Устройство для контроля диэлектрических изделий Советский патент 1992 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля с помощью сверхвысоких частот и может быть использовано для контроля дефектов в слоистых изделиях из естественных и искусственных диэлектриков.

Целью изобретения является повышение чувствительности, разрешающей способности и производительности контроля.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для контроля диэлектрических материалов и изделий содержит генератор 1 сверхвысоких частот, выход которого подключен ко входу тройника 2. два других плеча которого через развязывающие вентили 3 и 4 подключены к амплитудным модуляторам 5,6, питаемым соответственно генератором 7 переменного тока с частотой FI и генератором 8 с частотой Fa. Выходы модуляторов 5 и 6 подсоединены к входным плечам тройников 9 и 10 соответственно, первое выходное плечо тройника 9 через регулируемый аттенюатор 11, регулируемый фазовращатель 12 и вентиль 13 соединено с од ним-из входных плеч тройника 14. Первое выходное плечо тройника 10 через регулируемый аттенюатор 15, регулируемый фазовращатель 16 и вентиль 17 соединено с одним из входных плеч тройника 18.

VI

(л)

-ч

OJ

ю

ON

Второе выходное плечо тройника 9 соединено со входом циркулятора 19, один из выходов которого подключен к входу первого многоканального приемоизлучающего блока 20, в каждый из каналов которого включены последовательно соединенные электрически управляемый переключатель 21 и излучатель 22. На выход блока 20 подключены электрически управляемый переключатель 23 и короткозамыкающий поршень 24. Второй выход циркулятора 19 через вентиль 25, электрически управляемый фазовый переключатель 26 соединен со вторым входом тройника 18. в выходное плечо которого включен детектор 27. Второе выходное плечо тройника 10 подключено к входному плечу циркулятора 28, первое выходное плечо которого соединено со входом второго многоканального приемоизлучающего блока 29, идентичного первому блоку 20, в каждый из каналов которого включен электрически управляемый переключатель 21 и излучатель 22. Выход второго приемоизлучающего многоканального блока 29 подключен к электрически управляемому переключателю 30 и короткоза- мыкающему поршню 31. Второй выход циркулятооа 28 через вентиль 32, электрически управляемый фазовый переключатель 33 подключен ко второму входу тройника 14, в выходное плечо которого включен детектор 34. Выход детектора 27 соединен с входом резонансного усилителя 35, настроенного на частоту FI, и с входом резонансного усилителя 36, настроенного на частоту F2. Выход детектора 34 подключен к входу резонансного усилителя 37, настроенного на частоту F i, и к входу резонансного усилителя 38, настроенного на частоту F2. Выходы резонансных усилителей 35 и 38 подключены соответственно к двум входам индикатора 39. Выходы резонансных усилителей 36 и 37 соединены с двумя входами сумматора 40, выход которого соединен с третьим входом индикатора 39. Выход процессора 41 соединен со входом многоканального коммутатора 42, выходы которого соединены с электрически управляемыми переключателями 21, 23, 30 и с электрически управляемыми фазовыми переключателями 26, 33.

Устройство работает следующим образом.

СВЧ-энергия от генератора 1 через выходные плечи тройника 2 и развязывающие вентили 3 и 4 поступает на входы модуляторов 5 и 6, управляемых низкочастотными генераторами 7, 8 переменного тока с частотой Fi и с частотой F2 соответственно. Промодулированная частотой FI СВЧ энергия с выхода модулятора 5 поступает во входное плечо тройника 9, где делится на две части, а СВЧ энергия, промодулирован- ная частотой Fa, с выхода модулятора 6 по5 ступает во входное плечо тройника 10, где также делится на две части. Часть энергии из выходного плеча тройника 9 поступает на вход циркулятора 10, а другая часть из второго выходного плеча тройника 9 через ре0 гулируемый аттенюатор 11, регулируемый фазовращатель 12 и вентиль 13 поступает на вход тройника 14.

Аналогично часть СВЧ-энергии, Промодулированная частотой Fa, из выходного

5 плеча тройника 10 поступает на вход циркулятора 28, а другая часть из второго выходного плеча тройника 10 через регулируемый аттенюатор 15, регулируемый фазовращатель 16 и вентиль 17 поступает на входное

0 плечо тройника 18.

С выходного плеча циркулятора 19 СВЧ- энергия, промодулированная частотой FI, поступает на вход многоканального приемоизлучающего узла 20, с выходного плеча

5 циркулятора 28 СВЧ-энергия, промодулированная частотой Fa, поступает на вход идентичного многоканального блока 29. Первый и второй многоканальные блоки 20 и 29 расположены с двух сторон контролируемого

0 изделия 43 симметрично относительно изделия и друг друга так, что противоположные излучатели 22 находятся на одной оси один относительно другого и направлены по нормали к поверхности контролируемого

5 изделия.

