Доброго времени суток всем!

Есть пьезокерамика (ПК). Необходимо "излучить" 1-2 периода зондирующего импульса.
Резонансная частота 1-2 Мгц. Напряжение 100-250 В.
Механически (акустически) преобразователь задемпфирован. Но получит с него короткий импульс не удается. Минимум 4-6 периодов. А это очень много.
Ведь в дефектоскопах и толщиномерах достигается короткий импульс, но как... не пойму.

Сейчас делаю просто: источник высоко напряжения - полевик - пьезокерамика с параллельным резистором. Преобразователь совмещенный, т.е. он же приёмник. Т.е. одна точка ПК к земле нужно для усилка.
Проблемы две: 1) собственные колебания керамики в диапазоне частот 300-700 кГц. 2) длинный "хвост" (после возбуждения) (15-50 мкс) 3) сам зондирующий импульс длинный.

Возможно конечно не достаточно хорошо демпфирован сам преобразователь... но как узнать что именно.
Кто сталкивался? Как правильно возбуждать ПК?

Заранее большое спасибо!

важна скорость нарастания импульса и сама форма.

Если собственные кол. керамики 300...700КГц - мегагерцов ни как не получишь, при демпфировании
частота будет только снижаться.
Каковы геометрические параметры керамики?
Для чего все это?
Может использовать фазовый метод?

Скорость нарастания то не плохая. Порядка 50 нс. Но это при нагрузке чисто резестивной. Как только керамику подключаешь - всё... утягивает, растягивает...

Керамика разная есть, например 1,1 Мгц 2мм х 18 мм ЦТС-19 (емкость ~ 4нФ).
Всё это для толщинометрии и дефектоскопии.
А фазовый метод как я понимаю заключается в том, что возбуждаем импульсом одним периодом с частотой собственной керамики? хз конечно...
Видел схемы где индуктивность ставят в паралель. Но это для раздельно-совмещенных.

А как можно получить на емкостной нагрузке прямоугольный импульс фронтом 500 нс, и спадом не боле 1-2 мкс?

Возможно конечно всё дело в самой керамики. Может кто знает какую керамику используют?

Лучше, наверное, использовать двуполярный источник,
подавать сначала один-два периода излучаемого импульса с резонансной частотой,
а затем один-два периода в противофазе для демпфирования.

я вот тоже в этом направлении думал. или даже на время демпфирования включать глубокую ООС

Тут главное первый период. А к моменту приема излучатель-приемник уже должен затухнуть.
Нужно принудительно его "успокаивать"

Ну этож емкостная нагрузка

Ну уж подавить можно слегка ненужное
длинный. Рубить нужно

Это самый тяжелый момент. Без знания области применения, и множества практических применений- сколько людей столько мнений.
Только обливаясь потом и последовательным приближением

В том то и дело, что возбуждают прямоуголным испульсом, в пол периода. И всё. Никаких доработок не делают.

Пробывал демпфировать сигнал (коротить вторым ключом керамику на очень маленькое сопротивление) после окончания возбуждающего импульса, не помогло. Как только "отпускаешь", "хвосты", естесно с маленькой амплитудой остаются. Проблема в том, что "хвосты" достаточно соизмеримы как по уровню так и по частоте. + частотный спектр отраженки охота исследовать. А он может содержать широкий спектр.
Интересно конечно подглядеть из готовых приборов. Как они енто делают.

сомнительно... как можно мгновенно остановить какой-то движущийся предмет? только если приложить некоторую противодействующую силу
скажем, какие-бы ни были у автомобиля тормоза, но тормозной путь все-равно будет, а вот если лоб в лоб... )))

что можно попробовать... возбудить резонатор импульсом в четверть периода собственной частоты, а через полпериода (получится в противофазе) подать еще один импульс той же полярности длительностью в четверть периода (или даже меньше, зависит от добротности резонатора)

Это на генераторе прямоугольный и по напряжению. В реальности емкостная нагрузка из прямоугольника получится пшик, если по напряжению. По току то и останется прямоугльник более правильной формы
Хотя это песня, возбудить ультразвуковой фронт, и оборвать так, чтоб в идеале керамика не шевелилась

