Ультразвуковой толщиномер (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК G01B17/02 

1 ; Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может использоваться для автоматизированного контроля размеров изделий, преимущественно толщины, в процессе их обработ;ки или транспортировки на конвейере. Известен ультразвуковой толщиномер, содержащий два основных эхо-локационных канала, располагаемых по обе стороны контролируемого изделия, кажды из которых включает импульсный генератор, подключенные к одному его выходу ультразвуковой преобразователь и усилитель, .а к выходу усилителя - вход селек тора,причем выхоп селектора первого канал поаключен к управляющему вкоау импульсного ген.ератора второго канала, дополнительный эхо-локационный канал, включаю щий установленные в одной плоскости с основньпии ультрозвуковыми преобразователями рефлектор и ультразвуковой преоб разователь, усилитель-селектор, выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора первого канала, а входом - к выходу того же генератора, и последовательно соединенные времяизмерительный блок и регистратор. Один вход времяизмеригельного блока подключен к выходу селектора второго кана ла Ll. Недостатком известного тояшиномера является то, что при отсутствии изделия или наличии в нем сквозных отверстий зондирующие импульсы первого канала принимаются ультразвуковым преобразователем второго канала и поступают на вход времяизмеригельного блока в качестве ложного сигнала. Кроме того, это приводит к перегрузке генератора. Точность измерения в «звестном толщиномере снижена также за счет сравнительно невысокой крутизны переднего фронта импульсов, поступающих на один из входов времяизмерительного блока с дополнительного преобразователя. Цель изобретения - повышение точности измерений и устранение перегрузки генератора второго канала при отсутствии .контролируемого изделия. Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой толщиномер, содержащий два основных эхо-локационных канала, располагаемых по обе стороны от контролируемого изделия, каждый из кото рых включает импульсный генератор, подключенные к одному его выходу ультразв ковой преобразователь и усилитель, а к выходу усилителя - вход селектора, причем выход селектора первого канала подключен к отравляющему входу импульсног генератора второго канала, дополнитель ный эхо-локационный канал, включающий установленные в- одной плоскости с основ ными ультразвуковыми преобразователями рефлектор и ультразвуковой преобразователь, усилитель-селектор, выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора первого канала, а входом к выходу этого же генератора, и последовательно соединенные времяизмерительный блок и регистратор, а один вход времяизмерительного блока подключен к выходу селектора второго канала,снабжен блоком задержки и триггером с раздельным запуском в каждом основном канале, один вход триггера первого канала подключен к выходу блока задержки того же канала, его-второй вход - к выходу усилителя второго канала, вход блока задержки первого канала подключен к третьему выходу генератора первого канала, с Которым соединен также вход триггера второго канала, второй вход триггера второго канала подключен к бло ку задержз и второго канала, входом подключенного к выходу генератора второго канала, выходы триггеров обоих каналов подключены к управляющим входам селекторов соответствующих каналов, а второй вход времяизмерительного блока подключен к третьему выходу генератора первого канала. Кроме того, согласно второму варианту толщштомер снабжен ключом, включенньшг между вьпсодом усилителя-селектора первого канала и выходом импульсного генератора второго канала, блоком задержки и триггером с раздельным запуском, вход блока задержки подключен к выходу импульсного генератора второго канала, а его выход - к одному из входов триггера, второй вход которого подключен к второму выходу усилителя-селектора донолнительного канала,к которо рому также подсоединены управл5пощий вход ключа и второй вход времяизмери тельного блока, а выход триггера подключен к управляющему входу усилителя-селектора второго канала. Кроме того, согласно третьему варианту он снабжен включенным между выходом усилителя-селектора первого канала и управляющим входом импульсного генератора второго канала ключом, управляющий вход которого подсоединен к второму выходу усилителя-селектора дополнительного канала, с которым также соединен второй вход времяизмерительного бло|ка, двумя: блоками задержки и триггером с разделительным запуском в каждом основном канале, входы первых блоков задержки в каждом канале подключены к вторым выходам соответствующих импульсных