Ультразвуковой генератор Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

оо

00

сх

со о

Изобретение относится к неразру- шагащему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано при создании одноканальных и многоканаль ных автоматизированных дефектоскопов для контроля материалов.

Цель изобретения - повьшение стабильности и быстродействия за счет стабилизации зарядного тока и сокращения времени установки начальных параметров.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого ультразвукового генера тора; на фиг.2 - схема зарядного клю ча; на фиг.З - схема подключения дополнительного ключа; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого устройства; на фиг.5 - временная диаграмма напрялсения на на копительном конденсаторе С ,

На фит.4 приняты следующие обозна чения: а - импульсы тактовой частоты с первого выхода синхронизатора; б - строб-импульсы с второго выхода синх ронизатора; в - сигнал с первого выхода триггера; г - сигнал с второго выхода триггера; д - сигнал с выхода второй схемы совпадения; е - сигнал с выхода счетчика; ж - сигнал с:выхода первой схемы совпадения; и - сигнал с выхода формирователя;, t, - момент появления очередного строб-импульса на выходе синхронизатора; 112 - момент завершения счета счетчиком и начала формирования зарядного строба; tj - момент окончания строб- импульса на выходе синхронизатора и появления запускающего сигнала на выходе формирователя.

На фиг.З приняты следующие обозначения: Е + ЛЕ - максимально возможное напряжение источника; Е - номинальное напряжение источника питания; Е - ДЕ - минимально возможное напряжение источника; t . - момент начала формирования зарядного строба t 3 - момент появления запускающего сигнала на выходе формирователя..

Ультразвуковой-генератор (фиг.1) содержит соединенные последовательно синхронизатор 1, второй элемент 2 совпадения, счетчик 3, первый вход которого соединен с.входным регистром 4, триггер 5, первым выходом соединенный с третьим входом счетчика 3, а вторым выходом - с вторым входом второго элемента 2 совпадения, первый элемент 6 совпадения, второй

вход которого совместно с вторым входом триггера 5 подключен к второму выходу синхронизатора I, формиро- ватель 7 и разрядный ключ 8, зарядную цепь 9, выход которой подключен к второму входу разрядного ключа 8, содержащую соединенные последовательно зарядный ключ 10, первый вход ко- 10 торого предназначен для подключения к источнику питания, а управляющий вход подключен к выходу усилителя 11 мощности, накопительный конденсатор 12, пьезопреобразователь 13, парал- 15 лельный индуктивности 14. Вход усилителя мощности соединен с выходом первого элемента 6 совпадения.

Зарядный ключ 10 (фиг.2) выполнен в виде стабилизатора тока, например 20 на транзисторе 15, коллектор которого подключен к источнику Е питания, а база через согласующий импульсный трансформатор 16 - к выходу усилителя 11 мощности, причем первичная об- 25 мотка согласующего импульсного трансформатора 16 подключена началом к вы- : ходу усилителя 1, а концом - на землю, вторичная обмотка концом подключена к второму входу разрядно- 30 го ключа 8, а началом - к базе транзистора 15, в эм иттерную цепь которого включено сопротивление 17.

Импульсный ключ 18 (фиг.З) содержит транзистор 19, коллектор которо- 35 го подключен через разделительный конденсатор 20 к выходу усилителя мощности, эмиттер - к земле, а база - через дифференцирующую цепочку 21-22 - к выходу инвертора 23, вход 40 которого подключен к выходу второго элемента 6 совпадения.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизатор 1 (фиг.1) вырабаты- 45 вает импульсы тактовой частоты : (фиг.4а) и стро б-импульсы (фиг.4б) постоянной длительности, частота следования которых соответствует частоте следования импульсов возбуждения ультразвука (УЗК).

Информация об амплитуде импульсов возбу вдения УЗК, закодированная в двоичном коде, записывается во входной регистр 4. До прихода очередного 52 строб-импульса с второго выхода син- , хронизатора 1 на второй вход триггера 5 последний находится в состоянии (фиг.4в), которая подается на третий вход счетчика 3 и блокирует

50

его. При поступлении в момент t, строб-импульса триггер 5 перебрасывается его положительным фронтом в состояние О, деблокируя счетчик 3 и разрешая запись на его входы предустановки информации с входного регистра, одновременно на инвертирующем выходе Q триггера 5 устанавливается уровень 1 (фиг,4г), который поступает на второй вход второго элемента 2 совпадения, а на первый вход с первого выхода синхронизатора 1 поступают импульсы тактовой частоты (фиг.4а). С выхода второго элемента 2 совпадения импульсы тактовой частоты, начиная с момента времени t, поступают на счетный вход счетчика 3 (фиг.4д), в который предварительно была записана информация, соответствующая необходимой амплитуде импульса возбуждения УЗК. При переполнении счетчика 3 в момент t на его выходе появляется сигнал (фиг.Ае), поступающий на первый вход триггера 5 и устанавливающий его своим положительным перепадом в состояние 1, что обеспечивает на его инвертирующем выходе Q состояние О которое запирает второй элемент 2 совпадения и тем самым прекращает поступление импульсов на счетный вход счетчика 3, и последний прекращает счет. Кроме того, сигналом I на своем прямом выходе Q триггер сбрасывает счетчик 3, подавая этот сигнал на его третий вход. При этом счетчик 3 готов к перезаписи прежней а в случае необходимости, новой информации об амплитуде импульса воз- буждения УЗК. Далее триггер 5 находится в состоянии до прихода следующего строб-импульса (фиг.4).

