Приемо-передающее устройство ультразвукового дефектоскопа Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к ультразвуковым неразрушающим испытаниям и может быть использовано для контроля качества материалов, изделий и элементов конструкций.

Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет более полного подавления зондирующего сигнала на входе усилителя и улучшения согласования усилителя с приемопередающим преобразователем в режиме приема слабых сигналов.

На чертеже представлена блок- схема приемопередающего устройства ультразвукового дефектоскопа.

Устройство содержит генератор 1 зондирующих импульсов, трансформатор 2, приемопередающий преобразователь 3, усилитель 4, первый 5 и второй 6 резисторы, симметричный параллельный ограничитель 7, первый 8 и

второй 9 тиристоры, трансформатор 2 выполнен с пятью обмотками 10-14, выход генератора I связан с первой обмоткой 30 трансформатора 2, первая обкладка приемопередающего преобразователя 3 - с первым выводом второй обмотки 11, первый вывод входа усилителя 4 подключен к второй обкладке приемопередающего преобразователя 3, симметричный параллельный ограничитель 7 включен между вторым выводом второй обмотки 1J и второй обкладкой приемопередающего преобразователя 3, первый 8 и второй 9 тиристоры соединены встречно-параллельно между собой и параллельно с симметричным параллельным ограничителем 7, второй вывод второй обмотки

11соединен с первыми выводами третьей

12и пятой 14 обмоток, второй вывод третьей обмотки 12 подключен через

сп ел

СП

оэ

О5

СС

первый резистор 5 к управляющему входу первого тиристора 8, первый вывод четвертой обмотки 13 подключен через второй резистор 6 к управляющему входу второго тиристора 9, а вторые выводы четвертой 13 и пятой 14 обмоток подключены соответственно к первому и второму выводам входа усилителя 4.

Симметричный параллельный ограничитель может быть выполнен, например, из двух встречно-параллельно соединенных цепочек, състоящих из последовательно соединенных диодов.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 зондирующих импульсов вырабатывает затухающие зондирующие импульсы с высокочастотным заполне- , кием,определяющим частоту работы пре- образователя, которые выделяются на первой обмотке 10 трансформатора 2. В состав генератора 1 зондирующих импульсов может входить, например, задающий мультивибратор.

За счет индуктивной связи между первой 10 и гв торой 11 обмотками трансформатора 2 колебания ультразвуковой частоты возбуждаются во вторичном контуре, состоящем из индуктивности второй обмотки 11 трансформатора 2, емкости преобразователя 3 и симметричного параллельного ограничителя 7, состоящего например из п последовательно соединенных диодов, включенных встречно-параллельно.

Присоединение преобразователя 3 к генератору 1 зондирующих импульсов через трансформатор 2 обеспечивает получение зондирующего импульса ультразвуковых колебаний с узкими спектром частот.

В результате воздействия на обкладки преобразователя 3 переменного напряжения ультразвуковой -частоты он возбуждает в контролируемом изделии (не показано) импульс ультразвуковых колебаний. Отраженный от дна дефектов или иных неоднородностей изделия эхо-сигнал принимается тем же преобразователем 3, работающим в совмещенном режиме, и возбуждает во вторичном контуре электрические колебания той же частоты, амплитуда которы пропорциональна величине принятого эхо-сигнала.

При протекании через симметричный параллельный ограничитель 7 малого тока падение напряжения на нем прямо

0

5

0

5

0

5

0

5

пропорционально току. Гри увеличении последнего зависимость падения напряжения от протекающего тока приобретает нелинейный характер и, достигнув порога ограничения (зависит, например, от числа и типа используемых диодов), устанавливается на уровне практически не зависящем от величины тока.

Эхо-сигналы от малых или глубоко расположенных дефектов, принятые преобразователем 3, возбуждают во вторичном контуре трансформатора 2 электрические колебания ультразвуковой частоты малой амплитуды. Если величина последней меньше указанного порога ограничения, то все напряжение этих сигналов как положительной, так и отрицательной полуволн, выделяется на симметричном параллельном ограничи- теле 7, а следовательно, и на входе усилителя 4. Колебания с бо льшей амплитудой, т.е. возбуждаемые во вторичном контуре эхо-сигналами от крупных или близкорасположенных дефектов, на входе усилителя 4 ограничиваются на этом же уровне, а напряжение, соответствующее разности между абсолютными величинами амплитуд этих колебаний и уровнем ограничения, падает на второй обмотке 11 трансформатора 2. При этом зондирующий импульс ограничивается в значительной мере.