Владимир, я помню, что Вы занимаетесь УЗ-расходометрами и собаку на этом деле съели... но если можно возбудить, то можно и оборвать, может и не за один период, а за 2-3... кстати возбудить за один период до номинальной амплитуды тоже вряд-ли получится

Что значит до наминальной? оно там долго падает. Если говорить до порога чуствительности в режиме приема, а точней на порядок два ниже этой величины-- пройдет много более чем 2-3 периода. Этож стукнуть по штангенциргулю кувалдой и тут же начать измерять

На счет собаки -- не ем я их. Ну пуд соли может быть

в общем пробовать надо автору... направление экспериментов - как сказал alexkok, только двуполярный источник наверное не нужен, ну и "обливаясь потом", как Вы сказали
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

to Владимир:
Как достигается вот такой (как на рисунке 1) сигнал отраженки(в середине экрана)? (фото не моё, парметры не известны, только известна частота 1,8 МГц и напряжение 200 В длительностью пол периода)
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Рисунок 1
Как я понимаю тут 3 основных фактора: 1) сама керамика 2) её акустическое демпфирование 3) возбуждение.

Вот что получается у меня (другой преобразователь), на рисунке 2. (для 1 МГц датчика, напряжение 30 В примерно):
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Рисунок 2

Мой датчик задемпфирован тока с одной стороны.

Пробывать уже практически нечего, варианты с возбуждением перепробывал уже много.
Многое конечно от ключей еще зависит... но на 200 В найти с маленьким временем открытия (для полевиков емкостью входной и выходной) трудновато. Использую IRF640.

Вы правы Все три фактора. + лет 5-10 работы в теме и будет как на первой картинке, или лучше

Тотже транзистор, но кроме него еще есть куча, и не только транзистор, а и времянка с их управлениями.
В целом добивайтесь отношения сигнал помеха 300-500



Ну это уж слишком. По возбуждению в пару периодов надобы. Это когда по воздуху том долго все трясется. Тут дефектоскопия значит металл

to Владимир: Как топором по башке. У меня нет 5-10 лет. У меня максимум 3-5 месяцев.
Знаю еще катушку в паралель ставят, но там раздельносовмещенный преобразователь.
А Вы не поделитесь общей концепцией?
Я понимаю что многое либо секретно, либо труд целого коллектива в течении 5-10 лет. Поэтому и не прошу выкладывать все на тарелочке, а тока принципы!
Т.е. керамика, демпфер, схема. Требования и т.д.

Заранее огромное спасибо!

Любая катушка это звон. Если они нужны, но нужно их отключать, дабы не накладывался и их звон. Либо  их звон быстро затухает. Там можно много контуров получить, что звенят. А нужно лишнее отсеять, а нужное выделить. Да чего уж говорить. и так это понятно

провел эксперимент с сенсорами МА40 (40кГц), ничем не демпфировал, передатчик подключил прямо к портам контроллера. желтый луч - возбуждение передатчика, красный - усиленный сигнал приемника, возбуждение в четверть периода с частотой, кратной резонансной. видно, что пара передатчик-приеник просто генерят на своей частоте, практически без затухания:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
затем сделал два импульса возбуждения в четверть периода с периодом 25мкс и один импульс в четверть периода через 37мкс (чтобы в противофазу попасть). видно, что сенсоры резонируют еще около 3-х периодов, а затем идет сильное затухание:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

ну тут на полтора порядка частота ниже. Они действительно так разгоняются.
Второй момент у топистартера передатчик и приемник на одной керамике.
В этом случае В высокочастотной области добротность можно низкую сделать, а во вторых после первого же импульса "давить" керамику до самой зоны приема нужно.
Но и это еще цветочки. Все еще поплывет от температуры

А чем давить керамику?
И шо пьезокерамика сильно плывёт от температуры?

да плывет это ж титанат бария...

А "плавание" в чём заключается?
И воопче, кто нить подскажет как и в каком направлении двигаться?
Я ж не прошу секреты выдавать, мне основ достаточно.
Литература "молчит" по этому поводу...

