УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕР Российский патент 2000 года по МПК G01B17/02 

Предлагаемый ультразвуковой толщиномер относится к устройствам неразрушающего контроля и предназначен для измерения толщины объектов с существенно отличающимися свойствами распространения ультразвука, для контроля которых необходимо использование датчиков с различными рабочими частотами.

Известны аналогичные технические решения - см., например, техническое описание серийного ультразвукового прибора типа УД2-12, используемого в режиме измерения толщины, техническое описание к толщиномеру типа УТ93-П и т. д.

В толщиномере УТ93-П чувствительность канала усиления (точнее, порог дискриминации) регулируется вручную, поэтому для обеспечения максимально возможной чувствительности контроля при каждой смене датчика необходимо производить настройку прибора. Однако и после настройки по эталонным образцам трудно контролировать изделия с относительно большим затуханием ультразвука из-за слишком большой амплитуды сигналов в непосредственной близости от зондирующего импульса (например, обусловленных поверхностной волной), которые могут подавлять слабые сигналы, отраженные от задней стенки изделия. Еще одним недостатком этого устройства является высокая чувствительность к дефектам контактной поверхности раздельно-совмещенных ультразвуковых преобразователей, вследствие чего уже при небольших сколах внутренних граней протектора или незначительном износе звукоизолирующей прокладки из-за появления мешающих сигналов в ближней зоне приходится снижать общую и без того невысокую чувствительность прибора и контроль даже средних толщин становится затруднительным, что также объясняется излишней чувствительностью в ближней зоне у низкочастотных датчиков. В результате никакие объекты не контролируются этим толщиномером достаточно эффективно - при использовании высокочастотных датчиков чувствительность прибора недостаточна на малых толщинах из-за недостаточного усиления, а при использовании низкочастотных датчиков из-за чрезмерной чувствительности в ближней зоне порог дискриминации приходится повышать, в результате чего плохо контролируются изделия большой толщины или выполненные из материалов с сильным рассеянием ультразвука.

Наиболее близким к предлагаемому является ультразвуковой дефектоскоп УД2-12, работающий в режиме измерения толщины.

Это устройство содержит синхронизатор с тремя выходами, первый и второй из которых подключены соответственно к входу генератора зондирующего импульса и к первому входу измерителя временного интервала, и усилитель, подключенный выходом к второму входу измерителя временного интервала. Третий выход управления соединен с входом управления коэффициентом усиления усилителя, который выполнен таким образом, что по мере увеличения времени от момента генерации зондирующего импульса его коэффициент усиления возрастает.

Толщиномер такой структуры более эффективен, поскольку используемый алгоритм позволяет поддерживать чувствительность к сигналам, создаваемых изделиями разных толщин, примерно постоянной. Однако при постоянной зависимости коэффициента усиления от времени чувствительность будет постоянной только для преобразователей с одной рабочей частотой, например, среднечастотных. Для более высокочастотных преобразователей, эффективных на малых толщинах, такая характеристика является неоптимальной, так как она приводит к существенному снижению чувствительности в ближней зоне (т.е. на малых толщинах). При использовании более низкочастотных преобразователей, предназначенных для контроля больших толщин или изделий с большим затуханием ультразвука, зависимость усиления от времени, установленная для среднечастотных преобразователей, также не подходит, поскольку обеспечивает чрезмерную чувствительность при контроле средних толщин (5 - 15 мм), при этом сигналы, создаваемые поверхностной волной, могут подавлять относительно слабые сигналы от задней стенки изделия. При измерении толщины по осциллографическому экрану это не имеет существенного значения, так как оператор видит всю совокупность сигналов, но в толщиномерах с цифровой шкалой, где сигналы обнаруживаются по превышению уровня дискриминации, такой недостаток приводил бы к невозможности осуществления контроля. Поэтому для эффективной работы с каждым конкретным датчиком в рассматриваемом варианте толщиномера необходима индивидуальная настройка зависимости усиления от времени, что делает процесс контроля малоэффективным и неудобным.

Задачей настоящего изобретения является упрощение эксплуатации толщиномера при повышении эффективности контроля.

С этой целью в ультразвуковом толщиномере, содержащем синхронизатор с тремя выходами, первый и второй из которых подключены соответственно к входу генератора зондирующего импульса и к первому входу измерителя временного интервала, и усилитель, подключенный выходом к второму входу измерителя временного интервала, введен дополнительно фильтр ВЧ с регулируемой частотой среза, включенный последовательно с усилителем, вход управления фильтра ВЧ соединен с третьим выходом синхронизатора, причем частота среза фильтра ВЧ уменьшается с увеличением времени от момента генерации зондирующего импульса. Начальное значение частоты среза фильтра ВЧ выбирается равным рабочей частоте наиболее высокочастотного датчика, входящего в состав толщиномера.

