С помошью ультразвука посмотреть что внутри

[Alex_under]

Всем привет!

Есть достаточно обычная задача: с помошью ультразвука посмотреть что внутри обраца с разных сторон.
Необычная она лишь тем, что пока не понятны оптимальные режимы, какой частотой светить, какую мошьность прилагать...
Поэтому совсем готовые решения не подходят, но собрать прототип из готовых блоков должно быть несложно.

Схема видится такая:

Комп -> генератор -> УЗ передатчик >>> Уз приёмник -> усилитель -> AЦП -> Комп.


Т.е. задача собрать прототип из готовых компонентов, потратив на это как можно меньше времени и поиграть-определить параметры, ну или понять, что такой метод неподходит.

Частоты, которые требуются от передатчика: 40 - 400kHz,
Мощьность передатчика зависит от напряжения, диапазон: 20 - 200V (не обязательно непрерывно)
выглядит, что генератор проще обычный, а потом уже повышать.

Дело ещё в том, что датчиков надо несколько (минимум 4), притом частоты на них должны быть разные, а мощьность примерно одинаковая.
по идее надо ставить один источник высокого напряжения, желательно тоже регулируемый с компа

Так что передающая часть становится примерно такой:

комп ===> 4 генератора =+=> 4 передатчика
'------------> ивн ------------'


Теперь собственно вопрос: посоветуйте, какие компоненты использовать? (комп и датчики есть:))
Вот на али полно "генератор сигналов компьютер подключать" - можно какой-то приспособить?
Можно ли использовать импульсный Step-up или от него полезут помехи, ловить замучаешься?

В общем вопросов много, опыта нет и очень не хочется провозиться с настройкой, чтоб выяснить, что это всё неприменимо.

[КРАМ]

Всем привет!
Есть достаточно обычная задача: с помощью ультразвука посмотреть что внутри обрзаца с разных сторон.
Необычная она лишь тем, что пока не понятны

Для Вас эта задача может быть и обычная, но лишь потому, что Вы, вероятно, не слишком представляете себе ФИЗИКУ зондирования ультразвуком.
1. Поскольку ультразвук по сути ничем от звука и любого другого вида механических волн не отличается, то первая задача при возбуждении среды состоит в СОГЛАСОВАНИИ излучателя и среды.
2. Любая граница сред при распространении УЗ волны будет представлять из себя ОТРАЖАЮЩУЮ поверхность. И чем больше разница скоростей звука в этих средах, тем выше будет коэффициент отражения.
3. УЗ излучатели бывают ДВУХ основных видов. На основе пьезоэффекта и на основе магнитострикции. Создать эффективный излучатель на нерезонансной основе (то есть без включения трансдьюсера элементом колебательного контура в цепи его возбуждения) довольно затруднительно в энергетическом смысле....
Сиречь Ваше легкомысленное желание иметь декадное перекрытие по частоте практически неосуществимо. Вами - безусловно неосуществимо.

[Alex_under]

Для Вас эта задача может быть и обычная, но лишь потому, что Вы, вероятно, не слишком представляете себе ФИЗИКУ зондирования ультразвуком.
1. Поскольку ультразвук по сути ничем от звука и любого другого вида механических волн не отличается, то первая задача при возбуждении среды состоит в СОГЛАСОВАНИИ излучателя и среды.
2. Любая граница сред при распространении УЗ волны будет представлять из себя ОТРАЖАЮЩУЮ поверхность. И чем больше разница скоростей звука в этих средах, тем выше будет коэффициент отражения.
3. УЗ излучатели бывают ДВУХ основных видов. На основе пьезоэффекта и на основе магнитострикции. Создать эффективный излучатель на нерезонансной основе (то есть без включения трансдьюсера элементом колебательного контура в цепи его возбуждения) довольно затруднительно в энергетическом смысле....
Сиречь Ваше легкомысленное желание иметь декадное перекрытие по частоте практически неосуществимо. Вами - безусловно неосуществимо.

Обычной задача на первый взгляд выглядит потому, что УЗ приборов, контролирующих качества бетона, труб, да чего только не - много.
Вы совершенно правы, сложностей там много. Но как их решать, как раз примерно понятно - что контакт излучателеля с образцом делается через, прости хосподи, вазелин:) Что без резонанса мощьность у нас будет слабенькая.. (да ещё и от частоты зависящая..) это Вы всё правильно сказали - всё так. Но это осознанный выбор: работаем не в резонансе, зато в широком диапазоне. Но мне и не бункер гитлера просвечивать%)

Проблем много, согласен. Как думаете, что лучше в качестве генератора использовать?

[КРАМ]

В качестве генератора, как ни странно, следует использовать генератор.

Если Вы намекаете на схемотехнику, то она зависит от типа трансдьюсера.
Магнитострикционный - это токовый прибор.
Ну а пьезокерамика возбуждается приложенным к ней напряжением.
Из Вами сказанного не очень понятно ЗАЧЕМ нужно зондировать столь широким диапазоном частот?
Чего Вы хотите добиться, кроме проблем с возбуждением образца?

