Устройство для измерения диаграмм направленности ультразвукового преобразователя Советский патент 1989 года по МПК G01N29/04 

Од

Изобретение относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах измерения диаграммы направленности электроакустических преобразователей, применяемых в различных областях техники (дефектоскопии, медицинской диагностике и др.). Целью изобретения является повышение производительности измерения диаграммы направленности ультразвуковых преобразователей за счет автоматизации процесса измерения. Исследуемый преобразователь устанавливают в имерсионную ванну, в которую он излучает импульсные ультразвуковые сигналы и принимает ультразвуковые волны, отраженные от отражателя, совершающего в имерсионной ванне возвратно-поступательные движения в направлении, перпендикулярном направлению предполагаемой акустической оси преобразователя. Эхо-сигналы, полученные при первом рабочем проходе отражателя, используются для установки оптимального коэффициента усиления в приемном тракте устройства. При последующих проходах из принятых эхо-сигналов формируется кривая, отражающая диаграмму направленности преобразователя, которая фиксируется графопостроителем. 2 ил.

Изобретение относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и может бьЛь использовано в автоматизированных системах измеретшя диаграммы направленности электроакусти ческих преобразователей, применяемых в различных областях техники.(дефек- ,тоскопии, медицинской диагностики и ДР.) .

Цель изобретения - повьгашние производительности измерения диаграмм направленности ультразвуковых преобразователей за счет автоматизации процесса измерения.

На фиг.1 дана блок-схема предложенного устройства; на фиг.2 - временные диаграмьП) сигналов, поясняющие .его работу.

25

31511674

Устройство для измерения диаграмм направленности ультраззукового преобразователя содержит генератор 1 импульса запуска, последовательно сое- г диненные генератор 2 импульсов возбуждения, усилитель 3 и первый пиковый детектор 4, вторым входом, соеди- . ненный с генератором 2 ш-тульсов возбуждения, последовательно соединенные 10 источник 5 питания, первый электронный ключ 6 и ключ 7 реверса, иммерсионную ванну 8, смонтированные на последней механизм 9 крепления исследуемого ультразвукового преобразова- 15 теля и механизм 10 перемещения с укрепленным на нем отражателем 11 ультразвуковых волн и первый 12 и второй 13 концевЕ)1е выключатели крайних положений механизма 10 перемещения, потен-20 циометр 14, подвижный вывод которого механически соединен с. механизмом 10 перемещения, а два неподвижных вывода 15 и 16 предназначены для подачи на Них соответственно отрицательного и положительного потенциалов напрялсе- ния, привод 17, механически соединен- }й1й с механизмом 10 перемещения, графопостроитель 18, первым входом под- клю.ченный к подвижному выводу потен- 30 циометра 14, последовательно соединенные схему ИЛИ 19, счетчик 20 и второй электронный ключ 21, второй вход которого подключен к выходу ключа 7 реверса, а выход - к входу привода I735 последовательно соединенные первую схему И 22 и третий электронный ключ 23, выходом соединенный с вторым входом графопостроителя 18, последоваIтельно соединенные вторую схему И 24,40 четвертый электронный ключ 25, второй пиковый детектор 26 и пятый электронный ключ 27 5 выходом соединенный с вторым входом усилителя 3, третью схему И 28, первым и вторым входами со- 45 ответственно соединенную с вторым и четвертым выходами счетчика 20, выходом - с вторым входом второго пикового детектора 26, последовательно соединенные третий концевой выключа- Q тель 29, установленный на иммерсионной ванне 8 на акустической оси ис-. следз емого ульТразву1сового преобразователя, четвертую схему И 30 и триггер 31, вторым входом соединенный с 55

. генератором 1 импульса запуска, вы- , ходом - с вторым входом первого электронного ключа 6, выход первого пикр- во.го детектора 4 соединен с вторыми

5

5 0 0 5

0 5 Q 5

входами треттзвго 23 и четвертого 25 электронных ключей, первый выход счетчика 20 соединен с первыми вхо- да1чи пер вой 22 и второй 24 схем И и с вторым входом ключа 7 реверса, второй вход первой схемы И 22 сое динен с третьим выходом счетчика 20, второй вход второй схемы И 21 соединен с четвертом выходом счетчика 20, второй и третий входы четвертой схемы И 30 соответственно соединены с вторым и четвертым выходами счетчика 20, первый вход схемы ИЛИ 19 соединен с выходом первого концевого выключателя 12, второй вход схемы ИЛИ 19 соединен с выходом второго концевого выключателя ГЗ, третий вход графопостроителя 18 и второй вход пятого электронного ключа 27 соединены с выходом первой схемы И 22.