Да какие секреты.
1. генератор импульса. если только ключ от постоянки. то все равно хватает паразитных индуктивностей. Если формирователь содержит индуктивность-- то ее тоже сразу не остановишь. значит надо отключать, а подводящие цепи на землю коротить, а высокие уровни в зоне где не нужны отсекать
А если он сложный с подавлением генерации-черт голову на этих временах и уровнях сломает. лучше не браться .
2. Датчик кроме самой керамики еще и механический резонатор имеет. Там мороки еще больше. развязывать , считать и пробовать
Приемник должен быть зашунтрован и отпускать его только в зоне приема. Тут при "отпуске" его тоже зашкалить может возни может быть много
3. ну само собой усилитель с полосой чтоб паразит не пролазил, на и время не потерять.

В общем все зависит от конкретной задачи. Может и в страшилки играю. Но если диапазон требуется широкий а еще сторонняя помеха лезет вылизывать тщательно нужно.
Но если пробовать может и просто получится

Скажите Владимир, а ЦТС19 подойдёт?
+ как депфировать преобразователь? С одной или с обоих сторон?
Мы сейчас с одной стороны демпфируем эпоксидкой с порошком вольфрама. Другая сторона и боковушки открыты. В самом устройстве уже конечно заливаем тонким слоем эпоксидки, но очень тонким максимум 1-2 мм.
Электрически как демпфировать? просто каратить на землю?

Задача то простая. Через столб жидкости измерить толщину стенки железа. Всё.

В свое время(давно) для УЗ расходомера делали так:
- керамика 1мм, D=10мм, F=1МГц клеили на металлическую призму, саму керамику подпирали
демпфирующим материалом(типа резины)
- запитывалась керамика от двухтактного + -30 вольтового стробируемого формирователя
- на вход формирователя подавали 1МГц радиоимпульс с привязанной фазой к началу,
длительность не помню, но несколько периодов
- после окончания радиоимпульса на вых некоторое время (на время хвоста) держался 0,
типа электрич. демпфирование
затем формирователь переводился в третье состояние и строб на разрешение работы приемника.

А импульс какой длительности (периодов) получался?

Это случайно не ультразвуковой расходомер "Взлет"?

Какой высоты столб? Какой диапазон толщины стенки.
О форма стенки? А вы уверены что будет отражение от второй стенки металла?
А контакт датчика прямо с жидкостью и ли тоже через стенку металлическую?

Пока у Вас больше вопросов. А вы хотите ответы иметь.
Тут на каждой мелочи затык получить можно.
Кстати а тип жидкости?
А стенка металлический ненороком мо металлу до датчика не доходит?
Если доходит получите еще большую проблему

хотя бы в емкости и соосно в резонансе но так как они задемпфированны значит в емкости, кпд, и тд...

Нет, наш в серию не пошел, слишком дорогой получился, хотя точности
были приличные (да и перестройка, развал помешал).

А длительность (не помню) , в принципе можно прикинуть
150_я труба, датчики под 45 градусов, один на передачу, другой на прием, потом наоборот,
т.е. работали не сотраженным сигналом.

В вашем случае через слой жидкости определить толщину металла-
задача не из легких.
Толщина жидкости и металла???

- на вход формирователя подавали 1МГц радиоимпульс с привязанной фазой к началу,
длительность не помню, но несколько периодов
- после окончания радиоимпульса на вых некоторое время (на время хвоста) держался 0,
типа электрич. демпфирование
затем формирователь переводился в третье состояние и строб на разрешение работы приемника.
[/quote]

Может попробовать схему, которую используют в обычном контуре? Подают мощный резонансный радиоимпульс , Параллельно контуру включена пассивная схема гашения звона - встречно-параллельные диоды Шоттки и последовательный резистор. Резистор определяет время звона после окончания радиоимпульса и необходимую мощность радиоимпульса. Тогда амплитуда колебаний в радиоимпульсе постоянна. Выключаем радиоимпульс. Клебания быстро спадают из-за высоких потерь (резистор). После того , как звон упадет до 0,3В Диоды закрываются и дальнейший звон на входе приемника гасят активным образом , ключом , причем задний фронт, закрывающий ключ имеет экспоненциальнуый спад, чтобы не вызвать повторного звона . Радиоимпульс в противофазе - тоже хорошо. Хотя для видеоимпульса -эта схема - не очень

что значит "в противофазе"? в смысле двуполярный? и какая схема "не очень"?

