Фазовращатель к устройству неразрушающего контроля

СО 1 ОЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 1 01 Б 27/90 чгКЩрр.,ЗОБРЕТЕНИЯ А ТОРСНО 8ельс ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследоват кий институт интроскопии(56) Авторское свидетельство СССР У 352481, кл. О 01 И 97/90, 1969. (54) ФАЗОВРАЩАТЕЗЬ К УСТРОЙСТВУ Н РАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРО 1 И(57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано в вихретоковой дефектоскопии и в измерительной технике для изменения Фазы синусоидальных сигналов. Целью изобретения является повышение точности установки фазы в широком диапазоне ее изменений и увеличение частотного диапазона работы фазовращателя, принцип действия которого состоит в суммировании в сумматоре 18 синусоидальных сигналов, поступающих с цифроаналоговыхт преобразователей 6 и 7, опорные входыкоторых подключены к формирователюквадратурных напряжений через ключи2 - 5. Плавное изменение фазы выходного напряжения осуществляется автоматически в зависимости от кода,устанавливаемого на выходе реверсивного счетчика 10, режим счета которого устанавливается логическими схемами И 12, 16 и ИЛИ 13, 14 и задатчиком8 режима. 11 ереклвчение квадратурныхсоставляющих производится сигналомреверсивного регистра 17, сдвигающийимпульс на вход которого поступаетсо схемы 13 в конце каждого циклаработы, определяемого разрядностьюсчетчика 10. Использование фазовращателя к устройству неразрушающегоконтроля позволяет автоматизироватьвыбор и установку требуемых фазовыхсоотношений сигналов и тем самымоперативно обеспечить отстройку отвлияния мешающих Факторов для заданного режима контроля. 3 ил.( = агс 1 д ---Пцаа,г Пцап1 13Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий методом вихревых токов и может также быть использовано в измерительной технике для измерения фазы синусоидальных си налов.Цель изобретения - повышение точности установки фазы в широком диапазоне ее изменения и широком диапазоне рабочих частот эа счет возможности автоматической установки требуемого значения фазы по сигналам внешних устройств и использования средств цифровой техники.На фиг.1 представлена структурная схема фазовращателя к устройству не- разрушающего контроля; на фиг.2 - векторные диаграммы; на фиг,З - диаграммы напряжения, поясняющие принцип действия фазовращателя.Фазовращатель содержит формирователь 1 квадратурных опорных напряжений, четыре ключа 2 - 5, входы которых подключены к выходам формирователя 1, первый и второй цифроаналоговые,преобразователи (ЦАП) 6 и 7, входы которых подключены соответственно к выходам первого и третьего ключей 2,4 и второго и четвертого ключей 3,5, последовательно соединенные эадатчик 8 режима, тактовый генератор 9, реверсивный счетчик 10, инвертор 11 кода, первую схему И 12, первую схему ИЛИ 13, вторую схему ИЛИ 14 и триггер 15 управления реверсом, выход которого подключен к второму входу реверсивного счетчика 10, вторую схему И 16, вход которой связан с выходом реверсивного счетчика 10, а выход - с вторим входом первой схемы ИЛИ 13, реверсивный регистр 17, первый вход которого подключен к второму выходу второго задатчика 8 режима и второму входу второй схемы ИЛИ 14, второй вход - к выходу первой схемы ИЛИ 13, а выходы - к управляющим .входам ключей 2 - 5, и последовательно соединенные сумматор 18, входы которого подключены к выходам ЦАП 6,7, и стабилизатор 19 амплитуды, а управляющие входы ЦАП 6 и 7 подключены соответственно к выходам реверсивного счетчика 10 и инвертора 11 кода.Устройство работает следующим образом.Входной сигнал Б , относительно которого происходит сдвиг. фазы сигнала Бц (фиг,1), подается на вход формирователя 1 квадратурных синусоидальных напряжений, с выхода которего снимаются четыре сигнала БП (вектора), сдвинутые последовательно один относительйо другого на90 (фиг.2). Квадратурные напряженияподаются на соответствующие входыключей 2 - 5. В момент включениясхемы реверсивный регистр 17 и триг"гер 15 управления реверсом по сигналузадатчика 8 режима устанавливается висходное состояние, при котором навыходах реверсивного регистра 17устанавливается сигнал "1", открывающий первый и второй ключи 2 и 3. На выходах 1 Ц, 17. реверсивного регистра17 устанавливаются сигналы "0", закрывающие третий и четвертый ключи4 и 5. Квадратурние напряжения Б,ичерез открытые ключи 2 и. 3 поступают на опорные входы ЦАП 6 и 7.