Позициями 32-53 показань сигналы выходов блоков устройства.

Устройство работает следуюгцим образом.

Ультразвуковой преобразователь, диаграмму направленности которого необходимо определить, уста11авл1 шают в иммерсионной ватине 8 с помощью механизма 9 крепления .и подключают к выходу генератора 2 импульсов возб; ЖДе- ния,

В исходном состоянии до пуска устройства на выходе триггера 31, первом и третьем выходах счетчика 20 находится напряжение О (сигналы 33, 39 и 41 на фиг. 2) 5 а также Ь5еханизм 10 перемеще1дая находится в положа- - НИИ, при котором отражатель П находится в области номинального значения акустической оси ультразвукового преобразователя, В момент t оператор включает генератор . 1, который выраба- тывaet пусковой импульс 32. Импульс 32 воздействует на установочный вход триггера,31 к на его выходе вырабатывается импульс 33 питания5 открывающий первый ключ 6, Электрическая энергия от источника 5 питания поступает через открытый первый ключ 6 li ключ 7 реверса на вход привода 17. При этом характер, управления ключом 7 реверса- выбран таким, что при напряжении О на его первом входе напряжение на выходе устанавливается большим и реверсируется., вследствие чего механизм 10 перемещения, механической передачей связанный с приводом 17, быстро пере-.

мещается в направлении к первому концевому выключателю 12. При достижении механизмом 10 перемещения границы перемещения в момент t +С срабатывает первый концевой выключатель 12, импульс ЗА через схему 19 ИЛИ, на выходе которой формируется суммарная последовательность счетных импульсов 38, поступает на вход счетчика 20 и переключает его в следующее состояние при котором на его первом выходе устанавливается напряжение 1. Это напряжение переключает ключ 7 реверса в состояние, при котором на входе привода 17 устанавливается прямое напряжение питания ио(1нальной величины С момента t + О , и механизм 10 перемещения передвигается от первого концевого выключателя I2 к второму концевому выключателю 13 с номинальной скоростью. При достижении механизмом 10 перемещения границы передвижения в

момент иQ +0, срабатьшает второй

третьем и четвертом выходах счетчика 20 формируются импульсы соответственно 39, 40, 41 и 42, которые поступают на соответствующие входы схем И 22,

25 24, 28 и 30. Во время передвижения

механизма. 10 перемещения вблизи третьего концевого выключателя 22 выбираются импульсы 43, поступающие на первый вход четвертой схемы И 30. Таконцевой выключатель 13. Вследствие этого первый импульс 34 второго концевого выключателя 13 поступает через схему ИЛИ 19 на вход счетчика 20, переводя его в следующее состояние, при котором на первом выходе устанав- зо образом, на вь ходах первого 22, ливается напряжение О. Привод 17 второго 24, третьего и четвертого 30 реверсируется и механизм 10 перемеще- элементов И соответственно формиру+t быстро ются импульсы 44, 45, 46 и 47. С момента CQ +, t С - + + с: на втором и четвертом выходах счетчика 20 устания с момента с,

+ ,

35

передвигается от второго концевого выключателя 13 к первому 12. При достижении механизмом 10 переме- |щения границы передвижения в момейт itp + , + L -ь срабатывает первый концевой выключатель 12, вследствие чего импульс 36 с его выхода поступает через схему ИЛИ 19 на вход счетчика 20 и переводит его в следующее состояние, при котором на его первом . выходе формируется напряжение . )то напряжение переключает ключ 7 ре- . верса в состояние, при котором на входе привода 17 устанавливается прямое напряжение питания номинальной величины. Электрический двигатель привонавливаются напряжения Г, поступающие на второй и третий входы четвертой схемы И 30, подготавливая его к приему сигнала по первому входу.

4Q момент t + C + L + ь + С,

+ С

да 17 с момента t + i

+ 6 2 + о.

