УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХО-ИМПУЛЬСНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР Российский патент 1995 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и может быть использовано при ультразвуковом контроле изделий, например, проводящих покрытий в радиоэлектронике.

Известны ультразвуковые резонансные толщиномеры, основанные на возбуждении в контролируемом изделии вынужденных толщинных колебаний с изменяемой частотой [1]
Недостатками таких толщиномеров являются узкий диапазон контролируемых толщин, сложность конструкции устройств и их эксплуатации. Поэтому в настоящее время также толщиномеры вытеснены импульсными приборами, из которых наиболее распространены эхо-импульсные толщиномеры.

Известен ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер, включающий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, пьезоэлектрический преобразователь, подключенный к входу усилителя, выход которого соединен с одним входом временного селектора полезных сигналов, другой вход которого соединен с синхронизатором, а выход с нормализатором амплитуд указанных сигналов, связанным с измерителем временных интервалов, выход которого является выходом устройства [2] Этот толщиномер обеспечивает широкий диапазон измеряемых толщин изделий от 0,1 до 300 мм.

Недостатком данного толщиномера является невозможность измерения малых толщин материалов и изделий, например, покрытий в радиоэлектронной аппаратуре, имеющих толщины порядка мкм или десятков мкм. Этот недостаток обусловлен пределом разрешающей способности известного ультразвукового прибора, что принципиально не позволяет определять толщины, имеющие величину менее предела разрешения приборов (в известном устройстве 0,1 мм) и требует применения в этих случаях приборов, основанных на других физических принципах, например, магнитных, вихретоковых, рентгеновских. Отмеченный недостаток ограничивает круг решаемых задач и область применения известного ультразвукового толщиномера.

Цель изобретения расширение диапазона измеряемых толщин изделий в сторону меньших значений в сравнении с обеспечиваемыми в известном толщиномере.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что в состав известного ультразвукового эхо-импульсного толщиномера, включающего последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, пьезоэлектрический преобразователь, подключенный ко входу усилителя, выход которого соединен с одним входом временного селектора полезных сигналов, другой вход которого соединен с синхронизатором, а выход с нормализатором амплитуд указанных сигналов, связанным с измерителем временных интервалов, выход которого является выходом устройства, введены временной селектор начального полезного импульса и измеритель амплитуды последнего, причем один вход дополнительного селектора соединен либо с выходом усилителя, либо с выходом основного селектора полезных сигналов, а другой вход с синхронизатором, выход дополнительного селектора соединен со входом измерителя амплитуды, а выход последнего является вторым выходом устройства.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого ультразвукового эхо-импульсного толщиномера.

Толщиномер состоит из последовательно соединенных синхронизатора 1, генератора 2 зондирующих импульсов, совмещенного пьезопреобразователя 3, одновременно соединенного с входом усилителя 4, выход которого соединен с последовательной цепью, состоящей из временного селектора 5 полезных сигналов, нормализатора 6 амплитуд и измерителя 7 временных интервалов. Одновременно выход усилителя 4 соединен с последовательной цепью, состоящей из временного селектора 8 начального полезного эхоимпульса и измерителя 9 амплитуд эхоимпульсов. Кроме того синхронизатор 1 соединен со вторыми, управляющими входами основного селектора 5 и дополнительного селектора 8. Как вариант, хотя и менее предпочтительный ввиду возможного взаимовлияния, возможно подсоединение сигнального входа дополнительного селектора 8 не к выходу усилителя 4, а к выходу основного селектора 5.

Пьезопреобразователь 3 может быть не совмещенной, а раздельно-совмещенной конструкции. Это принципиально не влияет на состав и работу устройства, но обеспечивает уменьшение мертвой зоны.

Устройство имеет два выхода, выполняющих разные функции. Выход измерителя 7 временных интервалов является первым выходом толщиномера и предназначен для индикации результатов измерения "больших" толщин изделий, т.е. тех значений толщины, измерение которых обеспечивается известным толщиномером. Выход измерителя 9 амплитуд эхо-импульсов является вторым выходом устройства и предназначен для индикации результатов измерения "малых" толщин изделий, т.е. тех значений толщины, которые не могут быть измерены известным толщиномером, поскольку находятся вне пределов разрешения последнего.

Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер работает следующим образом.