По сигналу задатчика 8 реверсивный регистр 17 переводится в режим прямого или реверсивного сдвига информации, а триггер 15 управления реверсом через вторую схему ИЛИ 14 устанавли- . вает прямой или обратный режим счета реверсивного счетчика 10.Рассмотрим случай изменения фазы выходного сигнала П ы в прямом направлении, показанном на векторной диаграмме фиг,2 а (вектор Б ы перемещается относительнопротив часовой стрелки). Фазовращатель имеет четыре цикла работы, показанные на фиг.З. Одновременно с установкой реверсивного регистра 17 и триггера 15 управления реверсом на заданный режим изменения фазы задатчик 8 подключает тактовый генератор 9 к счетному входу реверсивного счетчика 10, на выходе которого образуется п-разрядный двоичный код, поступающий на ЦАП 6, инвертор 11 кода и схему И 16 Обратный двоичный код с выходаинвертора 11 кода поступает на ЦАПи схему И 12. Квадратурные напряженияс ЦАП б и 7, пропорциональные прямому и обратному коду реверсивного,счетчика 10, поступают на сумматор18, на выходе которого образуетсярезультирующий сигнал (вектор) с фа 55 зой, определяемой для каждого циклаработы (квадранта) какпереключает режим направления счета реверсивного счетчика 10. В результате сдвига реверсивного регистра 17 на управляющих входах ключей 3 и 4 образуются сигналы, открывающие указанные ключи. При этом на опорные входы ЦАП 6 и 7 подаются соответственно квадратурные напряжения У и ЕЕ от формирователя 1 квадратурных напряжений, а триггер 15 обеспечивает требуемое изменение выходных напряжений ЦАП 6 и 7 во втором цикле (изменение фазы выходного сигнала от 90 до 180 )При изменении фазы выходного напряжения на 180 должно произойти переключение квадратурных напряжений, поступающих на входы сумматора 18, как это показано на фиг.З в третьем цикле, т.е, на входы сумматора 18 должны поступать квадратурные ЕЕ иПодключение их обеспечивается за счет продвижения выходного кода реверсивного регистра 17 по сигналу от схемы И 16. Изменение состояния регистра происходит по следующей диаграмме: Выход регистра 17 Цикл 0 ЕЕЕ Направление счета реверсивного счетчика 10 также синхронно иэменяетф ся на противоположное при помощи триггера 15 управления реверсом, переключающегося через первую и вторую схемы ИЛИ 13, 14 сигналом от схемы И 16,В результате подключения в третьем цикле на входы сумматора 18 квадратурных напряжений ЕЕ и ЕЕ , меняюшихся по амплитуде в противоположном направлении в соответствии с кодом (фиг.З), выходной сигнал сумматора 18 плавно изменяется по фазе от 180 до 270 относительно входного сигназ 1363051 где р - текущий сдвиг фазы напряженияна выходе сумматора;- текущее напряжение на выходейаппервого ЦАП 6;.ЕЕ- текущее напряжение на выходевторого ЦАП 7.Двоичный код с выхода реверсивного счетчика 10 обеспечивает в первом цикле работы фазовращателя линейное уменьшение на первом входе сумматора 18 квадратурного напряжения ЕЕ а обратный двоичный код с инвертора 11 кода обеспечивает линейное увеличение на втором входе сумматора 18 квадра Б турного напряжения ЕЕ (фиг.З). Изменение напряжений на входах сумматора 18 происходит от 0 до ЕЕ , . При заданном законе изменения входных. йапряжений, поступающих на сумматор 2 О 18 на его выходе образуется напряжение, сдвинутое по фазе по отношению к ЕЕ , причем при изменении напряжения квадратуры 11, от ЕЕмакс до 0 и соответственно напряжения квадра Б туры О от 0 до ЕЕфаза выходного напряжения сумматора 18 изменяетОся от О до 90 с дискретностью90угла ьс = , где Ьу - дискрет- Зо ность изменения фазы; и - число разрядов реверсивного счетчика 10. При достижении фазы выходного напряженияосумматора 18 90 для дальнейшего плавного изменения фазы в заданном ЗБ 1 направлении на входы