на50

импульс 43 с выхода третьего концевого выключателя 29 поступает на первый вход четвертой схемы И 30, на выходе которой вырабатывается импульс 47. Этот импульс поступает на первый вход триггер а 31 и устанавливает на его выходе напряжение О. При этом первый 7ХЛ10Ч 6 закрывается, отключая ис-. точник 5 питания. Моментом t +. 0, + + с,, +0,, + 4 заверщается цикл работы устройства длительностью, равной. Т &, + с + c j + t. + J чинается время t ожидания следующего цикла,

чинает вращаться в прямом направлении и механизм 10 перемещения передвигается от первого концевого выключателя 12 к второму концевому выключателю 13 с ноьшнальной скоростью. При достиже-, 1ши механизмом 10 перемещения границы передвижения в момент 1 а + , U2. + Ь . срабатывает второй кон- °1Севой выключатель 13, вследствие чего

импульс 37 с его выхода поступает через схему ИЛИ 19 на вход счетчика 20 и переводит его в следующее состоя- tme, при котором на первом выходе устанавливается напряжение О. Это напряжение переключает ключ 7 реверса в-состояние, при котором на входе привода 17 устанавливается реверсивное

напряжение повышенной величины,

вследствие чего механизм 10 перемещения быстро передвигается от второго концевого выключателя 13 к номиналь-- ному положению акустической оси преобразователя. Таким образом, во время передвижения механизма 10 перемещения в иммерсионной ванне 8 счетные импульсы 38 с выхода схемы iUM 19 поступают на счетчик 20 i переключают

его. При этом на первом, втором,

третьем и четвертом выходах счетчика 20 формируются импульсы соответственно 39, 40, 41 и 42, которые поступают на соответствующие входы схем И 22,

24, 28 и 30. Во время передвижения

механизма. 10 перемещения вблизи третьего концевого выключателя 22 выбираются импульсы 43, поступающие на первый вход четвертой схемы И 30. образом, на вь ходах первого 22, второго 24, третьего и четвертого 30 элементов И соответственно формируются импульсы 44, 45, 46 и 47. С момента CQ +, t С - + + с: на втором и четвертом выходах счетчика 20 уста35

. навливаются напряжения Г, поступающие на второй и третий входы четвертой схемы И 30, подготавливая его к приему сигнала по первому входу.

4Q момент t + C + L + ь + С,

+ С

50

импульс 43 с выхода третьего концевого выключателя 29 поступает на первый вход четвертой схемы И 30, на выходе которой вырабатывается импульс 47. Этот импульс поступает на первый вход триггер а 31 и устанавливает на его выходе напряжение О. При этом первый 7ХЛ10Ч 6 закрывается, отключая ис-. точник 5 питания. Моментом t +. 0, + + с,, +0,, + 4 заверщается цикл работы устройства длительностью, равной. Т &, + с + c j + t. + J чинается время t ожидания следующего цикла,

Генератор 2 импульсов возбуждения вырабатывает импульсы 48, поступающие на ультразвуковой преобразователь, установленный в механизме 9 крепления и преобразующий электрические сигналы, поступающие на его вход, в акустические сигналы. Последние распространяются в иммерсионной ванне 8, отражаются отражателем 10, который вмес

те С механизмом 10 неремещения пере двигается в имерсионной ванне 8 и поступает на ультразвуковой преобразов I

тель, который преобразует акустический сигнал в электрический эхо-сигна 49, поступающий на вход усилителя 3. Усилен1Ш1Й сигнал с выхода усилителя поступает на первый вход первого пикового детектора 4, на выходе которого хранится пиковое значение принято го сигнала за один такт работы генератора 2 имцульсов возбуждения. В . конце такта работы генератора 2 импульсов возбуждения первый пиковый детектор 4 сбрасывается сигналоь по второму входу. В результате на выход пикового детектора 4 формируется огибающая лО пиковых значений сигнала за один цикл работы устройства. Импульсы 40 и 42 с второго и четвертог выходов счетчика 20 поступают на первый и В горой входы третьей cxei-Ci И 28, которая вырабатьшает в течение времени с, , t и t напряжение 46 логической единицы, поступающее на второй вход второго пикового детектора 26 II сбрасывающее его. В течение остального времени цикла о + Cj + с на выходе третьей схемы И 28 вырабатывается напряжение О, вследст вие чего второй пиковый детектор 26 работает в режиме получеютя и хранения информации об амплитуде сигнала. Импульсы 39 и 42 с первого и четвертого выходов счетчика 20 поступают н входы схемы И 24, которая вырабаттява ет в течение времени с импульс 45 . напряжения 1, поступающий на первы вход четвертого ключа 15, и откры,вае его. В течение остального времени цикла и времени ожидания четвертый кл 25 закрыт. Таким образом, в течение времени о импульсы с выхода первого пикового детектора 4 через открытый четвертый ключ 25 проходят на первый вход второго пикового детектора 26,. который вырабатывает импульс 52 напряжения пикового значения огибающей;

