Генератор зондирующих импульсов для ультразвукового дефектоскопа Советский патент 1992 года по МПК G01N29/04 

1

(21)4825730/28 (22)11.04.90 (46)30.08.92. Бюл. №32

(71)Научно-производственное объединение Атомкотломаш

(72)Г.С.Чепурных

(56) Авторское свидетельство СССР ISfc 608091, кл. G 01 N 29/04, 1976.

Техническое решение генератор зондирующих импульсов системы контроля Диск - НПО Атомкотломаш. Чертеж 35.10- 01.00.000Э.

(54) ГЕНЕРАТОР ЗОНДИРУЮЩИХ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДЕФЕКТОСКОПА

(57) Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может найти применение в различных отраслях промышленности, в частности, в энергомашиностроении для контроля дисков турбин Цель изобретения - расширение частотного диапазона. Это достигается тем, что заряд накопительныхконденсаторовосуществляется через дроссель, нагрузочные резисторы формирователей зондирующих импульсов зашунтированы диодами и введен блок управления ключом. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля и может быть использовано в автоматизированных системах ультразвукового контроля крупногабаритных или длинномерных изделий.

Известен ультразвуковой дефектоскоп, генератор зондирующих импульсов которого содержит зарядный ключ, включенный последовательно между источником питания и накопительным конденсатором. В этом генераторе решение проблемы минимизации тока, текущего через резистор после формирования им импульса возбуждения достигается тем, что конденсатор вместе с тиристором отключается от источника питания на время работы тиристора и восстановления им закрытого состояния. Таким образом, удается примерно на порядок повысить частоту работы генератора. Но при этом на первый план выступает

другой фактор, ограничивающий максимальную частоту его работы, а именно, ограничение на максимальную величину скорости заряда накопительного конденсатора, которая отслеживается анодом тиристора. При экспоненциальном характере заряда становится весьма существенной превышение этой скорости в начальный момент заряда по сравнению со средним значением этой скорости в течение всего времени заряда. Но при превышении этой скорости более критической, присущей конкретному типу тиристора, происходит неуправляемое открытие тиристора.

Кроме того в описанном генераторе не устраняется второй недостаток, а именно, диссипация половины потребляемой генератором мощности теперь уже на ключе.

Наиболее близким по технической сущности генератор зондирующих импульсов,

Х|

сл

00 СП

.N

СА)

содержащий последовательно соединенные источник питания, зарядное сопротивление, первый и второй формирователи импульсов, ударного возбуждения, последовательно соединенные компаратор, сигнальный вход которого подключен к выходу зарядного сопротивления, а опорный - к источнику питания, и одновибратор, выход которого связан с запускающим входом первого формирователя импульсов ударного возбуждения и электронный ключ, сигнальный вход которого подключен к нулевой шине, а выход - к выходу зарядного сопротивления, при этом каждый формирователь включает в свой состав диод тиристор, резистор утечки в цепи управления тиристора, накопительный конденсатор и нагрузочный резистор (2). В описанном устройстве-прототипе устранено ограничение на величину тока через тиристор в открытом состоянии.

Недостаток касается ограничения частоты посылок зондирующих импульсов из- за недостаточной величины скорости d V

заряда

dt

накопительного конденсатора,

что снижает производительность контроля, кроме того, наличие диссипации потребляемой мощности в описанной схеме генератора на стадии заряда накопительных конденсаторов приводит к потерям энергии.

Цель изобретения- расширение частотного диапазона генератора.

Поставленная цель достигается тем, что генератор зондирующих импульсов для ультразвукового дефектоскопа, содержащий последовательно соединенные источник питания, зарядное сопротивление первый и второй формирователи импульсов ударного возбуждения, последовательно соединенные компаратор, сигнальный вход которого подключен к выходу зарядного сопротивления, а опорный к источнику питания, и одновибратор, выход которого связан с запускающим входом первого формирователя импульсов ударного возбуждения электронный ключ, сигнальный вход которого подключен к нулевой шине, а выход - к выходу открывающего сигнала включенным между управляющим входом электронного ключа и выходами источника питания и зарядного сопротивления, а последнее выполнено в виде дросселя. Кроме того, цель достигается тем, что формирователь открывающего сигнала выполнен в виде последовательно соединенных интегрирующей цепи, вход которого подключен к выходу источника питания, компаратора, элемента ИЛИ и первого одновибратора, выход которого подключен к управляющему входу электронного ключа и последовательно соединенных дифференцирующей цепи, вход которой подключен к выходу дросселя, и

второго одновибратора, выход которого связан со вторым входом элемента ИЛИ.

На фиг.1 изображена блок-схема генератора: на фиг,2 - эпюры временных диаграмм.

