Приемно-излучающий тракт ультразвукового дефектоскопа Советский патент 1993 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано при создании дефектоскопов дли контроля качества материалов и изделий.

Цель изобретения.- повышение точности контроля за счет компенсации свободных колебаний пьезоэлемента.

Сущность решения заключается в том, что на полуволновый резонансный пьезоэ- лемент, на демпфированный ни механически, ни электрически подается ступенька электрического напряжения, равная половине Е/2 напряжения источника питания (заряд конденсатора), возбуждая в нём синусоидальные ультразвуковые колебания с собственной частотой пьезоэлемента, затухающие по экспоненциальному закону. Затем через время, равное половине периода

этих колебаний, на пьезоэлемент подаете вторая ступенька напряжения Е/2 (происхс дитдозаряд конденсатора, примерно до ве личины напряжения источника питания Е) возбуждая в нем такие же ультразвуковые колебания, но сдвинутые по фазе на 180°.

Суперпозиция этих затухающих колебаний приводит к их взаимной компенсации зг исключением первой полуволны, возникающей в результате воздействия первой ступеньки напряжения.

Изменение приемного сигнала в противофазе с сигналами после воздействия второй ступеньки напряжения позволяет наиболее полно повысить соотношение сигнал/шум.

При сопоставительном-анализе существенных признаков предлагаемого технического решения и при их выполнении

00

о ел со

00

о

решение обеспечит достижение положительного эффекта, т.е. повысит эффективность компенсации свободных колебаний пьезоэлемента.

На фиг.1 приведена структурная схема приемоизлучающего тракта дефектоскопа; на фиг.2-схёмГа синхронизатора; на фиг.З - схема токового ключа; на фиг.4 - времен- йыё диаграммы, поясняющие работу приемоизлучающего тракта.

Приемно-излучающий тракт дефектоскопа содержит синхронизатор 1, первый токовый ключ 2, источник питания 3, делитель 4 напряжения, состоящий из двух последовательно включенных резисторов 5 и б, пьезопластину 7, первый 8 и второй 9 диоды, усилитель 10, вход которого соединен - с анодом первого диода, одним из электродов пьезопластины, другой электрод которой соединен с анодом второго диода, с первым входом делителя 4 напряжения и подключен к общей шине источника 11 питания, шина положительного полюса которого соединена с первым входом первого тактового ключа, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, конденсатор 12, второй токовый ключ 13, первый вход которого соединен с выходом первого токового ключа и вторым входом делителя напряжения, второй вход подключен к второму входу синхронизатора, а выход соединен со средней точкой делителя найряжения и одним из выходов конденсатора, другой вывод которого соединен с катодом второго и анодом первого диодов, причем катод первого диода соединен с анодом второго диода, кроме того, синхронизатор содержит последовательно соединенные генератор 14 тактовых импульсов, счетчик 15 импульсов, дешифратор 16, блок 17 выборки временных меток, инвертор 18, элемент 19 ИЛИ-НЕ, и три триггера 20-22, причем выходы первого и второго триггеров являются первым и вторым выходом синхронизатора соответственно, выход третьего триггера соединен с первым входом элемента 19 ИЛИ-НЕ, тактовые входы триггеров 20-22 подключены соответственно к первому, второму третьему выходам блока 17 выборки временных меток, установочные в нуль входы первого и второго триггеров подключены к выходу элемента 19 ИЛИ-НЕ, установочный в нуль вход третьего триггера соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом элемента 19 ИЛИ-НЕ, и подключен к выходу переполнения счетчика импульсов, причем тактовый ключ содержит три транзистора 23-25, четыре резистора 26-29 и четыре диода 30-33, при этом эмиттеры первого 23 и второго 24 транзисторов соединены через первый резистор 26 с общей шиной источника питания, база первого из которых соединена со вторым входом

токового ключа и через второй резистор 27 с положительным полюсом первого источника питания, коллектором и через третий резистор 28 с базой второго транзистора, через последовательно соединенные первый 30 и второй 31 диоды с общей шиной источника 11 питания, кроме того коллектор второго транзистора соединен с катодами третьего 32 и четвертого 33 диодов, при этом анод третьего диода соединен с коллектором третьего 25 транзистора и является выходом, токового ключа, а анод четвертого диода соединен с базой третьего транзистора, через четвертый резистор - с эмиттером и является первым входом токового ключа.

