Приемно-излучающий тракт ультразвукового дефектоскопа

(51) 5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССР .Мг 1396045, кл. 6 01 й 29/04, 1988.,Авторское свидетельство СССР М 1352340, кл, 6 01 М 29/04, 1985.(54) ПРИЕМНО-ИЗЛУЧА)ОЩИЙ ТРАКТ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДЕФ ЕКТОСКОПА (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано при создании деИзобретение 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.Сущность решения заключается в том,то на полуволновый резонансный пьезоэемент, на демпфированный ни механич ски, ни электрически подается ступенька электрического напряжения, равная половине Е/2 напряжения источника питания (заряд конденсатора), возбуждая в нем синусоидальные ультразвуковые колебания с собственной частотой пьезоэлемента, затухающие по экспоненциальному закону, Затем через время, равное половине периода фектоскопов 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 пьезоплэстины, кроме первой. Это повышает точность контроля при работе дефекта скопа. 2 з,п.ф-лы, 4 ил,этих колебаний, на пьезоэлемент подаетс - й вторая ступенька напряжения Е/2 (происхс (ф дит дозаряд конденсатора, примерно до ве С) личины напряжения источника питания Е) возбуждая в нем такие же ультразвуковые колебания, но сдвинутые по фазе на 180,Суперпозиция этих затухающих колеба ний приводит к их взаимной компенсации з С) исключением первой полуволны, возникаю. щей в результате воздействия первой ступеньки напряжения.ФИзменение 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 выполнениирешение обеспечит достижение положительного эффекта, т.е, повысит эффективность компенсации свободных колебаний пьезоэлемента.На фиг.1 приведена структурная схема приемоизлучающего тракта дефектоскопа; нэ фиг.2 - схема синхронизатора; на фиг.З - схема токового ключа; на фиг.4 - временные диаграммы, пеясняющие работу приемоизлучэющего 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 6, 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 положцтельного полюса которого соединена с первым входом первого тактового ключа, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, конденсатор 12, второй токо- вый 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 первйм 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 транзисторовсоединены через первый резистор 26 с общей шиной источника питания, база первого из которых соединена со вторым входом5 токового ключаи через второй резистор 27с положительным полЮсом первого источника питания, коллектбром и через третийрезистор 28 с базой второго транзистора,через последовательно соединенные пер 10 вый 30 и второй 31 диоды с общей шинойисточника 11 питания, кроме того коллекторвторого транзистора соединен с катодамитретьего 32 и четвертого 33 диодов, приэтом анод третьего диода соединен с кол 15 лектором третьего 25 транзистора и являет- .ся выходом, токового ключа, а анодчетвертого диода соединен с базой третьеготранзистора, через четвертый резистор - сэмиттером и является первым входом токо 20 вого 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 источникапитания 3 энергия не потребляется, на пьезопластине 17 напряжение равно нулю,30 Синхронизатор 1 электрическим сигналом длительностью, равной периоду собственных колебаний пъезопластины 7 (фиг,4 а)включает токовый ключ 2, который приходитв состояние высокой проводимости при35 этом происходит заряд конденсатора 12 донапряжения Е/2 (фиг,4 в) источника питания3, определяемое делителем напряжения 4, аток заряда (фиг.4 в) через пьезопластину определяется резисторами 5 и 6 и в ней возни 40 кают колебания с резонансной частотой дляданной пьезопластины.Пьезопластина электрические колебания преобразует в механические, передаваемые в контролируемое иэделие (не45 показано). Механические колебания, пройдяконтролируемое изделие й отразившись, возвращаются на пьезопластину, где 50 преобразуются в электрические колебания (фиг,4 д), Через время равное половине периода собственных колебаний пьезопластины со второго выхода синхронизатора (фиг,4 б) электрический сиг нал открывает второй токовый ключ 13 ишунтирует резистор 5 делителя напряжения, при этом увеличивается ток заряда и конденсатор 12 дозэряжэется примерно до напряжения Е источника питания (фиг.4 в).