сумматора 18 должны поступать квадратурные напряжения ЕЕ и ЕЕ, причем квадратурное напряжейие ЕЕ должно увеличиваться3по амплитуде, а квадратурное напря жение У - уменьшаться пропорционально коду. с выхода реверсивногосчетчика 10 (см. фиг,З). Соответствующее второму циклу работы фазовращателя подключение квадратурных 4 Б напряжений ЕЕ, Б к входам сумматора ,18 происходит следующим образомПри заполнении реверсивного счетчика 10 (момент достижения фазового сдвига 90 ) на выходе схемы И 12 БО образуется импульс, появление которого соответствует моменту перехода реверсивного счетчика 10 в нулевое состояние (выходы всех разрядов счетчика 10 переводятся в состояние "О"). Этот импульс через первую схему ИЛИ 13 производит сдвиг выходного кода реверсивного регистра 17 и через вторую схему ИЛИ 14 и триггер 15 1 11 ЕЕЕ 1 М5 13 ла (совпадающего по фазе с квадратурным напряжением Б, ), причем Фазовый сдвиг на 270 относительно входногоосигнала происходит в конце третьего цикла, соответствующего минимальному коду на выходе реверсивного счетчика 10. Образующийся в конце третьего цикла код через инвертор 11 кода и схему И 12 формирует импульс, сдвига" ющий реверсивный регистр 17 и переклю .ающий триггер 15 управления ре. версом, чем обеспечивается подключе" ние к входам сумматора 18 квадратур- ных напряжений 11 и П от формирователя 1 квадратурных напряжений и устанавливается направление счета реверсивного счетчика 10. Этот режим соответствует четвертому циклу работы Фазовращателя, при котором фаза на. пряжения на выходе сумматора 18 изменяется плавно (с определенной степенью дискретности, определяемой числом разрядов выходного кода реверсивного счетчика 10) от 270 доо360 . После достижения Фазы выходного напряжения сумматора относительно 11360 происходит переКлючение квадратурных напряжений, после чего процесс изменения Фазы повторяется - устанавливается режим, соответствующий первому циклу работы, описанному вьппе. Схемы И 12, 16 обеспечивают переключение реверсивного регистра 17 и реверсивного счетчика 10 и исключают разрывы сигналов на выходе ЦАП 6 и 7 в точках перехода значения Фазы выходного сигнала, кратных 90Изменение Фазы выходного напряже" ния относительно входного в общем случае можно определить по Формуле:Х 360Ч=2 Юхф Э где 1- время команды, за которое происходит изменение фазы, с;- частота тактового генератора, Гц.Выходной сигнал сумматора 18 при измененйи фазы от 0 до 360 имеет некоторую модуляцию по амплитуде, которая устраняется. стабилизатором 19 амплитуды.Работа Фазовращателя для случая изменения фазы выходного сигнала в обратном (реверсивном) направлении показана на векторной диаграмме 630516фиг.2 б (вектор П перемещается отновыхсительно 11по часовой стрелке).В этом случае по сигналу задатчика8 реверсивный регистр 17 устанавлива.ется в состояние реверсивного сдвигавыходного кода, а триггер 15 управления реверсом через вторую схемуИЛИ 14 устанавливается в положение, 10 обеспечивающее заданное направлениесчета реверсивного счетчика 10. Приэтом в первом цикле работы фазовращателя (изменение фазы происходитот 0 до -90 ) на вход сумматора 18 15 подключаются квадратурные напряжения11, и 114 амплитуды которых с выходовЦАП 6 и 7 изменяются в противоположном направлении за цикл изменения кода от 0 до 2 на выходе реверсивно го счетчика 10 При изменении фазы1 она выходе сумматора до -90 происходит подключение на входы сумматора18 соответственно квадратурных напряжений 113 и 114 э которые подключа 2 б ются за счет изменения выходногокода реверсивного регистра 17, вызванного поступлением на его продвигающий вход импульса схемы И 12 черезсхему ИЛИ 13. Устанавливается второй 30 цикл работы фазовращателя, при котором Фаза выходного напряжения суммаотора изменяется от -90 до -180Третий цикл работы фаэовращателяустанавливается при достижении фазыо З 5 выходного напряжения -180 , причемна входы сумматора 18 подаются квадратурные напряжения 11 и 11, а направление счета реверсивного счетчика 1 О устанавливается по сигналу 40 схемы И 16 через схемы ИЛИ 13, 14.