Система акустического изображения Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

4

ь

со 4;

СХ) 05

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зонаио для визуализа1ши внутренней структуры и дефектоскопии npoMbiiujjei - ньБС изделий, а также в медицине для диагностики.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности за счет повьшге- ния точности установки фазовых сдви- гов между детектирующими сигналами путем использования аналоговой системы управления фазовращателями.

На фиг.1 представлена блок-схема системы акустического изображения; на фиг.2 - временные диаграммы формирования зондирующих импульсов.

Система акустического изображе1шя содержит п преобразователей 1.1-1.п ультразвуковой фазированной решетю1 2п синхро.иных детекторов 2,1-2.Zn, 2п фильтров 3.1-3.2П нижних ча.стот, 2п линий 4.1-4.2п задержки, два cyi i- матора 5.1 и 5.2, арифметический блок 6, генератор 7 синусо1адального напряжения, блок 8 управления, 2п фазовращателей 9.1-9.2п, п формирователей 10.1-10.п импульсов, п D- триггеров 11.1-11.п, п аналоговых ключей 12.1-12.п.

Система акустического изображения работает следующим образом.

Выходной сигнал генератора 7 синусоидального напряжения непрерывно поступает на фазовращатели 9.1, 9.3, 9.5,.,., 9(2п-1). Каждьш из фазовращателей может сдвигать по фазе входной сигнал в диапазоне от О до 2. Для отклонения главного лепестка диаграммы направленности (ДН) рещетки преобразователей 1.1- 1„п на угол б относительно нормали к поверхности решетки фазовые сдвиги, вводимые фазовращателями 9.1. 9.3,,,., 9,(2п-1) определяются по формуле

гл. 2 ir d -л Ч, 1 . - S 1п У

(1)

50

де 1 - порядковьй номер фазовращателя из ряда фазовращателей 9.1, 9.3, 9,5,,,,, 9,(2п-1); d - период решетки преобразователей;

ГЦ Д - длина волны ультразвука в исследуемом объекте;

- угол отклонения главного лепестка ДН,

.

IQ

5 20 25 30

Q д

50

;

ГЦ86 2

Значения требуемых фазовых сдвигов epj устанавливаются с помощью блока 8 управления. Фазовращатели 9,2, 9,4, 9.6,,,., 9.2п сдвигают по фазе сигнал только на 90°,

Формирователи 10,1-10,п импульсов преобразуют синусоидальный сигнал в импульсный, причем состояние логической переменной 1 соответствует положительной полуволне синусоиды, а состояние логической переменной О - отрицательной полуволне. На фиг.2 приведены временные диаграммы формирования зондирующ11Х импульсов, Сигналом разрешения формирования зондирующего сигнала решетки преобразователей 1,1-1,п является одиночный прямоугольньй 11мпульс на (2п+1)-м выходе блока 8 управления, который поступает на D-вход первого D-тригге- ра 11 .1, Длительность этого одиночного импульсного сигнала равна целому числу периодов генератора 7 синусоидального напряжения. Длительности импульсных сигналов преобразователей 1,1-1,п решетки равны длительности (2п+1)-го выходного сигнала блока 8 управления. D-триггеры 11.1-11,п передают на выход логический сигнал, присутствующий на D-входе,только в момент переходе из О в 1 импульсного сигнала на С-входе, Во время, соответствующее значению логической переменной .1 на управляющем входе аналогового ключа 12,1-12,п этот ключ открыт. Таким образом, на выходе каждого из аналоговых ключей 12, 1-12,г: формируется импульсный электрический сигнал требуемой длительности. Преобразователи 1 ультразвуковой фазированной решетки осуществляют преобразование электрических сигналов, поступающих с выходов аналоговых кпюг- чей 12.1-12,п, в ультразвуковые сигналы, которые распространяются в исследуемом объекте. При этом сформируется ультразвуковая волна с узкой ДН, Отраженные от дефекта среды или границы раздела сред ультразвуковые эхо-сигналы достигают преобразователей 1.1-1.П решетки и преобразуются в электрические сигналы. Выходной сигнал каждого из п преобразователей 1,1-1.п решетки поступает параллельно на два синхронных детектора. Непрерывные синусоидальмь е сигналы фазовращателей 9,1-9,2п используются в качестве детектир аощих сит налов