Система такая: скважинный прибор идет в трубе (диамтры от 100 до 245, и даже 300 бывает; толщина от 6 до 16 мм), центрирован, и вращающаяся головка сканирует трубу. За трубой цемент шириной до 15 см или вода, или даже газ, или просто парода. Контакт может быть, а может и не быть.
Растояние от преобразователя до стенки от 20-50 мм(толщина жидкости, читай). Но это дела коструктивные. И "плясать" будем от требований, а не от конструкции.
Жидкость в основном вода, возможны взвеси и примеси. Плотность до 1,2. Возможно присутствие растворенного газа.
Я прекрсно понимаю, что условия скважины для УЗ контроля не идеальные, но всё это учитывается, и заказчик это прекрасно понимает.
Мне необходимо "выжать" по максимуму.
Вот Вы Владимир говорите уверен ли я что будет отражение от противоположной стенки, так если 2-ая отраженка "наложится" на 1-ую отраженку то как тут определить??? А почему накладывается? потому что импульс зондирующий длинный. При 3-6 периодах, к концу хвоста придет отраженка, если она пройдет толщину в 30-40 мм стали.

Тем более я пообщался с одним специалистом, он сказал что надо пробывать, вполне может получиться, и поможет только короткий зонд. импульс.

То есть вам нужен скважинный ультразвукавой круговой сканер (телевизор
Это проще с той стороны, что наплевать, если когда и не придет. На следующем кругу придет. И Оценка качественная. Какая тут метрология. Да иможно не совмещать излучатель и приемник. Это еще больше упростит. Да и главное меряете что получтся (время и амплитуду отраженки) а геофизики сами расшифровывать будут

Ага, телевизор!
Да тока надо совершенствовать имеющуюся аппаратуру. И начал именно с преобразователей.
По поводу преобразовтеля, Вы предлогаете раздельно-совмещенный чтоли? У него ведь фокусировка есть. Или я не прав? А у нас растояние меняться может в процессе каротажа, пусть не намного но всякое может быть.
По поводу "расшифровки", так и это входит в мои задачи. Так сказать инфу обрабатывать тоже нужно. Поди КИПовцам объясни чё почём.

Измерение толщины стенки это тока одна задача, дальше контакт с породой/цементом (низкочастотным), и т.д. Говорю же, по максимуму выжать из УЗК.

Видел теливизор, и результаты его обработки.
Вещи конечно интересная, но окстись за три месяца.
А по поводу сложности.--- Да там любая информация полезна. Лишь бы цепляло и можно было с чемто сопоставить В этом смысле все пойдет. Ну лучше когда лучше

Короткие импульсы делать не доводилось - но с керамикой работал.
Электрически демпфировать её сложно - проблема в низком коэффициенте электромеханической связи - типично Е33 - 0.3 - любая масса на керамике только уменьшает его - соответственно 5-6 периодов которые Вы наблюдаете это механические колебания. В противофазе можно задавить только одну какую-то частоту - у керамики много взяких резонансев и хотя они так сказать кратные, но не совсем из за влияния ёмкости и различных свойств керамики на разных частотах.
Конечно демпфирующий импульс не помешает, но основное внимание нужно уделить механике - стараться получить минимальную задемпфированную массу.
Есть ещё керамика с увеличенным Е33 порядка 0.6. Её конечно электрически демпфировать будет проще.

Оно где-то так. Хотя что считать за период.
Добивались получать максимум на приемнике на втором-третьем пике. Для таких задач это более чем достаточно

наверное так оно и есть. я попробовал подать второй демпфирующий импульс, а получил еще еще большее время затухания... в общем, в лоб как всегда не получается

Механические колебания самой керамики? или демпфера? что-то я запутался...
Как это масса мешает? Ведь как я понимаю, основная задача демпфера, это высокое акустическое сопротивление, которое выше или равно самой керамики.
Или я не прав??? По какому принципу выбирать и демпфировать керамику?

Включать в противофазе можно, но так тяжело подобрать время "включения" и удержания, что... гемор короче...

Колебания керамики вместе с демпфером. Конструкция демпфера должна быть симметричной, чтоб не возникали крутильные и прочие колебания.