Ток заряда снова вызывает колебания, которые сказываются сдвинутыми по фазе на 180;Суперпозиция этих затухающих колебаний приводит к их взаимной компенсации 5 за исключением первой полуволны, возникающей в результате воздействия первой ступеньки напряжения.Следует отметить, что при работе тракта на излучение и прием из напряжения источ ника питания (в зондирующий импульс) не поступает на вход приемного усилителя, что исключает применение в схеме сложного коммутатора для переключения малого по величине отраженного сигнала. 15Диоды 8 и 9 представляют собой амплитудный ограничитель, для подавления помех, возникающих от воздействия зондирующего импульса. Схема основана на том. что сопротивление кремниевого диода рез ко 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 25 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 длительно сти 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 40 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 вход элемента 19 ИЛИ-НЕ приводит первый и второй триггеры в исходное состояние до начала следующего цикла, При завершении очередного цикла работы 50 синхронизатора с выхода переполнения счетчика импульсов сигнал через инвертор 18 и второй вход элемента 19 ИЛИ-НЕ при.водит синхронизатор в исходное состояние. 55Сигналы управления токами ключами, формируемые синхронизатором снимаются с выхода "Вых,1" и "Вых,2".Токовый ключ работает следугощим образом. В исходном состоянии на вход 2 поступает высокий уровень напряжения, при этом транзистор 22 старым, транзисторы 24, 25 закрыты. При наличии сигнала низкого 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 ключа,Резистор 28 и диоды 30, 31 задают смешание транзистору 24, а диоды 32, 33 предотвращают работу транзистора 25 в режиме насыщения.Таким образом, изменение приемного сигнала в противофазе с сигналами после воздействия второй ступеньки напряжения позволяет наиболее полно повысить соотношение сигнал/шум и обеспечить достикение положительного эффекта, т,е, повысить эффективность компенсации свободных. колебаний пьезопластины и подключить на прием однополупериодный отраженный сигнаЛ.Формула изобретения 1. Приемно-излучающий тракт ультразвукового дефектоскопа, содержащий синхронизатор, источник питания, делитель напряжения из двух последовательно соединенных резисторов, пьезопластину, первый и второй диоды, усилитель, входом подключенный к аноду первого диода и первому электроду пьезопластины, и первый токовый ключ, подключенный первым входом 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 подключены к шине отрицательного полюса источника питания, о тл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения точности контроля за счет компенсации паразитных свободных колебаний пьезопластины, он снабжен конденсатором, включенным между выходом делителя напряжения и пеовым электродом пьезопластины, и вторым токовым ключом, первый вход которого связан с вторым выходом синхронизатора, а выход - со средней точкой делителя напряжения, выход первого токового ключа подключен ко второму входу второго токового ключа и второму входу делителя напряжения, катод первого диода соединен с анодом второго диода, э катод второго и анод первого диодов связаны с первым электродом пьезопластинц.2, Тракт по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, срозатор выполе в виде последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, счетчика импульсов, дешифратора, блока выборки временных меток, первого триггера, элемента ИЛИ-НЕ и второго триггера, инвертора, включенного между выходоМ переполнения счетчика им пульсов и вторым входом первого триггера, и третьего триггера, первый вход которого связан с выходом элемента ИЛИ-НЕ, выход переполнения счетчика импульсов связан с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, а второй 10 и третий выходы блока выборки временных меток подключены соответственно к вторым входам второго и третьего триггеров, выходы которых являются выходами синхронизатора. 153, Тракт по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что каждый из токовых ключей выполнен из трех транзисторов, четырех резисторов и четырех диодов, эмиттеры первого и второ 20 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 эмипером этого транзистора и является первым входом токового ключа.1805380Составитель В.Зебрев ктор Л, Народная Техред М. Моргентал Корректор С, Пев, аз 938 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва. Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101