3

синхронных детекторов 2.1-2,2ii. Фа- зовьш сдвиг между детектирукяцнми сигналами -cooTBeTCTDGHHO первого и второго, третьего и четвертого, ..., (2п-1)-го и 2п-го синхронных детекторов 2 равен 90°,. так как фазовращатели 9.2, 9,4, 9.6,..., 9.2п сдвигают по фазе сигнал только на 90°. Таким образом, осуществляется ортогональная обработка эхо-сигналов ультразвуковой фазированной решетки Напряжение :.а выходе синхронного детектора 2 пропорционально произведению входного и детектирующего сигналов синхронного детектора 2. Если при отклонении ультразвукового пучка-решетки на определенный угол fi относительно нормали к решетке излучаемый сигнал i-ro преобразователя 1.1 решетки опережал по фазе излучаемый сигнал (i+1)-ro преобразователя 1.1+1 решетки на значение Сро, то при приеме эхо-сигнал 1-го преобразователя 1.1 решетки отстает по фазе от эхо-сигнала (1+1)-го преобразователя 1.(1+1) решетки на значение Cfp , где 1 1,.2п. Детектируюпщму сигналами первого, третьего, пятого,..., (2п-1)-го синхронных детекторов 2 являются выходные сигналы соответственно С2п-1)-го . (2п-3).-го, ..., третьего, первого фазовращателей 9, которые также использовались для формирования излучаемых сигналов соответственно п-го (п-1)-гго, ... первого преобразова- телей 1 решетки. Следовательно, соблюдается равенство фазового сдвига междгу входным и детектирующим сигналами первого синхронного детектора 2.1 фазовому сдвигу между входным и детектирующим си гнапами третьего синхронного детектора 2.3 фазовому сдвигу между входным и детектирующим сигналаг-ш (2п-1)-го синхронного детектора 2.2п-1. Аналогично, соблюдается равенство фазовых сдвигов между входными и детектирующими сигналами второго, четвертого,..., 2п-го синхронных детекторов.

Фильтры 3.1-3.2п-нижних частот вьщеляют низкочастотную составляющую в выходных сигналах соответствующих синхронных детекторов 2,1- 2.2п. Уровень выходного напряжения фильтров 3.1-3.2п нижних частот пропорционален значению coscf,, гдес г

39Д864

фазовьп сдвиг смчхрониых детекторов 2..2п.

Для получен1 Я максимального зна- чения напряжения н.з выходе сумматоров 5.1 н 5.2 выходные сигналы фильров 3.1-3.2п задерживаются в линиях 4.1-4.2п задержки па соответствующее время и . Временная задержка 10 для соответствующей пары линий задержки (ЛЗ) определяется по формуле

, dsinS . 1 : :;

(2)

где 1 - порядковьй номер пары ЛЗ из ряда пар ЛЗ: 4.1 и 4.2, 4.3 и 4.4,...,п, 4.(2п-1) и 4.2п,

d - период решетки преобразова- телей;

б - угол отклонения главного лепестка ДН относительно нормали к решетке С - скорость ультразвука в ис- следуемом объекте.

Определение значений требуемьсх временных задержек осуществляет блок 8 управления. В первом сумматоре 5.1 суммируются сигналы с вы- ходов первой, третьей,..., (2п-1)-й линий 4 задержки. Второй сумматор 5.2 суммирует выходные сигналы второй, четвертой,..., 2п-й линий 4 задержки. Ари|1матический блок 6 об- рабатьшает полученные две суммь по следующей формуле

и

эых

(3)

0 где - значение на выходе арифметического блока 6; Uf. - значение на выходе первого сумматора 5.1; и - значение на выходе второ- 5го сумматора 5.2.

Выходной сигнал арифмет11ческого блока 6 представляет собой видеосигнал, которьй может быть использован в электронно-лучевой трубке или в дисплее для визуальной индикации точек объекта, от которых произошло отражение ультразвука.

