Радіометричний дефектоскоп

Радіометричний дефектоскоп, що містить дві НВЧ антени, виходи яких з'єднані з входами НВЧ перемикача, а до виходу останнього підключені послідовно з'єднані НВЧ підсилювач, НВЧ змішувач, підсилювач проміжної частоти і квадратичний детектор, комутаційний генератор, вихід якого з'єднаний з керуючим входом НВЧ перемикача, 3 31390 різницю. Відомий радіометричний дефектоскоп [див. Головко Д.Б., Скрипник Ю.О., Яненко О.П. Надвисокочастотні методи та засоби вимірювання фізичних величин: Навч. посібник - К.: Либідь, 2003 С.81-85], що містить дві приймальні антени, НВЧ перемикач, подвійний хвилеводний трійник, НВЧ змішувач із гетеродином, підсилювач проміжної частоти, квадратичний детектор, підсилювач низької частоти, синхронний детектор, фільтр нижніх частот і індикатор. В якості схеми порівняння використовується одноканальна сумо-різницева схема з квадратором. Однак теплові шуми в різних ділянках контрольованого виробу слабко між собою корельовані. Тому виявити дефектну ділянку у виробі за кореляційним моментом, у значеннях якого градуйований вихідний індикатор, важко. Відомий також радіометричний дефектоскоп [див. патент України №27651, МІЖ G01R29/08, 2000p.], який містить дві НВЧ антени, виходи яких з'єднані з входами НВЧ перемикача, а до виходу останнього підключені послідовно з'єднані НВЧ підсилювач, НВЧ змішувач, підсилювач проміжної частоти і квадратичний детектор, комутаційний генератор, вихід якого з'єднаний з керуючим входом НВЧ перемикача, НВЧ гетеродин, підключений до другого входу НВЧ змішувача, і реєстратор. Крім того схема містить генератор шуму, керований атенюатор, блок керування, погоджене навантаження і подвійний хвилеводний трійник в якості суматора, а також послідовно з'єднані підсилювач низької частоти і синхронний детектор. Можливість виміру різниці інтенсивностей некогерентних випромінювань від порівнюваних ділянок контрольованого виробу підвищує вірогідність виявлення локальних порушень у структурі і складі діелектричних матеріалів. Проте результат порівняння в диференціальному радіометрі значною мірою залежить від нестабільності коефіцієнтів підсилення НВЧ підсилювача і підсилювача проміжної частоти, крутісті перетворення НВЧ змішувача і квадратичного детектора, мінливості потужності НВЧ гетеродина, а також нестабільності температури контрольованого виробу. Тому ймовірність виявлення і кількісної оцінки дефектів у стр уктурі матеріалу виробу залишається низькою. В основу корисної моделі покладена задача створити такий радіометричний дефектоскоп, у якому шляхом введення нових елементів і зв'язків виключався б вплив нестабільності параметрів схеми порівняння НВЧ сигналів і мінливісті температури виробу на результат контролю, що забезпечить підвищення вірогідності виявлення локальних стр уктурних порушень і змін складу матеріалу при скануванні поверхні виробу без його руйнування. Поставлена задача вирішується тим, що в радіометричний дефектоскоп, який містить дві НВЧ антени, виходи яких з'єднані з входами НВЧ перемикача, а до виходу останнього підключені послідовно з'єднані НВЧ підсилювач, НВЧ змішувач, підсилювач проміжної частоти і квадратичний де 4 тектор, комутаційний генератор, вихід якого з'єднаний з керуючим входом НВЧ перемикача, НВЧ гетеродин, підключений до другого входу НВЧ змішувача, і реєстратор, згідно з корисною моделлю, введені диференціальний підсилювач відеоімпульсів, джерело компенсуючої напруги, логарифмічний перетворювач, автоматичний перемикач, два згладжуючих резистори і два накопичувальних конденсатори, які через згладжуючі резистори з'єднані з виходами автоматичного перемикача, вхід якого через логарифмічний перетворювач з'єднаний з виходом диференціального підсилювача відеоімпульсів, прямий вхід якого