В начале контроля от процессора 41 на многоканальный коммутатор 42 поступают управляющие сигналы, по которым он подает положительные напряжения одновре0 менно на все электрические управляемые переключатели 21, кроме двух крайних противоположных, ближайших к входу приемо- излучающих многоканальных блоков 20 и 29. Переключатели 21 выполнены на базе

5 Р-1-М-диодов и под действием поданного положительного напряжения закорачивают прямоугольные щели, не давая излучаться СВЧ-энергии из этих каналов. СВЧ-энергия, поступающая из циркуляторов 19 и 28, отрэ0 жается от короткозамыкающих поршней 24 и 31, и таким образом, в прямоугольных волноводах приемоизлучающих узлов 20 и 29 образуется режим стоячей волны. Так как расстояния между центрами прямоуголь5 ных щелей равны четверти длины волны в тракте, а расстояния между пучностями и узлами стоячей волны - половине длины волны в тракте, то расстояния от короткозамыкающих поршней 24 и 31 до центров бли- Л айших прямоугольных щелей выбирают

равными (N+1)/W2, где ,1.2,3...; длина волны в тракте. В этом случае если число прямоугольных щелей в многоканальных приемоизлучающих блоках 20 и 29 нечетное, то первая от входа и далее нечетные щели будут находиться в пучностях стоячей волны, а вторая и далее все четные - в ее узлах. Если число излучателей (щелей) четное, то блок управления 41 подает управляющий сигнал на коммутатор 42, который подает положительное напряжение на электрически управляемые переключатели 23, 30, которые вследствие этого закорачивают поперечное сечение прямоугольных волноводов на расстоянии, равном (2N+1) Яв/4 от центров ближайших щелей, тем самым смещая картину стоячей волны на расстояние Яе/4 вдоль волновода. Таким образом, первые от входа открытые противоположные каналы многоканальных блоков 20 и 29 опять будут находиться в пучностях поля, тем самым обеспечивая максимум излучаемой энергии в сторону контролируемого изделия 43. СВЧ-энергия, промодулиро- ванная частотой FI, излучается первым излучателем 22 приемоизлучающего многоканального блока 20, проходит через участок контролируемого изделия 43 и через -открытый первый излучатель 22 приемоизлучающего многоканального блока 29, цир- кулятор 28, вентиль 32 и электрически управляемый фазовращатель 33, поступает на второй вход тройника 14, на первый вход которого подается СВЧ-энергия, промоду- лированная той же частотой FI, поступающая через регулируемый фазовращатель 12 из тройника 9, сравнивается по амплитуде и фазе и преобразуется детектором 34, включенным в третье плечо тройника. Отраженная от изделия 43 промодулированная частотой Fi СВЧ-энергия вновь поступает через излучатель 22 и открытый переключатель 21 на вход многоканального приемоизлучающего блока 20 и далее через циркулятор 19, вентиль 25 и электрически управляемый фазовый переключатель 26 на второе плечо тройника 18, где преобразуется детектором 27.

СВЧ-энергия с частотой модуляции Fa, излучаемая излучателем 22 многоканального приемоизлучающего блока 29, проходит тот же участок изделия 43, но с противоположной стороны, и через излучатель 22 многоканального приемоизлучающего блока 20, циркулятор 19, вентиль 25, электрически управляемый фазовый переключатель 26 поступает на второй вход тройника 18, на первый вход которого подается СВЧ-энергия, промодулированная той же частотой FZ

из выходного плеча тройника 10 через регулируемый аттенюатор 15 и регулируемый фазовращатель 16, сравнивается по амплитуде и фазе и преобразуется детектором 27, 5 включенным в третье плечо тройника 18. Таким образом, на детекторе 27 одновременно выделяются два сигнала: один - отраженный от изделия с частотой Fi, а другой прошедший изделие с частотой Fa. Анало0 гично отраженная от изделия 43 СВЧ-энергия с частотой F2 вновь поступает через излучатель 22 на вход многоканального приемоизлучающего блока 29 и далее через циркулятор 28, вентиль 32 и электрически

5 управляемый переключатель 33 на тройник 14, где преобразуется детектором 34. Таким образом, на детекторе 34 одновременно также выделяются два сигнала: один - отраженный от контролируемого изделия 43 с

0 частотой F2, а другой - прошедший через него с частотой FL Сигналы с детектора 27 поступают на резонансный усилитель 35 с частотой Fi и на усилитель 36 с частотой Fa. Сигналы с детектора 34 поступают на

5 резонансный усилитель 37 с частотой FI и усилитель 38 с частотой F2. С выходов резонансных усилителей 35 и 38 преобразованные сигналы поступают на два раздельных входа индикатора 39. Преобразованные сиг0 налы с выходов усилителей 36 и 37 поступают на два раздельных входа сумматора 40, где суммируются, и с выхода сумматора поступают на третий вход индикатора 39. Контролируемое изделие 43 размеща5 ется симметрично между многоканальными блоками 20 и 29 и в процессе контроля перемещается перпендикулярно направлению расположения каналов.