Схемы токовых ключей 2 и 13 выполнены идентично. .

Приемно-излучающий тракт дефектоскопа работает следующим образом,

Перед началом очередного цикла излучения ультразвуковых колебаний (фиг.1) токовые ключи 2 и 13 закрыты, от источника питания 3 энергия не потребляется, на пье- зопластине 17 напряжение равно нулю.

Синхронизатор 1 электрическим сигналом длительностью,равной периоду собственных колебаний пъезопластины 7 (фиг.4а) включает токовый ключ 2. который приходит в состояние высокой проводимости при

этом происходит заряд конденсатора 12 до напряжения Е/2 (фиг.4в)источника питания 3, определяемое делителем напряжения 4, а ток заряда (фиг.4в) через пьезопластину определяется резисторами 5 и 6 и в ней возникают колебания с резонансной частотой для данной пьезопластины.

Пьезопластина электрические колебания преобразует в механические, передаваемые в контролируемое изделие (не

показано).

Механические колебания, пройдя контролируемое изделие и отразившись, возвращаются на пьезопластину, где

преобразуются в электрические колебания (фиг.4д). Через время равное половине периода собственных колебаний пьезопластины со второго выхода синхронизатора (фиг.4б) электрический сигнал открывает второй токовый ключ 13 и шунтирует резистор 5 делителя напряжения, при этом увеличивается ток заряда и конденсатор 12 дозаряжается примерно до напряжения Е источника питания

(фиг.4в).

Ток заряда снова вызывает колебания, которые сказываются сдвинутыми по фазе на 180°.

Суперпозиция этих затухающих колебаний приводит к их взаимной компенсации за исключением первой полуволны, возникающей в результате воздействия первой ступеньки напряжения.

Следует отметить, что при работе тракта на излучение и прием из напряжения источника питания (в зондирующий импульс) не поступает на вход приемного усилителя, что исключает применение в схеме сложного, коммутатора для переключения малого по величине отраженного сигнала.

Диоды 8 и 9 представляют собой амплитудный ограничитель, для подавления помех,возникающих от воздействия зондирующего импульса. Схема основана на том, что сопротивление кремниевого диода резко уменьшается, когда напряжение на нем, достигшее в прямом направлении, превосходит 0,5 В при этом сигналы небольшой амплитуды практически не искажаются.

Работа синхронизатора заключается в следующем.

Генератор 14 вырабатывает импульсную последовательность, которая подсчитывается счетчиком импульсов 15, при этом текущий код счетчика дешифрируется дешифратором 16. Блок выборки временных меток 17 представляет собой набор элементов 19 И-НЕ, а на входы которых заводятся выходы дешифратора, соответствующие набору сигналов для формирования длительности управляющих сигналов, поступающих затем на управление токовыми ключами.

При этом сигнал с первого выхода схемы включает триггер-защелку 20, сигнал со второго выхода - второй,триггер-защелку 21 через время равное половине периода собственной частоты пьезопластины, а через время равное периоду собственной частоты пьезопластины.сигнал с третьего выхода блока 17 выборки включает третий триггер- защелку 22, сигнал с выхода которого через первый входэлемента 19 ИЛИ-НЕ приводит первый и второй триггеры в исходное состояние до начала следующего цикла. При завершении очередного цикла работы синхронизатора с выхода переполнения счетчика импульсов сигнал через инвертор 18 и второй вход элемента 19 ИЛИ-НЕ при- .водит синхронизатор в исходное состояние.

Сигналы управления токами ключами, формируемые синхронизатором снимаются с выхода Вых.1 и Вых.2.

Токовый ключ работает следующим образом.