з'єднаний із джерелом компенсуючої напруги, а інверсний вхід - з виходом квадратичного детектора, керований вхід автоматичного перемикача з'єднаний з керованім входом НВЧ перемикача, а реєстратор включений між накопичувальними конденсаторами. Введення в схему радіометричного дефектоскопа диференціального підсилювача відеоімпульсів, джерела компенсуючої напруги, логарифмічного перетворювача, автоматичного перемикача, двох згладжуючи х резисторів і двох накопичувальних конденсаторів, включених зазначеним образом, дозволяє із двох НВЧ сигналів одноканального тракту порівняння виділити квадратичним детектором два відеоімпульси різних амплітуд. Диференціальним підсилювачем із джерелом компенсуючої напруги придушити вплив власних шумів тракту порівняння у сформованих відеоімпульсах, які пропорційні прийнятим антенами НВЧ сигналам. Далі прологарифмувати відеоімпульси логарифмічним перетворювачем і за допомогою згладжуючих резисторів і накопичувальних конденсаторів одержати напругу, пропорційну різниці логарифмів порівнюваних напруг. Завдяки тому що логарифм різниці напруг дорівнює логарифму відношення цих напруг, ви хідна напруга запропонованої схеми дефектоскопа не залежить від нестабільності коефіцієнтів перетворення елементів одноканальної схеми порівняння і змін температури контрольованого виробу, що забезпечує підвищення вірогідності виявлення локальних стр уктурних порушень і змін складу матеріалу при скануванні поверхні виробу без його руйнування. На кресленні представлена функціональна електрична схема радіометричного дефектоскопа. НВЧ антени 1 і 2 з'єднані із входами НВЧ перемикача 3, до виходу якого через НВЧ підсилювач 4 підключений одним входом НВЧ змішувач 5. Інший вхід НВЧ змішувача з'єднаний з виходом НВЧ гетеродина 6 з регульованою частотою. До виходу НВЧ змішувача 5 підключені послідовно з'єднані підсилювач 7 проміжної частоти і квадратичний детектор 8. Інверсний вхід диференціального підсилювача відеоімпульсів 9 з'єднаний з виходом квадратичного детектора 8, а прямій вхід з'єднаний із джерелом регульованої компенсуючої напруги 10. До виходу ди ференціального підсилювача відеоімпульсів 9 через логарифмічний перетворювач 11 підключений вхід автоматичного перемикача 12, до одного із входів якого через згладжуючий резистор 13 підключений накопичувальний конденсатор 14, а до іншого - через згла 5 31390 джуючий резистор 15 - накопичувальний конденсатор 16. Між потенційними електродами накопичувальних конденсаторів включений реєстратор 17. Комутаційний генератор 18 своїм виходом з'єднаний з керуючими входами НВЧ перемикача 3 і автоматичного перемикача 12. Позицією 19 позначений виріб з діелектричного матеріалу, а позицією 20 - один з локальних дефектів. Радіометричний дефектоскоп працює таким чином. НВЧ антеною 1 приймають радіотеплове випромінювання від свідомо бездефектної ділянки контрольованого виробу 19. НВЧ антену 2 переміщають щодо поверхні контрольованого виробу в пошуках де фекту. Тому що радіотеплове випромінювання пропорційно температурі, а прийняте випромінювання залежить від розмірів і параметрів антени, потужність опорного випромінювання від НВЧ антени 1 має вигляд R1= S1b1T1 (1) де: S1 - крутість перетворення електромагнітного випромінювання в радіосигнал; b1 - коефіцієнт випромінювальної здатності виробу; T1 - термодинамічна температура виробу. Радіотеплове випромінювання, прийняте скануючою НВЧ антеною 2 від виробу з локальним дефектом 20, ослаблене: R2 = S2b 2T2 (1- g) , (2) де S2=S1- крутість перетворення другої антени; b 2 і T2 - коефіцієнт випромінювальної здатності і термодинамічна температура виробу у зоні дефекту; g - коефіцієнт ослаблення електромагнітного випромінювання, що залежить від розмірів і глибини розташування дефекту. При підключенні