Формирователи 10.1-IO.n импульсов реализованы на основе компараторов типа 597СА1, один вход которых заземлен, а на другой вход подан синусои- дальньй сигнал. В качестве D-тригге- .:ров 11.1-11.П использованы интегральные микросхемы типа К155ТМ2, в каждом

корпусе которых находятся по два D- триггера. Аналоговые ключи 12.1-12.П собраны на основе микросхем типа К590КН2, содержащих по четьфе юлюча. Фш:1ьтры 3,1-3.2п нижних частот реализованы по известным схемам фипьтров ниясних частот первого порядка. Сумматоры 5.1 и 5.2 построены по инвертирующей схеме. Арифметический блок 6 собран по схеме вычисления длины вектора. Генератор 7 синусоидального напряжения собран по схеме кварцев о- го генератора. Фазовращатели 9.1-9.2п построены по схеме мостового фазо- вращателя. Блок 8 управления сделан в виде микропроцессорного модуля на основе микропроцессора К580ИК80. Синхронные детекторы 2,1-2.2п реа- лигюваны по известной схеме. Ульт- развуковая фазированная решетка представляет собой набор пьезоэлектрических преобразователей. В качестве линий задержки 4.1-4.2 можно использовать импульсные линии с емкостным: накоплением.

Формула изобретения

Система акустического изображения, содержащая п,преобразователей ультразвуковой фазированной решетки, 2п. синхронных детекторов, 2п фильтров низких частот, 2п линий задержки, два сумматора, арифметический блок, вьосоды первого, второго,..., п-го преобразователей ультразвуковой фазированной решетки соединены соответственно с входами первого и второго, третьего и четвертого,..., (2п-1)-го

и .in-ro синхронных детекторов, выходы первого, второго,..., 2п-го синхронных детекторов подключены соответственно к входам первохю, второго,..., 2п-го фш1ьтров нижних частот, выводы которых соединены соответст- ве::1но с входами первой, второй,,.., ..., ,2п-й линий задержки, выходы первой, третьей, ..., (2п-1)-й линий задержки подключены к входам пер- вого сумматора, выходы второй,, четвертой, ..., 2п-й линий задержки сое;- динены с входами второго сумматора,

выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам арифметического блока, о т л и ч а ю п; а я с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности, она-снабжена генераторо синусоидальпого напряжения, блоком управления, 2п фазовращателями, п формирователями импульсов, п D-триг- герами, п аналоговыми ключами, выход генератора синусоидального напряжения соединен с входами первого, третьего,..., (2п-1)-го фазовращателей, выходы которых подключены соответственно к входам первого, второго,..., ..., п-го формирователей импульсов и к информационным входам первого, второго,..., п-го аналоговых ключей, вькоды которых соединены соответст- венно с входами первого, второго,... ..., п-го преобразователей ультразвуковой фазированной решетки, выходы первого, второго,,.., п-го формирователей импульсов подключены соответственно к С-входам первого, вто-, рого,..., п-го D-триггеров, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами первого, второго,..,, п-го аналоговых ключей и с - D-входами второго, третьего,..., п- го D-триггеров, выходы -первого, третьего, ..., (2п-1)-го фазовращателей подключены соответственно к де- тектируюш1-1м входам (2п-1)-г6, (2п-3) го,..., первого синхронных детекторов и к входам второго, четвертого, ..., 2п-го фазовращателей, выходы которых подключены соответственно к детектирующим входам 2п-го, (2п-2)- го,..., второго синхронных детекторов, первый, второй, ..., п-й выходы блока управления соединены соответственно с управляюищми входами первой и второй, третьей и четвертой, ..., (2п-1)-й-и 2п-й линий задержки, (п-И)-й, (п+2)-й, ... ,2п-й блока управления подключены соответственно к управляюшлм входам первого, третьего,..., (2п-1)-го фазовращателей, (2п+1) -и выход блока управления соединен с D-входом первого D-триггера.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для визуализации внутренней структуры непрозрачных объектов. Цель изобретения - повьппеьше разрешающей способности - достигается за счет повышения точности установки фазовых сдвигов между детектирующиьш сигналами путем использования аналоговой системы управления фазовращателями. Система акустического изображения представляет собой электронную систему сканирования акустической антенной решетки 1.1-1.п« С помощью синхронных детекторов 2.1-2.П,.линий 4.1-4.2п задержки, генератора 7 синусоидального напряжения, блока 8 управления, п D-триггеров 11.1-ll.n осуществляется определенное соотношение между фазами зондирук цих сигналов и опорных, которые использ тот- ся при синхронном детектировании от- ралсенного сигнала. 2 ил. to сл