Портативный прибор для акустического контроля изделий

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля и может быть использована для ультразвуковой диагностики материалов.

Техническая задача: снижение энергопотребления без увеличения уровня помех.

Сущность: прибор содержит синхронизатор, источник питания генератора, генератор зондирующих импульсов, электромагнитно-акустический преобразователь, приемный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, арифметическо-логическое устройство, схему индикации, объект контроля и источник питания, причем аналого-цифровой преобразователь, арифметическо-логическое устройство и схема индикации управляются синхронизатором, отличающийся тем, что для снижения потребляемой прибором мощности без увеличения уровня помех в схему дополнительно введен накопительный узел, который подключается синхронизатором в качестве источника питания узлов усиления и обработки только на время их работы.

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля и может быть использована для ультразвуковой диагностики материалов.

Известен ультразвуковой толщиномер (Патент РФ 2185600, кл. G01B 17/02, опубл. 20.07.2002), содержащий блок задания режимов работы и индикации сигналов, синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, электромагнитно-акустический (ЭМА) преобразователь, приемный усилитель, когерентный накопитель сигналов, арифметическо-логическое устройство (АЛУ), индикатор, кварцевый генератор и цифро-аналоговый преобразователь.

Одним из недостатков ультразвукового толщиномера является наличие дополнительных помех на входе приемного устройства, вызванных наличием импульсного источника питания. Известно, что в дефектоскопах и толщиномерах, использующих электромагнитно-акустический (ЭМА) принцип возбуждения и приема, из-за низкого коэффициента преобразования, сигнал на входе приемного устройства может не превышать десятков микровольт. В этом случае чрезвычайно важно обеспечить отсутствие помех как на входе приемного устройства, так и по цепям питания во время активной работы приемного устройства. Очевидно, что современное высокочувствительное усилительное устройство требует для работы ряд стабилизированных питающих напряжений. В тоже время, портативные приборы питаются как правило от аккумулятора, вырабатывающего одно нестабилизированное напряжение.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является «Прибор для акустического контроля изделий» (Патент РФ 41515, кл. G01B 17/02, опубл. 27.10.2004), содержащий синхронизатор, источник питания генератора, генератор зондирующих импульсов, ЭМА-преобразователь, объект контроля, приемный усилитель и схемы предварительной обработки, преобразователь временной интервал-цифра, арифметическо-логическое устройство, схему индикации и источник питания аналоговых схем.

Недостатком данного устройства является необходимость использования источника питания компенсационного типа. В этом случае значительная часть энергии расходуется не рационально, что особенно нежелательно для переносных портативных приборов.

Предлагаемая полезная модель направлена на снижение потребляемой портативным прибором мощности без увеличения уровня помех, влияющих на работу приемного устройства, за счет того, что источники питания могут выполняться любого типа, в том числе и импульсного, но для исключения влияния собственных помех они подключаются не непосредственно на питание приемного тракта, а работают на заряд конденсаторов, за счет разряда которых в процессе работы прибора осуществляется питание схем усиления и обработки. Очевидно, что в портативном приборе, работающем по такому принципу, помехи, возникающие при работе источников питания, не могут влиять на работу прибора. Следует отметить, что если блок конденсаторов (накопительное устройство) выполнить на конденсаторах достаточно большой емкости, то, даже при большом токе потребления в единицы ампер, можно обеспечить достаточно стабильное питание, т.к. сам процесс измерения занимает небольшой отрезок времени, не более 1 мс. При больших токах измерения и длительных процессах работы портативного прибора применяются специальные накопительные устройства (йонисторы), емкость которых достигает нескольких единиц фарад. К тому же, на них можно создать и запас по напряжению.

Указанный технический результат достигается тем, что в портативный прибор вводится ряд преобразователей напряжения, которые заряжают накопительные емкости, которые разряжаются во время работы приемного устройства, выполняя роль источников питания.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема устройства, а на фиг.2 - схема одного из узлов накопления.