При заданном изменении амплитудквадратурных напряжений Б и У навходах сумматора 18 фаза сигналана его выходе плавно меняется и вО 45 конце цикла достигает -270 . Образующийся сигнал на выходе схемы И 12обеспечивает переключение фазовраща- .теля в режим четвертого цикла, прикотором на входах сумматора 18 сумми руются квадратурные напряжения 11, иподключение которых производитсяза счет изменения выходного кода реверсивного регистра 7, включающегоключи 2 и 3. В четвертом цикле работы 55 фазовращателя происходит изменениеФазы выходного сигнала от -270 до-360Таким образом за четыре циклаработы фазовращателя происходит плав10 15 20 30 40 45 50 7 13 ное изменение фазы (с определеннойо степенью дискретности) от 0 до 360 . Заданное значение фазы выходного напряжения относительно Бустанавливается по сигналу задатчика 8 режима и может изменяться в пределах от 0 доо360 с дискретностью90Ч 2 оПереход от прямого к реверсивному изменению фазы выходного напряжения производится по сигналу задатчика 8, задающего направление изменения фазы и установление ее требуемого значения.Фазовращатель является одним из основных блоков устройств вихретокового неразрушающего контроля и оказывает существенное влияние на способ обработки сигнала с электромагнитного преобразователя, отстройку от влияния мешающих факторов, на представление результатов контроля на индикаторе в системе Х-У, т,е, существенно определяет построение структурной схемы устройства. Разработка современных средств неразрушающего контроля, например, дефектоскопов, контролирующих материалы в широком диапазоне изменения их электропровод" ности, требует соответственно широкого диапазона рабочих частот, а требование автоматической отстройки от мешающих факторов и автоматической настройки на режим контроля приводит к необходимости автоматической установки фазы с заданной точностью в широком диапазоне ее изменений (от 0 до 360 )Предлагаемый фазовращатель к устройству неразрушающего контроля может быть использован при построении универсальных устройств для контроля изделий в широком диапазоне изменений его электромагнитных параметров и позволяет автоматически устанавливать и поддерживать требуемое значе 63051 8ние фазы контроля в зависимости от выбранного режима и тем самым обеспечить отстройку от влияния мешающих 5факторов для заданного режима контроля в устройствах неразрушающего контроля,Формула изобретения Фазовращатель к устройству неразрушающего контроля, содержащий формирователь квадратурных опорных напряжений и сумматор, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения точности установки фазы в широкомдиапазоне ее изменения и широком диапазоне рабочих частот, он снабженчетырьмя ключами, информационные входы которых подключены к выходам фор-.мирователя, первым и вторым цифроаналоговыми преобразователями, входыкоторых подключены соответственно квыходам первого и третьего ключей и второго и четвертого ключей, а ихвыходы - к входам сумматора, последовательно соединенными задатчикомрежима, тактовым генератором, реверсивным счетчиком, инвертором кода,первой схемой И, первой схемой ИЛИ,второй схемой ИЛИ и триггером управления реверсом, выход которого подключен к второму входу реверсивногосчетчика, второй схемой И, вход которой связан с выходом реверсивного счетчика, а выход - с вторым входом первой схемы ИЛИ, реверсивным регистром, первый вход которого подключен к второму выходу задатчика режима и второму входу второй схемы ИЛИ, второй вход - к выходу первой схемы ИЛИ,а его выходы - соответственно куправляющим входам ключей и стабилизатором амплитуды, вход которого подключен к выходу сумматора, ауправляющие входы первого и второгоцифроаналоговых преобразователейподключены соответственно к выходамреверсивного счетчика и инверторакода.1363051 Физо Составитель И,РекуноваРедактор И.Рыбченко Техред А. Кравчук Корректор жо,аказ 6397/33 в е роизводственноческое предприятие, г о ул.Проектная Тираж 776 ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, ЖПодписнонного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д.