В начале контроля между многоканаль0 ными приемоизлучающими блоками 20 и 29 помещают либо эталонный образец, либо бездефектный участок контролируемого изделия 43. С помощью регулируемых аттенюаторов 11,15 и регулируемых фазовра5 щателей 12 и 16 производят компенсацию (по нулевому сигналу детекторов 34 и 27 на выходе усилителей 37 и 38) сигналов частотой Fi и Fa, прошедших бездефектный (эталонный) участок и поступивших из трой0 никое 9 и 10, и одновременно выравнивание амплитуд сигналов с частотами Fa и FL отраженных от бездефектного (эталонного) участка, так что на выходе сумматора при полной компенсации будет 0, а на выходе

5 усилителей 35 и 38 амплитуды будут равны. Далее процессор 41 посылает управляющие сигналы на многоканальный коммутатор 42, который подает положительное напряжение на первые два противоположных электрически управляемых переключателя 21 и

одновременно снимает напряжение с двух следующих противоположных переключателей 21, подает (или снимает) напряжение на переключатели 23 и 30, смещая стоячую волну наАв/4, и подает напряжение на электрически управляемые фазовые переключатели 26,33, изменяющие фазы прошедших изделие и отраженных от изделия волн на 180°, компенсируя тем самым дополнитель ный фазовый набег в фидерных трактах, вызванный изменением их электрической длины на Де/2. Далее под действием управляющих сигналов процессора 41 коммутатор 42 подает положительное напряжение на вторую противоположную пару переключателей 21, снимает (или подает) напряжение с переключателей 33, 30 и снимает напряжение с фазовых переключателей 26,

33и т.д. до последней пары.

При прохождении дефекта между какой-нибудь открытой парой каналов многоканальных приемоизлучающих блоков 20,29 происходит изменение амплитудно-фазовых характеристик прошедшего и отраженного от контролируемого изделия 43 СВЧ-излучения, что приводит к нарушению компенсации, и на выходе детекторов 27 и

34появляются сигналы частот FI и Fa, которые усиливаются и преобразуются резонансными усилителями и подаются на раздельные входы индикатора 39, причем сигналы от прошедших сквозь изделие излучений с выходов усилителей 36 и 37 предварительно суммируются сумматором 40.

Формула изобретения.

Устройство для контроля диэлектрических изделий, содержащее генератор сверхвысоких частот, два СВЧ-модулятора, четыре резонансных усилителя, два детектора, выходы каждого из которых соединены с входами сумматора соответственно

через первый и второй резонансные усилители, а через третий и четвертый резонансные усилители с первым и вторым входами индикатора, при этом выход сумматора соединен с третьим входом индикатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и сокращения времени контроля, в него введены четыре тройника, два фазовращателя, два аттенюатора, два электрически управляемых фазовращателя, два циркулятора, два многоканальных приемоизлучающих блока, направленных друг навстречу другу, расположенных с двух сторон контролируемого изделия симметрично относительно изделия и друг друга и содержащих в каждом канале электрически управляемые переключатели и излучатели, направленные в сторону контролируемого изделия, многоканальный коммутатор, блок управления, при этом входы первого и второго тройников соединены раздельно с выходами модуляторов, первые выходы первого и второго тройников через аттенюаторы и фазовращатели

Соединены раздельно с первыми входами третьего и четвертого тройников, вторые выходы первого и второго тройников соединены раздельно с входами первого и второго циркуляторов, первые выходы циркуляторов

соединены раздельно с входами многоканальных блоков, вторые входы циркуляторов через электрически управляемые фазовые переключатели соединены раздельно со вторыми входами третьего и

четвертого тройников, выходы которых соединены раздельно с первым и вторым детекторами, выход процессора соединен с входом многоканального коммутатора, выходы которого соединены раздельно с электрически управляемыми переключателями первого и второго многоканальных приемоизлучающих блоков и электрически управляемыми фазовыми переключателями.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля с помощью сверхвысоких частот и предназначено для контроля изделий из диэлектриков. Цель изобретения - повышение надежности, чувствительности и производительности контроля. Устройство содержит два многоканальных приемоизлучающих блока с близко расположенными друг от друга каналами, размещаемых симметрично с двух сторон контролируемого объекта и содержащих в каждом канале электрически управляемые переключатели и излучатели, направленные в сторону контролируемого объекта. Переключатели соединены с управляемым процессором многоканальным коммутатором, что обеспечивает за один цикл переключений получение информации по всей ширине контролируемого объекта. Кроме того, устройство содержит узлы, позволяющие одновременно получать и обрабатывать информацию о сигналах, прошедших участок контроля, отраженных от двух сторон контролируемого материала, поступающую последовательно от каждого из каналов приемоизлучающих узлов. 3 ил. сл с