Генераторы УЗ импульсов

2. Генераторы УЗ импульсов

Действие этих генераторов обычно основано на заряде – разряде пьезоэлемента. Между обкладками заряженного пьезоэлемента действует сила, которая сжимает кристалл. При его разряде сжимающее усилие исчезает и кристалл совершает свободные затухающие колебания. Схемы генераторов зависят от типа и размеров датчика. Например, пьезопреобразователь секторного датчика общего назначения имеет большие размеры и должен излучать сравнительно большую мощность. Поэтому возбуждающий импульс имеет большую амплитуду – до 200 В.

Одна из простых схем генератора УЗ импульсов приведена на рис.4. До подачи управляющего импульса оба транзистора закрыты, и на коллекторе VT2 присутствует высокий потенциал (около 50 В).

 

Рисунок 4. Генератор УЗ импульсов с пассивным разрядом

Конденсатор С1 и пьезоэлемент заряжены. Так как емкость С1 берется намного большей собственной емкости С0 пьезоэлемента, то к нему будет приложено почти все напряжение питания.

С приходом управляющего импульса оба транзистора открываются, и емкости С1 и С0 разряжаются, а кристалл пьезопреобразователя совершает затухающие колебания. Такой генератор реализует пассивный способ формирования УЗ импульса. Его форма определяется параметрами ПЭП и демпфера. Диод VD1 в схеме исключает насыщение транзисторов, т.е. обеспечивает высокое быстродействие.

Применяют и активные способы формирования УЗ импульса. Один из них заключается в управлении разрядом предварительно заряженного пьезоэлемента. Показанный на рис.5 генератор применяется для возбуждения массивных преобразователей механических датчиков. Здесь конденсатор заряжается от источника питания через диод VD1. При этом диод VD2 остается закрытым. Поступающий импульс запуска вызывает сигнал специальной формы, управляющий выходным полевым транзистором.

Рисунок 5. Генератор УЗ импульса с управляемой формой

Через него и через диод VD2 разряжаются конденсатор и пьезоэлемент. Для запуска пьезоэлементов линейных датчиков рассмотренными генераторами их потребовалось бы столько, сколько элементов содержится в апертуре, т.е. от 16 до 32. Понятно, что возникающие при этом аппаратные затраты получаются большими, и эту задачу решают иным путем.

3. Блок управления линейным датчиком

Содержание этого блока уже известно из описания структурной схемы и принципа сканирования линейным датчиком. Поэтому не будем здесь приводить его структурную схему. Тем более что, как сейчас увидим, узлы этого блока трудно разделить на отдельные части из-за совмещения некоторыми элементами нескольких функций.

Наиболее важным узлом блока линейного датчика является многоканальный приемо-передатчик. Число его каналов равно числу элементов в апертуре. На рис.6 приведена упрощенная принципиальная схема одного канала, в которой как раз и имеет место совмещение нескольких функций отдельными элементами.

Транзисторы VTк (коммутирующие) не только коммутируют элементы решетки, но и принимают участие в формировании УЗ импульса. Их количество равно общему числу элементов решетки и если оно достигает 128 – 256, то их следует выделить в отдельный блок. Часть схемы с транзисторами VT1 – VT4 осуществляет предварительное усиление эхо-сигналов, участвует в запуске пьезоэлемента и в фокусировке луча.

Рисунок 6. Схема канала приемо-передатчика

Фазоимпульсное управление запуском пьезоэлементов осуществляется импульсами от сдвигающего регистра СР и блока фокусировки луча БФ. Сдвигающий регистр тактируется строчными импульсами СИ. Каждый такой импульс обозначает начало строки УЗ изображения. Взаимное расположение строчных импульсов, СР и БФ показано на рис.227.

 

Рисунок 7.Управляющие импульсы

Пока ни один из импульсов СР и БФ не поступил, все транзисторы в схеме закрыты. Пьеоэлемент заряжен от источника – 50 В через резистор с большим сопротивлением (около 20 кОм). Импульс СР подготавливает транзистор VTк к открытию. Полностью он откроется, когда придет импульс БФ. При этом откроются транзисторы VT1-VT3, и ток транзистора VT2 пройдет через VTк. Его ток быстро разрядит ПЭП, что вызовет колебания кристалла. Этот же ток создаст большой импульс на коллекторе VT3. Для его ограничения применяют двухсторонний диодный ограничитель (диоды и резистор R2). Тем не менее, этот импульс получается намного больше нормального эхо-сигнала, что вызывает перегрузку общего усилителя (в нем на этот случай также предусмотрены ограничители) и довольно длительный переходный процесс. Прием эхо-сигналов в это время невозможен, и, значит, УЗ информация из некоторой приповерхностной области будет потеряна. Эта область называется мертвой зоной. Ее протяженность составляет 20-30 мм.

Сдвиг фронта импульса БФ относительно СР вырабатывается блоком фокусировки луча для каждого канала в отдельности в соответствии с алгоритмом фокусировок. От начала импульса БФ и до конца строки транзисторVTк остается открытым и пропускает в обратном направлении эхо-сигналы. Они усиливаются транзисторами VT2 и VT3, которые для эхо-сигналов представляют каскодный усилитель. К каналу приемо-передатчика подключено несколько транзисторов VTк, которые коммутируют элементы пьезорешетки с периодом n. На рис.6 – это VTк1, VTкn+1, VTк2n+1 и т.д. Однако на каждой УЗ строке импульсом от сдвигающего регистра из них выбирается только один.