Функциональная схема возможного варианта реализации ультразвукового толщиномера представлена на фиг. 1. Толщиномер содержит синхронизатор 1 с тремя выходами, генератор зондирующего импульса 2, цифровой измеритель временного интервала 3, усилитель 4 и фильтр ВЧ 5, вход управления которого соединен с одним из выходов синхронизатора 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода синхронизатора 1 запускает генератор зондирующего импульса 2. Генератор зондирующего импульса 2 возбуждает при помощи подключенного к толщиномеру датчика ультразвуковой импульс в объекте контроля, который отражается от его задней стенки, преобразуется приемной секцией датчика в электрический сигнал, поступающий на вход усилителя 4 через фильтр ВЧ 5. После усиления сигнал поступает на вход измерителя временных интервалов 3. Частота среза фильтра ВЧ 5 в момент генерации зондирующего импульса равна рабочей частоте самого высокочастотного датчика, входящего в комплект прибора. По мере увеличения интервала времени от момента генерации зондирующего импульса частота среза фильтра ВЧ 5 снижается, что обусловлено наличием связи между синхронизатором 1 и управляющим входом фильтра ВЧ 5. При этом чувствительность толщиномера с высокочастотными датчиками не зависит от времени и остается постоянной, вследствие чего и на малых, и на больших толщинах чувствительность прибора ограничивается только характеристиками самого ультразвукового преобразователя.

Для более низкочастотных датчиков коэффициент усиления в ближней зоне оказывается тем меньшим, чем ниже рабочая частота используемого преобразователя, при этом одинаковое усиление у более низкочастотных датчиков будет обеспечиваться позже во времени, что соответствует условиям контроля больших толщин. Благодаря использованию такого алгоритма чувствительность толщиномера поддерживается примерно постоянной во всем диапазоне контролируемых толщин, а каждый датчик оказывается наиболее эффективным на тех толщинах, для измерения которых он и предназначен, причем эффективность устройства практически не зависит от рабочей частоты используемого преобразователя. Кроме этого, существенно ослабляются помехи, обусловленные дефектами контактной поверхности ультразвуковых преобразователей.

Поскольку в предлагаемом толщиномере зависимость чувствительности от времени автоматически поддерживается примерно постоянной вне зависимости от используемого ультразвукового преобразователя, в его структуре нет регулировки чувствительности, что упрощает процесс контроля, поскольку нет необходимости в настройке толщиномера каждый раз при смене датчика, как это имеет место в прототипе.

Литература
1. Толщиномер ультразвуковой УТ-93П. Руководство по эксплуатации ЩС2.787.011РЭ.

2. Ультразвуковой дефектоскоп УД2-12. Руководство по эксплуатации ЩЮ2.068.136РЭ (прототип).

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и предназначено для измерения толщины объектов с существенно отличающимися свойствами распространения ультразвука, для контроля которых необходимо использование датчиков с различными рабочими частотами. Упрощение эксплуатации толщиномера при повышении эффективности контроля достигается за счет того, что ультразвуковой толщиномер содержит синхронизатор с тремя выходами, первый и второй из которых подключены соответственно к входу генератора зондирующего импульса и к первому входу измерителя временного интервала, усилитель, подключенный выходом к второму входу измерителя временного интервала. Введен дополнительно фильтр высоких частот с регулируемой частотой среза, включенный последовательно с усилителем, вход управления фильтра высоких частот соединен с третьим выходом синхронизатора. Частота среза фильтра высоких частот уменьшается с увеличением времени от момента генерации зондирующего импульса. Начальное значение частоты среза фильтра высоких частот выбирается равным рабочей частоте наиболее высокочастотного датчика, который может использоваться в комплекте с толщиномером. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Ультразвуковой толщиномер, содержащий синхронизатор с тремя выходами, первый и второй из которых подключены соответственно к входу генератора зондирующего импульса и к первому входу измерителя временного интервала, и усилитель, подключенный выходом к второму входу измерителя временного интервала, отличающийся тем, что в него введен дополнительно фильтр высоких частот с регулируемой частотой среза, включенный последовательно с усилителем, вход управления фильтра высоких частот соединен с третьим выходом синхронизатора, причем частота среза фильтра высоких частот уменьшается с увеличением времени от момента генерации зондирующего импульса. 2. Ультразвуковой толщиномер по п.1, отличающийся тем, что начальное значение частоты среза фильтра высоких частот выбирается равным рабочей частоте наиболее высокочастотного датчика, который может использоваться в комплекте с толщиномером.