Устройство для автоматической настройки ультразвукового преобразователя Советский патент 1989 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к ультразвуковым контрольно-измерительным и технологическим устройствам и может быть использовано для автоматической настройки ультразвукового преобразователя на частоту механического резонанса.

Целью изобретения является повышение точности настройки частоты возбуждающих колебаний на частоту резонанса ультразвукового преобразователя и повышение зффективности работы за счет уменьшения девиации частоты возбуждающих колебаний в цепи ультразвукового преобразователя.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для автоматической настройки ультразвукового преобразователя содержит последовательно соединенные генератор 1 возбуждающих электрических колебаний и усилитель 2 мощности, ультразвуковой преобразователь 3, установленный на последнем датчик 4 механических колебаний, два вентиля 5 и 6 и последовательно соединенные фильтр 7 нижних частот и интегратор 8, выход которого подключен к управляющему входу генератора 1 возбуждающих электричесг ких колебаний, подключенные к выходу генератора 1 возбуждающих электрических колебаний последовательно соединенные частотно-смещающий преобразоел

О)

со

ел

оо

31

ватель 9, переключатель 10, регулируемый аттенюатор 11 и сумматор 12, второй вход которого подключен к выходу усилителя 2 мощности, а выход- JC входу ультразвукового преобразователя 3, подключенные к выходу датчика А механических колебаний последот вательно соединенные балансный смеситель 13, управляющий вход которого подключен к выходу генератора 1 возбуждаищих электрических колебаний и избирательный усилитель 14, выход которого подключен к аноду первого 5 и катоду второго 6 вентилей, второй переключатель 15, первый и второй входы которого подключены к вторым выводам соответственно первого 5 и второго 6 вентилей, а выход - к входу фильтра 7 нижних частот, подключенный к выходу генератора 1 возбуждающих электрических колебаний второй частотно-смещающий преобразователь 16, выход которого подключен к второму входу первого переключателя 1Q, и последовательно соединенные генератор 17 низкой частоты, выход которого подключен к управляющим входам первого 9 и второго 16 частот но-сме. преобразователей, и делитель 18 частоты, выход которого подключен к управляющим входам первого 10 и второго 15 переключателей.

В случае применения импульсного режима работы ультразвукового преобразователя 3 генератор 1 возбуждающих электрических .колебаний может быть выполнен в виде последовательно соединенных генератора синусоидальных колебаний и модулятора и генератора прямоугольных импульсов, подключенного к управляющему входу модулятора (не показаны).

Устройство работает следующим образом.

Электрические колебания ультразвуковой частоты f с выхода генератора 1 усиливаются по мошности усилителем 2 и подаются на второй вход сз матора 12. Электрические колебания с выхода генератора 1 поступают также на сигнальные входы частотт о- смещающих преобразователей 9 и 16, на управлягацие входы которых поступают колебания частоты F с выхода генератора 17 1тазкой частоты. Частота F выбирается равной лоловине полосы пропускания амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ультразву0

5

0

5

69534

кового преобразователя 3 с резонансной частотой f. Электрические колебания с выходов частотно-смещающих - преобразователей 9 и 16, смещенные по частоте относительно частоты f на величину F в сторону увеличения и уменьшения соответственно, поочередно поступают через первый переключатель 10 и регулируемый аттенюатор 11 на первый вход сумматора 12, Переключатель 10 управляется выходным прямоугольным напряжением с выхода дешителя 18 частоты, на вход которого поступают электрические колебания с выхода генератора 17 низкой частоты. Регулируемый аттенюатор 11 ослабляет амплитуду смещенных по частоте колебаний в 50-100 раз. Электрические колебания с выхода сумматора 12, содержащие колебания возбуждающей частоты f и смещенных частот f+F или f-F, возбуждают механические колебания в ультразвуковом преобразователе 3. Электрические колебания, пропорциональные амплитуде механических колебаний преобразователя 3, снимаются с датчика 4 механических колебаний и подаются на сигнальный вход балансного смесителя 13, на управляющий вход которого подаются электрические колебания частоты f непосредственно с выхода генератора 1. На выходе смесителя 13 выделяются низкочастотные колебания частоть F, При периодическом переключении переключателя 10 на выходе смесителя 1 3 образовываются пакеты низкочастотных колебаний частоты F, возникающие, в процессе смешивания возбуждающих электрических колебаний частоты f и электрических колебаний, амплитуда которых пропорциональна амплитуде механических колебаний пре- 5 образователя 3, содержащих колебания частот f и f+F или f и f-F (при разных положениях переключателя 10). Эти пакеты поочередно усиливаются избирательным усилителем 14, настроенным на частоту F генератора 17 и подаются на включенные в противоположной полярности вентили 5 и 6.

Каждый из вентилей из пакетов низкочастотных двухполярных колебаний выделяет полуволны только одной полярности, В результате поочередного подключения выходов вентилей 5 ибо помощью второго переключате- ля 15 к фильтру 7 нижних частот на

0

5

0

0

5

51

его вход поступает периодическая послёдовательность положительных и отрицательных пакетов полуволн низкочастотных колебаний частоты Р.При совпадении частоты f возбуждакщих колебаний с резонансной частотой fo ультразвукового преобразователя 3 (f fд) амплитуды вьщеленных низкочастотных колебаний частоты F равны вследствие симметрии резонансной кривой АЧХ преобразователя 3. Если частоты f и f,, не совпадают, амплитуда выделенные; колебаний частоты f при смещении частоты f в сторону увеличения больше или меньше амплитуды колебаний частоты F при смещении частоты f в сторону уменьшения в зависимости от направления расстройки частот f и f. При этом величина, равная разности амплитуд выделенных колебаний частоты F при смещении частоты f в сторону увеличения и уменьшения, пропорциональна степени расстройки.