В исходном состоянии на вход 2 поступает высокий уровень напряжения, при этом транзистор 22 старым, транзисторы 24. 25 закрыты. При наличии сигнала низкого

5 уровня на входе 2 транзистор 23 закрывается и открываются транзисторы 24, 25, при этом транзистор 25 переходит в состояние высокой проводимости он переключает напряжение поступающее на вход 1 - на выход

0 ключа.

Резистор 28 и диоды 30, 31 задают сме- шание транзистору 24, а диоды 32, 33 предотвращают работу транзистора 25 в режиме насыЩения.

5 Таким образом, изменение приемного сигнала в противофазе с сигналами после воздействия второй ступеньки напряжения позволяет наиболее полно повысить соотношение сигнал/шум и обеспечить до0 стижение положительного эффекта, т.е. повысить эффективность компенсации свободных, колебаний пьезопластины и подключить на прием однополупериодный отраженный сигнал.

5 Формула изобретения

1. Приемно-излучающий тракт ультразвукового дефектоскопа, содержащий синхронизатор, источник питания, делитель напряжения из двух последовательно сое0 диненных резисторов, пьезопластину, первый и второй диоды, усилитель, входом подключенный к аноду первого диода и первому электроду пьезоплзстины, и первый токовый ключ, подключенный первым вхо5 дом к первому выходу синхронизатора, а вторым входом - к шине положительного полюса источника питания, а анод второго Диода, первый вход делителя напряжения и второй электрод пьезопластины подключе0 ны к шине отрицательного полюса источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля за счет компенсации паразитных свободных колебаний пьезопластины, он снабжен кон5 денсатором, включенным между выходом делителя напряжения и первым электродом пьезопластины, и вторым токовым ключом, первый вход которого связан с вторым выходом синхронизатора, а выход - со сред0 ней точкой делителя напряжения, выхол первого токового ключа подключен ко. второму входу второго токового ключа и второму входу делителя напряжения, катод первого диода соединен с анодом второго

5 диода, а катод второго и анод первого диодов связаны с первым электродом пьезопластины.

2. Тракт по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, синхронизатор выполнен в виде последовательно соединенных генератора тзктовых импульсов, счетчика импульсов, дешифратора, блока выборки временных меток, первого триггера, элемента ИЛИ-НЕ и второго триггера, инвертора, включенного между выходом переполнения счетчика импульсов и вторым входом первого триггера, и третьего триггера, первый вход которого связан с выходом элемента ИЛИ-НЕ, выход переполнения счётчика импульсов связан с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, а второй и третий выходы блока выборки временных меток подключены соответственно к вторым входам второго и третьего триггеров, выходы которых являются выходами синхронизатора.

З.Трактпоп. 1,отличающийся тем, что каждый из токовых ключей выполнен из трех транзисторов, четырех резисторов и четырех диодов, эмиттеры первого и второ0

5

0

го транзисторов соединены через первый резистор с шиной отрицательного полюса источника питания, база первого транзистора является вторым входом токового ключа и подключена через второй резистор к шине положительного полюса источника питания, к коллектору, через третий резистор к базе второго транзистора и через последовательно соединенный первый и второй диоды - к шине отрицательного полюса источника питания, коллектор второго транзистора соединен с катодами третьего и четвертого диодов, анод третьего диода соединен с коллектором третьего транзистора и является выходом токового ключа, анод четвертого диода соединен с базой третьего транзистора, а через четвертый резистор - с эмиттером этого транзистора и является первым входом токового ключа.

Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано при создании дефектоскопов для контроля качества материалов и изделий. Цель изобретения - повышение точности контроля за счет компенсации свободных колебаний пьезоэлемента. Схема тракта содержит ключи, которые создают цепь заряда конденсатора таким образом, что на пьезопластину подается сначала напряжение длительностью в полволны ее свободных колебаний, а затем - напряжение, которое вызывает колебания через полволны в противофазе. Так происходит компенсация полуволн колебаний пьезоплдстины, кроме первой. Это повышает точность контроля при работе дефектоскопа. 2 з.п.ф-лы, А ил.

&. /

ФиаЗ