Конструктивно портативный прибор состоит из синхронизатора 1, источника 2 питания генератора, генератора 3 зондирующих импульсов, ЭМА-преобразователя 4, узла 6 приемного усилителя и схем предварительной обработки, преобразователя 7 временной интервал-цифра, арифметическо-логического устройства 8, схемы 9 индикации, источника 10 питания и узла 11 накопления. На фиг.1 также изображен объект 5 контроля.

Работа портативного прибора осуществляется следующим образом.

Синхронизатор 1 периодически, через определенные промежутки времени, вырабатывает пачки импульсов, которые используются для получения высоковольтного напряжения питания генератора 3 зондирующих импульсов, выполненного на разряднике. Когда напряжение достигает величины, достаточной для пробоя разрядника, происходит пробой и вырабатывается зондирующий импульс. Одновременно специальный сигнал поступает на синхронизатор 1 и обрывает пачку импульсов. В тот же момент зондирующий импульс подается на ЭМА-преобразователь 4, индуцируя вихревые токи в объекте 5 контроля. В результате взаимодействия наведенных в объекте контроля вихревых токов с постоянным магнитным полем в объекте контроля возникает ультразвуковая (УЗК) волна - прямое ЭМА-преобразование. Ультразвуковая волна распространяется вглубь объекта контроля, и, достигнув противоположной стенки, отражается от нее, после чего распространяется в противоположном направлении и достигает поверхности объекта контроля. На поверхности объекта контроля возникают наведенные токи как результат перемещения частиц металла в магнитном поле (обратное ЭМА-преобразование). Приемная обмотка ЭМА-преобразователя 4 воспринимает наведенные токи, после чего ЭДС преобразователя поступает на вход узла 6 приемного усилителя и схем предварительной обработки. Усиленный и сформированный сигнал поступает на вход преобразователя 7 временной интервал-цифра. Сигнал в цифровом виде поступает на вход арифметическо-логического устройства 8, где над ним производятся различные операции, например, калибровка и сравнение с заданным пороговым уровнем, а затем поступает на схему 9 индикации. Узел 11 накопления управляется от синхронизатора и подключается во время работы схем, чувствительным к помехам (схем усиления и обработки).

Подробно схема одного из элементов узла 11 накопления представлена на фиг.2.

От источника 10 питания, который объединяет в себе аккумулятор и ряд импульсных преобразователей, напряжение поступает на вход (точка 1) данного узла. Непосредственно после включения прибора заряд конденсатора С происходит через резистор R1 сравнительно большой величины, т.к. накопительный конденсатор полностью разряжен. Затем, в процессе проводимых измерений заряд С производится через резистор R2 небольшой величины. Величина сопротивления резисторов R1 и R2 рассчитывается по следующим формулам:

; .

U_lmax и U_2min - величины напряжений в соответствующих точках по схеме (фиг.2);

I_lmax - максимальный ток заряда накопительного конденсатора.

Далее с накопительного конденсатора напряжение через стабилизатор напряжения и ключ К3 поступает на питание портативного прибора. Ключ К3 служит для подключения портативного прибора только на время работы схем, чувствительных к помехам, чтобы избежать дополнительных затрат энергии. Ключ K1, управляемый от синхронизатора выбирает соответствующий резистор, а ключ К2 подключает емкость на заряд.

Таких элементов узла накопления в портативном приборе несколько, по числу необходимых питающих напряжений.

Портативный прибор для акустического контроля изделий, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, источник питания генератора, генератор зондирующих импульсов, электромагнитно-акустический преобразователь, приемный усилитель, преобразователь временной интервал-цифра, арифметическо-логическое устройство, схему индикации, объект контроля и источник питания, причем преобразователь временной интервал-цифра, арифметическо-логическое устройство и схема индикации управляются синхронизатором, отличающийся тем, что для снижения потребляемой прибором мощности без увеличения уровня помех в схему дополнительно введен блок узлов накопления, подключаемый синхронизатором в качестве источника питания узлов усиления и обработки, чувствительным к помехам, только на время их работы.