Второй переключатель 15 управляет сА прямоугольным напряжением с выхода делителя 18 частоты. Так как переключатели 10 и 15 работают синхронно, то на вход фильтра 7 нижних частот поочередно поступают пакеты раз- нополярных напряжений частоты F одинаковой длительности. На выходе фильтра 7 нижних частот, частота среза которого выбирается меньшей или равной частоте F, присутствует постоянное напряжение, пропорциональное разности амплитуд пакетов низкочастотных колебаний. Так как эта разность амплитуд пропорциональна расстройке частоты f возбуждающих колебаний и резонансной частоты f ультразвукового преобразователя 3, то воздействием выходного напряжения фильтра 7 через интегратор 8 на управляющий вход генератора 1 можно сблизить частоты f и f. Процесс изменения частоты генератора 1 длится до тех пор, пока амплитуды пакетов низкочастотных колебаний не станут равными/ При этом выходное напряжение фильтра 7 станет равным нулю, а интегратор 8 будет поддерживать частоту генератора 1 равной частоте ультразвукового преобразователя 3. Изменение частоты генератора 1 производится только при раст - стройке частот f и f и при этом отсутствует постоянная девиация час36

тоты. Так как периодически смещаемые по частоте колебания ослабляются аттенюатором 11 в 50-100 раз, то их присутствие в возбуждающих ультразвуковой преобразователь 3 колебаниях практически не оказывает влияния на амплитуду механических колебаний преобразователя.

В случае импульсного возбуждения

преобразователя 3 с помощью генератора 1 формируются короткие видеоимпульсы частоты fi , которые заполняются возбуждающими колебаниями частоты f. Непрерывные колебания частоты f также смещаются на величину F в сторону увеличения и уменьшения. Смещенные колебания ослабляются в 50-100 раз и поочередно подаются на

ультразвуковой преобразователь 3 одновременно с пакетами возбуждающих колебаний, следующих с частотой Q . Спектр электрических колебаний, снимаемых.с датчика 4, состоит из частот

f+F или f-F и ряда частот вида f±п Я, где п 1,2,3,...(представляющих собой спектр видеоимпульсов частоты ft , заполненных колебаниями частоты f). Поэтому для выделения колебаний частоты f, несущих информацию о расстройке частот f и f, необходимо частоту смещения F выбирать неравной и некратной частоте jT(,п 1 ,2,3,...).

Изобретение позволяет улучшить согласование ультразвукового преобразователя с генератором возбуждаю- 1х электрических колебаний, а также повысить эффективность работы ультразвуковых контрольно-измерительных и технологических устройств.

Формула изобретения

Устройство для автоматической

настройки ультразвукового преобразователя, содержащее последовательно соединенные генератор возбуждакщих электрических колебаний и усилитель

мощности, ультразвуковой преобразователь, установленный на последнем датчик механических колебаний, два вентиля и последовательно соединен --. ные фильтр нижних частот и интегратор, выход которого подключен к управляющему входу генератора воз- буящанщих электрических колебаний, отличающе я тем, что, с целью повышения точности настрой

ки, оно снабжено подключенными к выходу генератора возбуждающих элект колебаний последовательно соеди1геи1 ыми частотно-смещающим преобразователем, переключателем, регулируемым аттенюатором и сумматором, второй вход которого подключен к выходу усилителя мощности, а выход - к входу ультразвукового преобразователя, подключенными к выходу датчика механических колебаний последовательно соединенными баланс- смесителем, управлямций вход ко- т(5рого подключен к выходу генерато- г:- юябуждающих эле стрнческих коле- bii iiii, и избирательным усилителем, чыгод которого подключен к аноду териого и катоду второго вентилей.

вторым переключателем, первый и второй входы которого подключены к вторым выводам соответственно первого и второго вентилей, а выход подключен к входу фильтра нижних частот, подключенных к выходу генератора возбуждающих электрических колебаний, вторым частотно-смещающим преобраэователем, выход которого подключен к второму входу первого переключателя, и последовательно соединенными генератором низкой частоты, выход которого подключен к управляющим входам

первого и второго частотно-смещающих преобразователей, и делителем частоты, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго переключателей.

Изобретение относится к ультразвуковым контрольно-измерительным и технологическим устройствам и может быть использовано для автоматической настройки ультразвукового преобразователя на частоту механического резонанса. Цель изобретения - повышение точности настройки частоты возбуждающих колебаний на частоту резонанса ультразвукового преобразователя и повышение эффективности его работы за счет уменьшения девиации частоты возбуждающих колебаний в цепи ультразвукового преобразователя. В устройство введены частотно-смещающие элементы, обеспечивающие девиацию частоты в цепи ультразвукового преобразователя, а схема анализа механических колебаний поверхности ультразвукового преобразователя вырабатывает сигнал рассогласования частоты возбуждающих колебаний и частоты механического резонанса ультразвукового преобразователя. 1 ил.