Представте себе два связанных колебательных контура с коэффициентом индуктивной связи 0.3 (как трансформатор). Явно , что даже если закоротить первичную обмотку - то вторичная будет совершать колебания. При Е33 0.3 это будет грубо говря 3 колебания. Если увеличить массу, запасённая механическая энергия увеличится, а энергия запасённая в элекрическом поле керамики останется неизменной, что и приводит к уменьшению электромеханической связи. Это касается электрического демпфирования. Понятно , что таким образом короткого импульсa не получить.
Остаётся ещё механическое демпфирование - это должен быть плотный низкодобротный материал. На практике занимался обратной задачей - получения минимальных потерь, но по ощущениям, материал должен быть с плотностью как у керамики (3.5г\см3). Керамику нужно выбирать по максимальному E33.

P.S Насколько я понял керамика сейчас запитана от источника тока .
Попробуйте поставить повторитель на полевичке - т.е источник напряжения - будет ли разница?

Нашел у себя в закромах пару книг по этой тематике, выложу после выходных.
Суть в том, что короткий однополярный импульс получить можно, но нужна на порядок более широкополосная керамика.

Дмаю, что в этом и загвоздка. Полагаю, что надо работать как можно ниже резонанса керамики, или брать керамику с резонансом много выше частоты возбуждения - в 3-5 раз, как минимум, и при этом сглаживать фронты возбуждения относительно длинного импульса по cos в квадрате или что-то близко чтобы избежать серьезного звона. Звон будет все равно на резонансах, ну его уже можно будет отфильтровать на преме, так как частоты сигнала много ниже.

Намного ниже резонанса называется актуатор. Если взять очень маленькую керамику, сомнительно, что она способна отдать какую-то вменяемую мощность. Намного выше резонансов не реально, поскольку вся мощность уйдёт в ёмкость керамики , а выходной импульс будет очень слабым и всё равно на частотах близких к резонансным - это как ударное возбуждение контура.
Есть две идеи
1. удар, т.е имеется какой-то хитрый зазор, позволяющий выделить наибольшую амплитуду из пакета колебаний.
2. много-много отдельных маленьких излучателей

А можно ли для выделения основного импульса шунтануть керамику после основного импульса электрически, чтобы не возиться с мех демпфированием? И пусть себе затухают мех колебания, шунт подавит сигнал.

Топикстартеру нужно мерять толщину трубы от 6мм, а это около 2мкс задержки.

Нет. Источник напряжения, и полевичёк (как верхний ключ) коммутирует напряжение.

to alexkok: Очень буду благодарен! В книгах многое подчерпнул.

to Myron: Я работаю с керамикой ЦТС-19, и ей чесно говоря "пофигу" каким импульсом возбуждать (в смысле амплитуда). Если увеличивать например от 200нс до 2-3 мкс, то получаешь всего лишь изменение ёмкости. Но как она генерирует резонансную, так и генерит (резонансную можно подсчитать: f=скорость в керамике/толщина). Другое дело импульс возбуждения получается незнай какой искаженный (за счёт керамики). Возможно конечно схема возбуждения не идеальна. Незнай даже...

Про шунтирование уже писал. Ожидал хорошего эфекта. А получилось максимум 10%.

По поводу частоты зондирующего импульса: как заметил alexkok, время на это дело нужно ~2 мкс. По моим расчётам при дине импульса 2 периода, это где-то 1,5-2 Мгц как минимум. Это еще чтоб их можно было по времени легче распознать.

Короче не понятно где загвостка. Не знай в схеме возбуждения, незнай в датчике. Одно точно понятно: идёт речь о маленьких уровнях напряжения. Если бы отражёнка была очень сильной, было бы пофигу на эти хвосты.

Посмотрел Sonox503 от Ceramtec и ЦТС-19 - больших различий не нашёл - видимо дело не в керамике.

Не получится. Излучатель он же приемник. Электрически зашунтировали-механика дрожит. Пришло время приема--- шунт надо снимать--- механика дрожит, ловим дрожь

Это так. Но до трубы тоже есть дистанция. Это облегчает

И тут и там, и везде

О! Ну для начало очень даже неплохо. Еще разочка 2 да в 2-3 местах - смотришь и порядочек найден в отношении сигнал/помеха

Да для этих задач может быть пока без разницы. Это вылезет в скважине. А России в них бывают высокие температуры.
Эта поплывет выше 140. У нас уже на 90 поплыла. Но это в средстве измерения.
Тут качественный измерения это пройдет, но выше 140 пшик по идее получится

Понятно. Имеет смысл, видимо объясняется тем, что многое цельнотянуто было.