Строб-импульс с выхода синхрони

затора 1 поступает на вход первого элемента 6 совпадения, на первый вход которой поступает импульс 1 с выхода триггера 5 (фиг.4в), задержанный на время счета ,, зависящее от информации, поступившей на . входы предустановки счетчика 3 с входного регистра 4. С выхода первого элемента 6 совпадения импульс длительностью tj-t поступает на входы формирователя 7 и усилителя 11 мощности, который запускает зарядный ключ 10 на время и осуществляет заряд накопительного конденсатора

о Q

5

0

12 зарядной цепи, определяя амплитуду импульса возбуждения УЗК,

Формирователь 7 вьщеляет задний фронт импульса, поступившего с выхода первого элемента 6 совпадения (фиг.4и), и запускает им разрядный ключ 8. При закрытом зарядном ключе 10 накопительный конденсатор разряжается по цепи: конденсатор 12 - разрядный ключ - земля - нагрузка - конденсатор 12. При этом на нагрузке, представляющей собой пьезопреобразо- ватель с индуктивностью, выделяется импульс УЗК.

Зарядный ключ 10 представляет собой эмиттерный повторитель. Сильная обратная связь осуществляется за счет включения сопротивления 17 в цепь эмиттера транзистора 15. Величина зарядного тока задается сопротивлением 17 и увеличивается при его уменьшении. Таким образом, накопительный конденсатор 12 заряжается постоянным током, что обеспечивает на нем линейное нарастание напряжения в зависимости от времени заряда, определяющегося информацией, записанной во входной регистр (фиг.5).

С целью уменьшения мертвой зоны дефектоскопа устройство снабжено дополнительным ключом (фиг.З), вход которого через инвертор 23 подключен к выходу первого элемента 6 совпадения, а выход - к выходу усилителя 11 мощности. Необходимость в дополнительном ключе вытекает из. следующего. Первичная обмотка трансформатора 16 обладает определенной индуктивностью и в момент резкого среза зарядного импульса (т.е. в момент запуска разрядного ключа) в обмотке возникает противоЭДС, приводящая к затягиванию последнего. Затянутьй задний фронт импульса трансформируется во вторичную обмотку, в результате чего не происходит надежного закрытия зарядного ключа 10, ив момент, запуска разрядного ключа происходит замыкание тока по цепи: источник питания- зарядный ключ - разрядньш ключ - земля, т.е. осуществляется дополнительная подпитка нагрузки (пьезо- преобразователя 13 и индуктивности 14) от источника питания, и импуль- сы УЗК несколько затягиваются, что приводит к увеличению мертвой зоны.

Таким образом, введение дополнительного ключа уменьшает мертвую зо

ну дефектоскопа, в котором используется -ультразвуковой генератор, за счет шунтирования первичной обмотки трансформатора 16 в момент среза зарядного импульса, что повьшает дотоверность и качество контроля.

Для достижения этой же цели, т.е уменьшения мертвой зоны дефектоскопа, вводят элемент 24 временной за- держки, вход которого подключен к выходу формирователя 7, а выход - к первому входу разрядного ключа 8. Элемент 24 временной задержки, выполненный, например, в виде ждущего мультивибратора, .обеспечивает задержку сформированного формирователем импульса на время, достаточное для надежного закрывания зарядного ключа 10.

Формула изобретения

1. Ультразвуковой генератор, содержащий синхронизатор и последовательно соединенные формирователь и разрядный ключ, последовательно соединенные зарядный ключ, вход которого предназначен для п одключения к источнику напряжения., конденсатор и пьезопреобразователь, подключенную к нему параллельно индуктивность, отличающийся, тем, что, с целью повьшения стабильности и быстродействия, он снабжен последовательно соединенными регистром, счетчиком, триггером, первым злемен- том совпадения и усилителем мощности

i..

5

0

0

5

0

5

выход которого подключен к второму входу зарядного ключа, вторым элементом совпадения, первый вход которого подключен к первому выходу синхронизатора, связанного вторым выходом с вторыми входами триггера и первого элемента совпадения, второй вход - к инверсному выходу триггера, а выход - к счетному входу счетчика, установочный вход которого связан с прямым выходом триггера, а выход первого элемента совпадения подключен к входу формирователя.

2.Генератор по п.1. о т л и ч а ю щ и и с я тем, что зарядный ключ выполнен в виде стабилизатора тока и импульсного трансформатора с встречно включенными обмотками, одна из которых включена параллельно стабилизатору тока, а вторая является вторым входом зарядного ключа, а вход и выход стабилизатора тока являются соответственно первым входом и выходом зарядного ключа.

3.Генератор по п.2, отли-г чающийся тем, что он снабжен последовательно соединенными инвертором, вход которого связан с выходом первого элемента совпадения, и импульсным ключом, выход которого связан с выходом усилителя мощности.

4.Генератор по п.1, о т л и - чающийся тем, что он снабжен элементом задержки, включенным между выходом формирователя и входом разрядного ключа.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при создании ультразвуковых дефектоскопов. Цель изобретенияповышение стабильности и быстродействия за счет стабилизации зарядного тока и сокращения времени установки начальных параметров. Установленный во входном регистре 4 код определяет время заряда конденсатора 12 стабилизированным током зарядного ключа 10 с помощью счетчика 3, триггера 5, синхронизатора 1 и элементов 2 и 6 совпадения. Для уменьшения длительности импульса используют импульсный трансформатор 16, инвертор 20 и импульсный ключ 18. Элемент 24 задержки, включенный между формирователем 7 и разрядным ключом 8, позвот ляет также сократить длительность разрядного импульса. 3 з.п. ф-лы. 5 ил. (Л

cpue.Z

° prwv.

a

фие.З

mill

фиеЛ

f,f

фие.5

- f