Для увеличения добротности вторичного контура во время возбуждения преобразователя 3 генератором 1 зондирующих импульсов, т.е. для уменьшения суммарного последовательного сопротивления вторичного контура и уменьшения напряжения, поступающего на вход усилителя 4 во время зондирующего -импульса, параллельно диодным цепочкам ограничителя 7 включены два встречно-параллельных тиристора 8 и 9, управляющие входы которых через резисторы 5 и 6 и третью 12 и четвертую 13 обмотки трансформатора 2 соответственно подключены к их катодам. Причем начала второй 13, третьей 12 и четвертой 13 обмоток трансформатора 2 должны быть сфазированы таким образом, что если начало второй обмотки 11 подключено непосредственно к параллельно включенным диодным цепочкам ограничителя 7, то начало третьей обмотки 12 подключено к катоду первого тиристора 8, а начало четвертой

обмотки 13 через резистор 6 - к управляющему входу второго тиристора 9 Если при возбуждении преобразователя 3 высокочастотным напряжением генератора 1 зондирующих импульсов в первом положительном полупериоде колебаний во второй обмотке 11 трансформатора 2 наводится, электродвижущая сила (ЭДС) такой полярности, что вывод А обмотки оказывается более положительным, чем вывод Б, то в течение этого полупериода открытой оказывается диодная цепочка, потенциал анода которой выше потенциала катода, а вторая диодная цепочка закрыта. Одновременно за счет индуктивной связи между первой 10 и третьей 12 обмотками в последней наводится ЭДС такой полярности, что управляющи вход первого тиристора 8 приобретает более положительный потенциал, чем его катод, что приводит к открытию первого тиристора 8 и шунтированию им открытой диодной цепочки ограничителя 7. В то же время, ЭДС, наводимая в четвертой обмотке 13, имеет такую полярность, что управляющий вход второго тиристора 9 оказывается более отрицательный, чем его катод, что препятствует его открытию. Аналогично для второго отрицательного полупериода колебаний во вторичном контуре открыта вторая диодная цепочка и закрыта первая цепочка ограничителя 7. Кроме того, за счет ЭДС в четвертой обмотке 13 открывается второй тиристор 9, шунтирующий открытую диодную цепочку. Первый тиристор 8 закрыт за счет ЭДС обратной полярности в третьей обмотке 12 трансформатора 2. В следующем полупепиоде вновь открыта первая диодная цепочка ограничителя 7 и первый тиристор 8, а закрыты вторая диодная цепочка ограничителя 7 и второй тиристор 9 и т.д.

Так как прямое сопротивление перехода управляющий электрод тиристора - его катод мало, то,чтобы не происходило шунтирования обмоток I2 и 13 трансформатора малым сопротивлением перехода при включении тиристоров 8 и 9, используются резисторы 5 и 6 соответственно, задающие необходимый ток включения.

При работе преобразователя 3 на прием амплитуда колебаний возбуждае0

0

мых во вторичном контуре эхо-сигналами от дефектов меньше суммарного порога ограничения п последовательно соединенных диодов ограничителя 7, поэтому они полностью выделяются на последнем и, следовательно, на входе усилителя 4, а в обмотку 11 не проходят, тем самым ЭДС в обмотках 12 и J 3 не наводится и тиристоры не открываются, что исключает шунтирование входа усилителя 4 во время работы устройства на прием.

Таким образом, включение двух с встречно-параллельных тиристоров 8 и 9 параллельно диодным цепочкам ограничителя 7 позволяет уменьшить суммарное последовательное сопротивление вторичного контура за счет поочередного шунтирования в каждом полупериоде .открытой диодной цепочки малым сопротивлением открытого тиристора, гораздо меньшим, чем прямое сопротивление п последовательно соединенных диодов, что увеличивает добротность вторичного контура в момент возбуждения преобразователя 3 напряжением генератора 1 зондирующих импульсов независимо от частоты заполнения и длительности зондирующего им5

0

пульса, а следовательно, увеличивает

амплитуду и мощность зондируюшего импульса. Это повышает чувствительность приемопередающего устройства ультразвукового дефектоскопа и, следовательно, достоверность контроля. Вместе с тем, шунтирование не происходит во время работы устройства на прием, что исключает искажение- принимаемых эхо-сигналов на входе усилителя 4.