Вначале пьезопреобразователь 3 вводят в акустический контакт с измеряемым изделием 10 по наружной поверхности 11 последнего. Синхронизатор 1 вырабатывает прямоугольные импульсы, которые запускают генератор 2 зондирующих импульсов, электрически возбуждающих пьезопреобразователь 3. Последний излучает в измеряемое изделие 10 ультразвуковые импульсы, которые достигают тыльной поверхности 12 изделия 10, отражаются от нее, возвращаются к пьезопреобразователю 3 и принимаются им. Далее преобразованные в электрическую форму полезные сигналы, соответствующие отражениям от наружной 11 и тыльной 12 поверхностей изделия 10, поступают на вход усилителя 4, после него на сигнальные входы основного 5 и дополнительного 8 временных селекторов, на управляющие входы которых поступают импульсы синхронизатора 1. Импульсы синхронизатора могут подаваться на входы селекторов либо через линии задержки (не показаны), либо без них. В последнем случае разные величины задержек обеспечиваются срабатыванием селекторов от переднего и заднего фронтов прямоугольных импульсов синхронизатора 1.

Временной селектор 5 выделяет следующие полезные эхо-импульсы: от наружной 11 и от тыльной 12 поверхностей изделия, т.е. соответственно начальный и конечный сигналы. Временной селектор 8 выделяет только начальный полезный импульс от поверхности 11 изделия. Отселектированные пары импульсов (начального и конечного) с выхода селектора 5 поступают на нормализатор 6 их амплитуд, а затем на вход измерителя 7 временных интервалов. Причем нормализованный начальный импульс формирует сигнал "старт" измерителя временных интервалов, а конечный импульс сигнал "стоп". Измеренный в измерителе 7 интервал времени между рассматриваемыми импульсами и служит мерой толщины измеряемого изделия 10, что индицируется на первом выходе устройства.

Отселектированные начальные импульсы после селектора 8 поступают на вход измерителя 9 их амплитуд. Амплитуда начального импульса служит мерой малой толщины материала, прилегающего к наружной поверхности 11 изделия 10 и отличающегося по акустическим свойствам от основного материала последнего, что индицируется на втором выходе устройства. Так если изделие 10 представляет собой радиоэлектронную плату с керамической подложкой, имеющей тыльную поверхность 12, и проводящим покрытием, имеющим наружную поверхность 11, то между покрытием и подложкой возникнет дополнительная граница (показана пунктиром), представляющая собой границу между акустически разнородными материалами. При малой толщине покрытия, находящейся вне пределов разрешения прибора, отраженный от нее сигнал приведет к изменению амплитуды начального полезного импульса. Это не отразится на показаниях с выхода измерителя 7 временных интервалов, так как амплитуды соответствующих импульсов нормализуются в нормализаторе 6, однако обязательно будет зарегистрировано на выходе измерителя 8 9 амплитуд начальных импульсов. Применяя традиционные методы калибровки амплитуд, на втором выходе прибора можно зарегистрировать показания измеряемой толщины, например, в мкм.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и может быть использовано при ультразвуковом контроле изделий, например проводящих покрытий в радиоэлектронике. Техническая задача - расширение диапазона измерений. Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер включает последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, пьезоэлектрический преобразователь, подключенный к входу усилителя, выход которого соединен с одним входом временного селектора полезных сигналов, другой вход которого соединен с синхронизатором, а выход - с нормализатором амплитуд указанных сигналов, управляющим работой измерителя временных интервалов, выход которого является первым выходом устройства. В состав толщиномера также входят дополнительный временный селектор полезных сигналов и измеритель их амплитуд, причем один вход дополнительного селектора соединен либо с выходом усилителя, либо с выходом основного селектора, а другой вход - с синхронизатором, выход дополнительного селектора соединен с входом измерителя амплитуд, а выход последнего является вторым выходом устройства. 1 ил.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХО-ИМПУЛЬСНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, пьезоэлектрический преобразователь, усилитель, временной селектор полезных сигналов, нормализатор амплитуд и измеритель временных интервалов, а второй вход временного селектора связан с выходом синхронизатора, отличающийся тем, что он снабжен временным селектором начального полезного импульса и подключенным к нему измерителем амплитуды, первый вход временного селектора начального полезного импульса соединен с выходом синхронизатора, а второй вход с выходом усилителя или с выходом временного селектора полезных сигналов.