генераторов, а входы вторых блоков задержки - к выходам соответствующих усилителей-селекторов, выходы блоков задержки в каждом канале подключены к входам соответствзтощих триггеров, а выходы последних - к входам усилителейселекторов. На фиг. 1 изображена структурная схема ультразвукового толщиномера, первый вариант} на фиг. 2 - то же, второй вариант; на фиг. 3 - то же, третий вариант. По первому варианту ультразвуковой толщиномер содержит первый эхо-локационный канал, включающий импульсный генератор 1, подключенный к одному его выходу ультразвуковой преобразователь 2 и усилитель 3, к. выходу которого подключен вход селектора 4. Второй эхо-локационный канал включает импульсный генератор 5, подключенный к одному его выходу ультразвуковой преобразователь 6 и усилитель 7, к выходу которого подключен вход селектора 8. , Дополнительный эхо-локационный канал включает установленные в одной плоскости с основными у71Ь гразвуковыми преобразователями 2 и 6 рефлектор 9 и ультразвуковой преобразователь Юн усилительселектор 11, выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора 1 первого канала, а входом - к первому выходу этого же генератора I. Времяизмерительный блок 12 двумя своими входами подключен к третьему выходу генератора I первого канала и выходу селектора 8 второго канала. Выход времяизмерительного блока 12 соединен с входом регистратора 13. К третьему выходу генератора 1 подключен входом блок 14 задержки, выходом соединенный с входом триггера 5гОО283 15 с раздельным запуском, второй вход которого соединен с вьиходом усилителя 7 второго канала. Выход генератора 5 второго канала через блок 16 задержки соединен с одним входом тригге-$ ра 17, другой его вход подключен к третьему выходу импульсного генератора 1, выход триггера 17 второго канала подключен к управляющему входу селектора 8 второго канала, а выход триггера 15 пер-О вого канала подсоединен к управляющему входу селектора 4 первого канала. Ультразвуковые преобразователи 2 и 6 в процессе работы лоцируют контролируемое изделие 18. По второму варианту толщиномер содержит первый эхо-локационный канал, включающий импульсный генератор 1, к одному выходу которого подключены ультразвуковой преобразователь 2 и уси- 20 литель-селектор 3, второй эхо-локацион ный канал, включающий импульсный ге.нератор 5, к одному выходу которого подключены ультразвуковой преобразователь 6 и усилитель-селектор 7. Дополни-35 тельный эхо-локационный канал образуют установленные в одной плоскости с основ ными преобразователями 2 и 6 рефлектор 9 и ультразвуковой преобразова - тель Ю, К преобразователю 10 подключен выход генератора I первого канала и вход . усилителя-селектора 11, соединенный первым выходом с управляющим входом этого же генератора 1. Второй выход усилителя-селектора 11 дополнительного канала соединен с входом времяизмерительного блока 12, к которому подсоединен р-егистратор 13. Выход усилителя-селектора 3 первого канала через ключ 19 соединен с управля ющим входом импульсного генератора 5 второго-канала. Вгхэрой выход генератора 5 соединен через блок 16 задержки с одним из выходов триггера 17 с раздельным запуском, а его второй вход соединен с выходом усилителя-селектора 11 дополнитель ного канала. Своим выходом .триггер 17 подключен к управляющему входу усилителя-селектора 7-8 второго канала. Второй вход ври яизмерительного блока 12 соединен с выходом усилителя-селектора 7-8 второго канала. По третьему варианту толщ1шомер содержит первый эхо-локационный канал, включающий импульсный генератор 1, к одному входу которого подключен ультразвуковой преобразователь 2 и усилитель155д селектор 3-4. Второй эхо-локационный канал содержит импульсный генератор 5, к выходу которого подсоединен ультразвуковой преобразователь 6 и усилительселектор 7-8, Дополнительный эхо-локационный канаЛ образуют установленные в одной плоскости с основными преобразователями 2 и 6 рефлектор 9 и ультразвуковой преобразователь 10. Соединенньй с преобразователем Ю выход генератора 1 первого канала через усилитель-селектор 11 соединен с управляющим входом этого же генератора 1. Второй выход усилителя-селектора 11 соединен с одним входом времяизмеригельного блока 12, к выходу ко.