НВЧ перемикачем З НВЧ антени 1 до НВЧ підсилювача 4 НВЧ сигнал шумового характеру з потужністю (1) підсилюється і змішується у НВЧ змішувачі 5 із сигналом НВЧ гетеродина 6. У результаті змішування шумового сигналу з гармонійним сигналом НВЧ гетеродина 6 утворюються складові різницевих частот, які виділяються і підсилюються підсилювачем 7 проміжної частоти в смузі його пропускання. Посилені коливання детектуются квадратичним детектором 8, у результаті чого утворюється постійна складова напруги U1 = S3 K2R1R3D f (3) 1 де S3 - крутість гетеродинного перетворення НВЧ сигналів [В/Вт2 Гц]; К1 - загальний коефіцієнт підсилення НВЧ підсилювача 4 і підсилювача проміжної частоти 7; Р3 - потужність НВЧ гетеродина 6; D f - смуга пропущення підсилювача 7 проміжної частоти і фільтра квадратичного детектора 8. При радіотепловому контролі потужність прийнятого сигналу Р1 мала і порівняна з потужністю власних шумів НВЧ підсилювача 4 і НВЧ змішувача 5 з гетеродином 6. Тому постійна складова напруги (3) у реальних умовах контролю має вигляд: 6 U2 = S3 K2 (R1 + R0 )R3 Df (4) 1 де Ро - потужність власних шумів, приведених до входу НВЧ підсилювача 4. У протилежному положенні НВЧ перемикача 3 на вхід НВЧ підсилювача 4 впливає сигнал потужністю Р2, а на виході квадратичного детектора 8 формується постійна складова напруги 2 U3 = S 3K1 (P2 + P0 )P3 Df . (5) При періодичному перемиканні НВЧ антен 1 і 2 НВЧ перемикачем З, що керується прямокутною напругою комутаційного генератора 18, вихідна напруга квадратичного детектора 8 має вигляд відеоімпульсів прямокутної форми з амплітудами U2 і U3. Відеоімпульси, що чергуються за часом, надходять на один вхід диференціального підсилювача відеоімпульсів 9, на другий вхід якого надходить компенсуюча напруга від джерела 10. Значення, компенсуючої напруги вибирають із умови придушення впливу власних шумів одноканального перетворювального тракту на розходження амплітуд відеоімпульсів (4) і (5). Для цього при екрануванні НВЧ антен 1 і 2 (R1 = R2 = 0) регулюванням компенсуючої напруги джерела 10 домагаються відсутності постійної складової на виході диференціального підсилювача відеоімпульсів 9 (U2 U3 0) . = = У випадку прояву де фекту в контрольованому виробі амплітуди відеоімпульсів (при подавленому значенні Ро) відмінні від нуля: U'2 = S3 K2 R1R3 Df (6) 1 2 U'3 = S3 K1 R2R3 Df (7) У нелінійному перетворювачі 11 відеоімпульси (6) і (7) по черзі піддаються логарифмічному перетворенню і через автоматичний перемикач 12, що працює синхронно з НВЧ перемикачем 3, роздільно усереднюются і запам'ятовуються. У якості усереднюючих і запам'ятовувальних елементів використовуються інтегруючі ланцюжки із згладжуючих резисторів 13, 15 і накопичувальних конденсаторів 14, 16. Так, в один такт комутації конденсатор 14 заряджається до напруги U4 = K 2S4 lnU'2 + DU , (8) а в інший такт комутації конденсатор 16 заряджається до напруги U5 = K2S 4 ln U'2 + DU (9) де К2 - коефіцієнт передачі інтегруючого ланцюжка; S4 - крутість логарифмічного перетворювача 11; D U - напруга зсуву нуля логарифмічного перетворювача 11. На реєстратор 17 надходить різницева напруга з накопичувальних конденсаторів 14 і 16 U6 = U 4 - U5 = K 2S 4 ln U'2 U'3 (10) Підставляючи в (10) значення U'2 з (6) і U'3 з (7), одержуємо 7 31390 R2 (11) R1 З огляду на вирази (1) і (2), остаточно одержимо b1T1 U6 = K2S 4 ln (12) b 2T2 (1- g ) Варто врахувати, що радіотепловий контроль за допомогою пропонованої схеми здійснюється двома антенами, спрямованими на один нагрітий виріб. Отже, коефіцієнти b1 і b 2 , а також темпераU6 = K2S 4 ln тури T1 і T2 практично однакові. Тому напруга, що реєструється 1 U6 = K2 S4 ln = -K 2S4 ln(1- g ) (13) 1- g Розкладаючи логарифмічну функцію в степеневий ряд і з огляду на те, що коефіцієнт g