Кроме того, это уменьшает напряжение, поступающее на вход усилителя 4 во время зондирующего импульса, за счет шунтирования входа усилителя в каждом полупериоде малым сопротивлением открытого тиристора гораздо меньшим, чем суммарное сопротивление п последовательно соединенных диодов.

При излучении зондирующего импульса максимальная амплитуда как положительной, так и отрицательной полуволн остаточного синусоидального напряжения высокой частоты между второй обкладкой преобразователя 3 и вторым выводом второй обмотки 11 трансформатора 2 равна напряжению на открытом тиристоре. Для более полного подавления остаточного напряжения зондирую

щего импульса на входе усилителя 4 и увеличения чувствительности приемопередающего устройства ультразвукового дефектоскопа к близкорасположенным к поверхности ввода ультразвуковых колебаний дефектам, сокращения мертвой зоны, последовательно с вторым выводом входа усилителя 4 включена пятая обмотка 14 трансформатора 2 таким JQ образом, что ее начало подключено к началу второй обмотки 11, а конец - к второму выводу входа усилителя 4.

В момент зондирующего импульса за счет индуктивной связи обмоток 10, j$ 11 и 14 трансформатора 2 в обмотке 14 наводится ЭДС, направленная встречно ЭДС обмотки 11, и суммируясь с остаточным синусоидальным напряжением на тиристорах 8 и 9, подавляет 20 его, причел количество витков этой обмотки должно быт, достаточным, чтобы наводимая в ней ЭДС максимально подавляла остаточное напряжение зондирующего импульса на входе уси- 25 лителя 4. Вместе с тем, действие пятой обмотки 14 не сказывается во время эхо-сигналов, так как послед- ние, выделяясь на диодных цепочках ограничителя 7, не проходят в обмот- 30 ку 11 и не наводят встречно-направленную ЭДС в обмотке 14.

Таким образом, изобретение позволяет устранить прохождение остаточного напряжения зондирующего импульса на вход усилителя в совмещенном режиме работы преобразователя, улучшить согласование усилителя с приемопередающим преобразователем в режиме приема слабых сигналов, что повышает достоверность контроля.

$ 0 5 0

5

0

Формула изобретения

Приемопередающее устройство ультразвукового дефектоскопа, содержащее генератор зондирующих импульсов, трансформатор с тремя обмотками, приемопередающий преобразователь, усилитель и первый и второй резисторы, выход генератора связан с первой обмоткой трансформатора, первая обкладка приемопередающего преобразователя - с первым выводом второй обмотки трансформатора, а первый вывод входа усилителя подключен к второй обкладке приемопередающего преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно снабжено симметричным параллельным ограничителем, первым и вторым тиристорами, трансформатор снабжен четвертой и пятой обмотками, симметричный параллельный ограничитель -включен между вторым выводом второй обмотки трансформатора и второй о бкладкой приемопередающего преобразователя, первый и второй тиристоры соединены встречно параллельно между собой и параллельно с симметричным параллельным ограничителем, второй вывод второй обмотки соединен с первыми вьюодами третьей и пятой обмоток, второй вывод третьей обмотки подключен через первый резистор к управляющему входу первого тиристора, первый вывод четвертой обмотки подключен через второй резистор к управляющему входу второго тиристора, а вторые выводы четвертой и пятой обмоток подключены соответственно к первому и второму выводам входа усилителя.

Бй 7-Ы

12

5

СП

Ј

Изобретение относится к ультразвуковым неразрушающим испытаниям и может быть использовано для контроля качества материалов, изделий и элементов конструкций. Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет более полного подавления зондирующего сигнала на входе усилителя и улучшения согласования усилителя с приемо-передающим преобразователем в режиме приема слабых сигналов. Устройство снабжено симметричным параллельным ограничителем, на котором выделяются слабые сигналы, принимаемые преобразователем и поступающие на вход усилителя, и первым и вторым тиристорами, обеспечивающими оптимальный режим возбуждения преобразователя. 1 ил.