидальных сигна- лов, поступающих с цифроаналоговых U8x преобразователей 6 и 7, опорные входы которых подключены к формирователю квадратурных напряжений через ключи 2 - 5.. Плавное изменение фазы выходного напряжения осуществляется автоматически в зависимости от кода, устанавливаемого на выходе реверсивного счетчика 10, режим счета которого устанавливается логическими схемами И 1 2 , 16 и ИЛИ 13, 14 и 3 адат.чиком 8 режима. Переключение квадратурных составляющих производится сигналом реверсивного регистра 17, сдвигающий импульс на вход которого поступает Со схемы 13 в конце каждого цикла работы, определяемого разрядностью счетчика 10. Использование фазовращателя к устройству неразрушающего контроля позволяет автоматизировать выбор и установку требуемых фазовых соотношений сигналов и тем самым оперативно обеспечить отстройку от влияния мешающих факторов для заданного режима контроля. 3 ил. i сл 00. 05 о сл