51 принятых сигналов за время с и хранит полученную информацию в тече-- , нив времени Импульсы . :J8, и 40 с первого и третьего выходов счетчика 20 поступают на входы первой схемы И 22, которая выраба1Ъ1В ает в те

чение времени :. импульс 44, которым открывается третий 23 и пятый 27 элек TpcKKfjie и опускается перо на носитель информации в графопостроителе t8. Импульс 52 напряжения пикового значения поступает на второй вхо усилителя 3 и управляет коэффициентом усиления последнего. С увеличением управляющего напряжения коэффициент усиления усилителя 3 уменьшается. Вследствие этого уровень максимального значения сигнала на выходе усилителя 3 постоянен и не зависит от значения амплитуды принятых сигналов за время С . Постоянный уровень максимального значения сигнала на выходе усилителя 3 принимается равшлм максимально возможному значению входных сигналов графопостроителя 18, что

позволяет использовать его в режиме максимальной разрешающей способности и точности независимо от значения коэффициер та двойного преобразования ультразвукового преобразователя. Сигнал огибающей 53 диаграммы направленности ультразвукового преобразователя через открытый третий ключ 23 поступает на второй вход графопостроителя 18 и пропорционально величине сигнала отклоняет перо графопостроителя по вертикали. Перемещение пера по горизонтали пропорционально ске- щению подвижного вывода потенциомет14. Перо прочеркивает кривую диаграммы направленности ультразвукового преобразователя. Остальное; время цикла

+ .

Ь 5

Дания на выходе схемы О

и время t ожнИ 22 присутствует напряжение О, вследствие чего третий 23 и пятый 27 электронные ключи закрыты, ожидая прихода следующего го-тульса 44.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить производительность измерения диаграмм, направленности ультразвукового преобразователя благодаря aвтo iaтнзaции процес- са измерения.

Формула

и 3 о о р

тения

Устройство для измерения диаграмм направленности ультразвукового преобразователя, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов возбуждения, усилитель и первый пиковый детектор, вторьм входом соединенный с генератором импульсов возбуждения, последовательно соединенные источник питания, первый электроиньш ключ И-.ключ реверса, иммерсионную ванну, смонтиррвагшые на последнем механизм крепления исследуемого ультрат звукового преобразователя и механизм перемещения с укрепленным на нем отражателем ультразвуковых волн и первый и второй концевые выключатели крайних положений механизма перемещения, потенциометр, подвижный вьшод которого механически соединен с механизмом перемещения, а два неподвижны вывода предназначены для подачи на них соответственно отрицательного и . положительного потенциалов напряжения, привод, механически соединенный с механизмом перемещения, графопостроитель, первым входом подключен(гый к подвижному выводу потенциометра, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено последовательно соединенными схемой ИЛ1-1, счнтчиком и в то- рым электронным ключом, второй вход которого подключен к выходу ключа реверса, а выход - к входу привода, последовательно соединенными первой схемой И и третьим электронным клю- чом, выходом соединенным с вторым входом графопостроителя, последовательно соединенными второй схемой И, четвертым электронным ключом, вторым пи- ковым детектором и пятым электронным

ключом, выходом соединенным с вторым входом усилителя, третьей схемой И, первым и вторым входами соответст- венно соединенной с вторым и четвертым выходами счетчиков, выходом - с вторым входом второго пикового детектора, последовательно соединенным третьим концевым выключателем, установленным на иммерсионной ванне на акустической оси исследуемого ультразвукового преобразователя, четвертой схемой И и триггером, вторым входом соединенным с генератором импульса запуЬка, выходом - с вторым входом первого электронного ключа, выход первого пикового детектора соединен с вторыми входами третьего и четвертого электронных ключей, первый выход счетчика соединен с первыми входами и второй схем И и с вторым входом ключа реверса, второй вход первой схемы И соединен с третьим выходом счетчика, второй вход второй схемы И соединен с четвертым выходом счетчика, второй и третий входы четвертой схемы И соответственно соединены с вторым и четвер1Ъ1м . выходами счетчика, первый вход схемы ИЛИ соединен с выходом первого концевого выключателя, второй вход схемы ИЛИ соединен с выходом второго концевого выключателя, трети вход графопостроителя и второй вход пятого электронного ключа соединены с выходом первой схемы И.