Чем выше частота, тем выше потери. Кроме того, на УЗ наблюдается значительная дисперсность преломления.
Вы собираетесь это учитывать вычислительными методами?
Высокие частоты применяют для повышения разрешающей способности и небольших расстояний зондирования.
Даже применение ЛЧМ не потребует столь широкой полосы частот.

[Alex_under]

Ну а пьезокерамика возбуждается приложенным к ней напряжением.

Именно. Для этого и нужен ИВН, причём регулируемый - чтобы мощьность подобрать.

Из Вами сказанного не очень понятно ЗАЧЕМ нужно зондировать столь широким диапазоном частот?

Спектрограмму хочется такую снять. Окна прозрачности найти... Вы правы, такой широкий диапазон я загнул явно с запасом.

В качестве генератора, как ни странно, следует использовать генератор.

Да!!!
Вот собственно про это мой вопрос:)
Вчера посмотрел всякое, наверное попробую AD9833. Точнее конкретно вот эту штуку. Что думаете на этот счёт?

P.S.
Я понял свою ошибку: в этом разделе обсуждают скорее устройства целиком. Мне же надо куда-то типа в "Обучалка » Теория". Вопросы у меня дурацкие, а не умные, и они не про то, что сделать, а как. Плюс ещё модератор (видимо?) название темы подправил - совсем непонятно стало, про что спрашиваю..

[КРАМ]

Зачем Вам синтезатор? Проблема совсем не в формировании синуса.
Да и синус как таковой не нужен.
Проблема в формировании высоковольтного сигнала накачки, если Вы собираетесь питать пьез не в резонансной цепи.
Плюс к этому, о какой "спектрограмме" АЧХ может идти речь, если пьез имеет совершенно уродскую изрезанную АЧХ?
Чтобы стабилизировать уровень звукового давления создаваемого излучателем, нужно измерять именно звуковое давление, а не электрические параметры цепи накачки или заниматься ерундой с DDS.
Если речь идет о снятии АЧХ исследуемого образца, то сначала нужно создать эталонный тракт, относительно которого и будет снята эта АЧХ.
Я плохо понимаю как можно создать такой тракт, если среда используемая для согласования излучателя-приемника непредсказуема. Какой нибудь глицерин-вазелин сам по себе является линзой-отражателем-рассеивателем.
Эксперименты по исследованию сред проводят на калиброванных образцах с рассчитанными концентраторами-трансформаторами между образцом и трансдьюсером. Иначе все результаты будут полной туфтой. Они будут показывать погоду на Марсе.
ЗЫ. В догон. Термин "спектрограмма" никакого отношения к планируемому Вами эксперименту отношения не имеет.
Снятие АЧХ не связано с исследованием спектра сигнала.
Впрочем, можно снять АЧХ посредством использования белого шума или дельта-функции в качестве зондирующего сигнала.
Тогда спектральная огибающая на выходе и будет искомой АЧХ.

[Alex_under]

Проблема в формировании высоковольтного сигнала накачки, если Вы собираетесь питать пьез не в резонансной цепи.

Ага! Именно!! В точку!!! Про это и спрашиваю:)
Т.е. моя идея использовать один источник высокого напряжения и несколько независимых генераторов, которыми и модулировать:

комп ===> 4 генератора =+=> 4 передатчика
'------------> ивн ------------'

Полный бред?

Плюс к этому, о какой спектрограмме может идти речь, если пьез имеет совершенно уродскую изрезанную АЧХ?

Ну она же всегда одинаковая. Как вариант, один раз снял, потом вычитай из того, что получилось:) Даже и это не обязательно. Есть "эталон", есть "образец", прогнали оба на одной и той же установке, посмотрели где отличия. Но это к схемотехнике не относится.

Мне бы понять как собрать такую штуку, которая умеет с разной частотой и разным наряжением синусоиду или меандр создавать.

Термин "спектрограмма" никакого отношения к планируемому Вами эксперименту отношения не имеет.

Главное, что Вы меня поняли%)

[КРАМ]

Как вариант, один раз снял, потом вычитай из того, что получилось:) Даже и это не обязательно. Есть "эталон", есть "образец", прогнали оба на одной и той же установке, посмотрели где отличия.

Вы сначала полюбопытствуйте об АЧХ пьезоизлучателей...

Там изрезанность более 20 дБ. То есть в 10 раз по звуковому давлению.
И это в ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ ТРАКТЕ, где есть излучатель однородная и известная среда и измерительный микрофон.
А теперь Вы добавляете какие то другие среды.
Даже простое согласование через глицерин нагрузит излучатель и приемник самым причудливым образом. Просто двигая или изменяя усилие прижима, или перекашивая усилие прижима, Вы будете получать гуляющую по всему диапазону хаотичную гармошку на АЧХ.
Это все равно как согласовывать открытый волноводный тракт с помощью кусков проводника...
Для понимания. Согласовать холостой (или КЗ) тракт реактивными элементами невозможно в принципе. А у Вас примерно такой случай.
...