0 Генератор зондирующих импульсов состоит из источника 1 питания, подключенного первым выходом ко входу зарядного сопротивления в вуце дросселя 2, вторым выходом подключенного к первому входу

5 формирователя 3 открывающего сигнала и третьим выходом подключенного к первому входу блока 4 запуска, дроссель 2, своим выходом подключен к первому входу двух- каскадного блоха 5 формирователей зонди0 рующих импульсов, ко второму входу формирователя 3 открывающего сигнала, к первому входу электронного ключа б и к первому входу блока 4 запуска, блок 5 формирователей зондирующих импульсов, под5 ключенный своим вторым входом к выходу блока 4 запуска, состоит из формирователей 7 и 8 импульсов ударного возбуждения и диода 9, через который он подключен ко входу нагрузки, формирователи 7 и 8 им0 пульсов ударного возбуждения состоят из блокирующих диодов 10 и 11, анодами подключенных к первому входу блока 5 формирователей, а катодамл -- к анодам тиристоров 12 и 13 и первым обкладкам

5 накопительных конденсаторов 14 и 15 соответственно, резисторов 16 и 17 утечки, причем резистор 16 утечки одним концом подключен к управляющему электроду тиристора 12 и к второму (управляющему) вхо0 ду блока 5 формирователей, а вторым концом к нулевой шине, резистор 17 подключен одним концом только к управляющему электроду тиристора 13, а вторым концом - к катоду этого тиристора и к выхо5 ду формирователя 7 импульсов ударного возбуждения, вторые обкладки накопительных конденсаторов 14 и 15 подключены к нагрузочным резисторам 18 и 19, к анодам диодов 20 и 21. включенных параллельно

0 нагрузочным резисторам 18 и 19 и к выходам формирователей 7 и 8 импульсов ударного возбуждения соответственно, формирователь 3 открываемого сигнала состоит из интегрирующей RC-цепочки 22,

5 своим входом подключенной к первому входу блока, а выходом к компаратору 23, из дифференцирующей RC-цепочки 24, своим входом подключенной ко второму входу блока, а выходом ко входу одновибратора 25, компаратор 23 и одновибратор 25 подключены кс входам логического элемента 25 ИЛИ, выход которого подключен ко входу одновибратора 27, выход которого является выходом блока 3, который к vn- равляющему входу электронного ключа 6 блок 3 запуска состоит из компарягорз 23, входя которого являются входами блока, при этом сигнальный вход компаратора подключен :: вь.холу згояднсго сопротивления, а опорный - f источнику : питания, a ЯЫУО.Д компаратора 28 подключен ко входу сцнор.ибратора 29. выход которого является выходом блока и подключен к запускаюше- му входу первого формирователя 7. Нагрузкой 30 является пьезопреобразователь. Компаратор 23 и одновибратор 25 выполнены, например, на микросхеме 155 АГ-1, компаратор 28 - на полевом транзисторе типа КП 304 А. Ключ 6 выполнен, например, на биполярном транзисторе, а в качестве логического элемента 26 используется двух- входовый элемент ИЛИ.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника 1 питания напряжения ча ft о зулога устанавливаются на- /тепьчо большее еремс ц) чем пэриод работы автогенератора (-10 гц) при этого, напряжение на выводе А доосселя за- гядкого сопротивления 2 по- озязт напряжение , его зходе, также пе, ( себя нэпррже -,, о на первых обкладках накопительных конденсаторов 14 и 15. Интегрирующая гепочка 22 еще более задерживает процесс установление его на своем выходе. В момент времени to, когда напряжение на входе компаратора 23 сравнивается с пороговым напряжением его срабатывания, на выходз эго формируется короткий импульс С. 8 это время на выходе одновибратора 25 пока находится низкий уровень. В результате на выходе логического элемента 26 ИЛИ сигнал практически повторяется с незначительной задержкой, который запускает од- новибратор , который вырабатывает импульс длительности, равной времени восстановления тиристоров 12, 13 своего закрытого состояния после срабатывания, которое зависит от конкретного типа приме- няемых тиристоров и составляет десятки микросекунд. Этот импульс открывает электронный ключ 6 и закорачивает выход дросселя. 2 на нулевую шину на время, большее времени действия управляющего импульса - на время оыхода кпюча б из насыщенного состояния (если это биполярный транзистор). В результате отрицательного перепада напряжения на вь-ходе дросселя 2 на выходе дифференцирующей цепочки 24 выделяется короткий отрчца-еяьный импучьс (G) который, поступая на яход опновнбрзго рэ 25. запускает его и он вырчбять взет короткий ИМПуЛьС (Н). НО ЧОТОРЫЙ В