[Муркиз]

Собственно, а какие объекты предполагается зондировать ? Размеры, материалы, наличие воздушных полостей внутри ?

Чем, например, прибор УЗИ не годится для ваших объектов?

[Alex_under]

...

Вы говорите очень умные вещи! Спасибо Вам.
Будем работать исключительно на резонансной частоте.

Скажите, пожалуйста, а что ведущие собаководы рекомендуют использовать в качестве регулируемого источника высокого напряжения?

[Alex_under]

Чем, например, прибор УЗИ не годится для ваших объектов?

Я так полагаю тем, что его нет. Зато есть студенты%)
"Два солдата из стройбата заменяют экскаватор, а студетческий отряд заменяет весь стройбат"

[КРАМ]

Ведущие собаководы рекомендуют совершенно обыные способы.
И они зависят от того, какое конкретно напряжение имеется ввиду качать на пьез.
Если речь о напряжении до 30...50 вольт, то можно бестрансформаторный мост.
Если до 200...300, то трансформатор на выходе моста.
Если речь о напряжениях под киловольт и выше, то пьез нужно включать элементом последовательного колебательного контура.
И в любом случае накачивать синусоидой практически бессмысленно. Меандр имеет первой гармоникой ТРЕТЬЮ и далее только нечетные.
То есть даже низкодобротное согласование пьеза даст практически чистый синус.
Регулировать амплитуду можно питанием ключей раскачки, либо изменяя скважность входных сигналов полумостов так, чтобы на выходе оставалась нечетная функция (центральновзвешенный ШИМ).

[Муркиз]

Студент ныне уже не тот... В свое время был учебный прибор для изучения ультразвука, в частности резонансных явлений в пьезоэлементах. Представлял собой перестраиваемый ламповый генератор. Может, быть, где-то в физических лабораториях или школах сохранился.

[Alex_under]

Спасибо!!!

пьез нужно включать элементом последовательного колебательного контура.

Я правильно понял, что от идеи соорудить отдельно один источник повышенного напряжения и отдельно генераторы надо отказаться? Или я неправильно понял?

[сэм53]

Можно сделать высоковольтный источник постоянного тока. Излучатель возбуждать ударным способом -электронным ключем. Резонанс при этом он сам свой найдет.

[КРАМ]

Я правильно понял, что от идеи соорудить отдельно один источник повышенного напряжения и отдельно генераторы надо отказаться? Или я неправильно понял?

Неправильно.
Как раз использование импульсной накачки с фильтрацией до синуса посредством электрического подключения пьеза и его механического резонанса позволяет наиболее простым способом, изменяя ПИТАНИЕ КЛЮЧЕВОГО УСИЛИТЕЛЯ и/или ЭНЕРГИЮ ИМПУЛЬСОВ (ШИМ), получать разную амплитуду накачки.
Делать это с синусоидальным сигналом накачки - весьма громоздкое занятие и для ШИМ-синуса и, тем более, для линейного усилителя.

Резонанс при этом он сам свой найдет.

Не найдет. Потому что с точки зрения цепи возбуждения пьез имеет собственную большую емкость. И никакого отношения эта емкость к его МЕХАНИЧЕСКОМУ резонансу не имеет.

[сэм53]

НАЙДЕТ! Не путайте механический резонанс с электрическим. На частоте механического резонанса излучатель имеет активное сопротивление, а на частоте антирезонанса-емкостное (антирезонанс используется не для излучения, а для приема сигналов)

[КРАМ]

А с чего это электрический резонанс будет отличаться от механического?

Какова физика этого резонанса?
И куда девается собственная емкость обкладок?
Ведь механическая частота резонанса кристалла определяется механическими свойствами керамики (скоростью звука в ней) и размером керамики в направлении возбуждения продольной волны.
А емкость обкладок определяется диэлектрической проницаемостью, площадью и толщиной.
То есть общее тут только толщина...
ЗЫ. Нащщет "антирезонанса" помедленнее... Я записываю...

[сэм53]

А вы не записывайте, а почитайте в книге по гидроакустике, это не мое изобретение. В характеристике пьезокерамики есть еще такое понятие ,как коэффициент электромеханического преобразования. который определяет количество энергии, которая из электрической превращается в механическую. А про емкость, вообще просто, достаточно снять фазовую характеристику, как в любом контуре. Там и обнаружится 3 области: емкостная. активная и индуктивная.

[КРАМ]

Как в контуре образуется три области в районе резонанса известно из любого учебника электротехники. Только причем тут собственная емкость обкладок?
Я вам уже ТРЕТИЙ раз задаю один и тот же вопрос.
Площадь металлизации никак не влияет на частоту механического резонанса (ну практически не влияет). Зато очень сильно влияет на собственную емкость. Ну и расскажите где тут связь?