момент не влияет на состогч ие аыхпдя логического эпемента ИЛИ, т.к. на первом его входе уже г сутстеует БК СОКИЙ уровень импульс (С). Одновременно с описываемым процессом Б тот момент, когда напряженно на выходе дросселя 2 станогится меньше, чем иг. третьем выходе источника ) пиганил, компаратор 2С запускает одновибратог 2Г, на выходе кс орого tbnpA:i p erc° короткий импульс (Е), который 2апу;кяет блек 5 -pop мирователей зондирующих импульсов v одновременно Dsyx;iT для синхронизации аппаратуры, в сое гаг которой входит генератор зондирующих vvinyntcoe (начало зондирования). В рес льтате тиристор 12 открывается, конденсатор Н разряжаете (F), на нагрузочное резисторе 18 выделяется короткий импульс амплитудой-rVc(i), при этом диод 20 заперт так как на его анод подается отрицательно смещение и не влияет на работу Формирователя Резкий отрицательный пеоепад напряжения подзвз- змый катод T tpnrropi 13, вызывает его открыв t-iэ, конденсатор 15 также разря- . этом перепады нчпряжвниГ;

CyMMHpyiOTC . На HTroySOMf ОМ CCnpOTHP j|.ии выделяется короткий импу/гьс амг «try- дои -, V0. В 31 от момен-r времени

УСТРОЙСТВО - ЙХЗДИТСЯ R ИСХОДНОМ СОСТ(.Яныи 1 начинается процесс нарастания тока з обмотке дросселя 2 по линейному закону. К моменту закрытая ключа 6 его величина достигает значения

Vo

ti

где Uo - напряжение на выходе дросселя 1, L - индуктивность дросселя 2, ц - время, в течение которого ключ б находится в открытом состоянии. После закрытия ключа открываются диоды 10 и 11 и начинается процесс заряда накопительных конденсаторов 14 и 15 по цепи: первый выход источника питания 1 - дроссечь 2 -далее ток разветвляется на два направления: диоды 10(11), обкладки конденсаторов 14, 15, параллепьчо соединенные резисторы 18(19) и диоды 20(21), причем большая часть тока идет через диоды, чем уменьшаются тепловые потери на резисторах 18 и 19. С момента закрытия ключа 6 до окончания заряда накопите ьнь конденсаторов 14, 15 напряжение нэ дросселя 2 изменяется по закону ( Vi

U Uo (1 - COS 0) t 4- ш I, sin 0) t),

где t - время с момента закрытия ключа; и) . - циклическая частота проvLc

цесса;

где С - суммарная емкость накопительных

конденсаторов.

Максимальное значение напряжения достигается при значении

U

макс

Uo (1 + Г+ О} t ).

Напряжение на конденсаторах 14, 15 повторяет напряжение на дросселе 2 с точностью до падения напряжения на диодах 10и 11.

При достижении напряжения на конденсаторах 14, 15 максимального значения ток в цепи заряда убывает до нуля, диоды 10 и 11 запираются, собственная частота контура, в которую входит дроссель 2 - резко меняется, напряжение на выходе дросселя 2 быстро апериодически стремится к Uo(A), в то время, как на конденсаторе оно сохраняется (диоды и тиристоры заперты) (F). В момент резкого падения напряжения на дросселе 2 на выходе дифференцирующей цепочки 24 появляется короткий отрицательный импульс, который запускает одно- вибратор 25. Этот импульс с незначительной задержкой повторяется на выходе логического элемента 28 ИЛИ, т.к. сигнал на его первом входе отсутствует, и запускает одновибратор 27.

Далее процесс повторяется подобно ранее описанному с единственным отличием, а именно тем, что конденсаторы, как уже было отмечено, заряжаются до напряжения Умакс и короткий импульс на выходе второго формирователя, следовательно.

Таким образом, при работе устройства напряжение, до которого заряжаются накопительные конденсаторы, равно на Uo как в прототипе, а - имакс.т.е. больше на величину

Do 1 + , что применительно к конкретным условиям составляет Uo, т.е. требуемое напряжение U0 источника 1 питания в три раза меньше, чем для прототипа.

После определения предельных параметров генератора по частоте за счет наличия формирователя 3 открывающего сигнала генератор может быть легко преобразован путем замены формирователя 3 на независимый блок запуска с частотой посылок импульсов, управляющей работой ключа электронного 6. меньшей собственной частоты работы генератора.

Формула изобретения

соединенные компаратор, сигнальный вход которого подключен к выходу зарядного сопротивления, а опорный - к источнику питания, и одновибратор, выход которого связан с запускающим входом первого формирователя импульсов ударного возбуждения, и электронный ключ, сигнальный вход которого подключен к нулевой шине, а выход - к выходу зарядного сопротивления, отличающийся тем. что, с целью расширения

частотного диапазона, он снабжен формирователем открывающего сигнала, включен- ным между упразляющим входом электронного ключа и выходами источника питания и зарядного сопротивления, а последнее выполнено в виде дросселя.

ЈР

и.

г

В С

D

Ј

F С2S

ГЛ

--5 5 23

,/j

2