торого подключен регистратор 13. Выход усилителя-селектора 3-4 перво- го канала через ключ 19 соединен с управляющим входом импульсного генера pg 5 второго канала, второй выход которого подключен через блок 16 задержки к одному из входов триггера 17 с раз-дельным запуском. Второй вход триггера 17 через блок 20 задержки подключен к выходу усилителя-селектора 7-8 второго канала и второму входу времяизмерительного блока 12, Выход триггера 17 подключен к управляющему входу усилителя-селектора 7-8, К второму выходу усилителя-селектора 11 подключен управляющий вход ключа 19. Третий выход генератора I первого канала через блок 21 задержки соединен с одним входом триггера 22, второй вход которого через блок 23 задержки соединен с выходом усилителя-селектора 3-4 первого канала. Выход триггера 22 соединен с вторым входом усилителя-селектора 3-4 первого канала. По первому варианту работает толщиномер следуюш11М образом. Генератор 1 возбуждает дополнительный преобразователь 10, осущесгвляю- щий эхо-локацию рефлектора 9. Эхоимпульс усиливается усилителем 11 и поступает на упраьляюшнй вход генератора 1. В результате, в дополнительном эхолокационном канале формируется синхропоследонательноегь импульсов, период следования которых определяется акустической базой U и скоростью звука. Импупьса и1 генератора 1 возбуждав г также преобразователь 2, осуществляющий эхо-локашпо изделия 18. Эхо-импульс от изделия 18 усиливается усилием 3 и форм1фуется для подачи на селектор 4, 710 который служит для временной селекции эхо-импульса от зондирующего импульса. . Импульсом генератора I, задержанным в блоке 14 задержки на время, превышаюшее длительность зондирующего им- пульса, триггер 15 перебрасывается всое ,соответсгвующее отпиранию селектора 4, который в результате пропускает на выхоп .только эхо-импульс от изделия 18. Этим сигналом возбуждается генератор 5, формирующий зондирующий импульс преобразователя 6. Зондирующим импульсом, прошедшим через усилитель 7, триггер 15 перебрасывается г в состо яние, соответствующее запиранию селектора 4. Запирание селектора 4 вскоре после приема преобразователем 2 первого эхо-импульса облегчает в первом канале селекцию импульсов многократного отражения, которые вплоть до начала сле дующего цикла не проходят через селекТриггер 17 второго канала импульсом генератора I установлен в состояние, соответствующее запиранию селектора 8. Импульс с генератора 5, задержанный в блоке 16, перебрасывает его в состоя.ние, вызывающее открывание селектора 8 Время задержки сигнала в блоке 16 задержки несколько больше длительности .гмпульса генератора 5. Эхо-импульс с выхода селектора 8 и следующий за ним выходной импульс генератора 1 поступают на времяизмеритель ный блок 12. Крутизна переднего фронта импульса на третьем выходе генератора .1 не нагруженном преобразователями 2 и 10, значительно выше. В блоке 12 определяется отношение временных интервалов между входнык ги импульсами к пери.оду их следования, равному периоду синхронопоследовательное ти. Поступающий на регистратор 13 выходной сигнал блока 12 прямо пропорционален толщине изделия 18 и не зависит от скорости звука в окружающей изделие 1 среде. При отсутствии изделия 18 в зоне контроля преобразователь 6 принимает зондирующий импульс преобразователя 2. Этот импульс усиливается и формируется усилием 7, после чего поступает на триггер 15, устанавливая его в состояние, соответствующее запиранию селекточ ра 4. Поэтому отраженный от поверхности преобразователя 6 эхо-импульс после приема преобразователем 2 не проходит 358 через запертый селектор 4 на возбуждение генератмэра 5. Тем самым исключается вхождение второго эхо-локационного канала в режиме синхрокольца и сопутствующая ему перегрузка генератора 5, Кроме того, вследствие отсутствия на входе триггера 17 импульсов с генератора 5 селектор 8 постоянно заперт, и принятый преобразователем б зондирующий импульс преобразователя 2 (ложный сигнал) не поступает на вход времяизмерительного блока 12. В результате показания толщиномера соответствуют действительному значению толщины, равному нулю, По второму варианту толщиномер работает следующим образом. Импульсный генератор 1 возбуждает преобразователь 2, при этом осущесгвляется эхо-локация рефлектора 9. Эхо-импульс усиливается и формируется усилителем-селектором 11 и повторно возбуждает генератор 1. В результате, в дополнительном эхо, локационном канале формируется синхропоследовательность импульсов, период которых определяется акуст1 ческой базой U и скоростью звука внутри базы. Импульсами с генератора I возбуждается также ультразвуковой преобразователь 2. Зондирующий импульс отражается от изделия 18, эхо-импульс принимается преобразователем 2, усиливается, селектируется амплитудной отсечкой, от импульсов многократного отражения и формируется усилителем-селектором 3-4, после чего поступает-на вход ключа 19. На время .формирования на входе усилителяселектора 3-4 зондирующего импульса ключ 19 заперт выходным импульсом усилителя-селектора 11, Эхо-импульс от поверхности изделия 18 проходит через ключ 19 и запускает генератор 5, который возбуждает преобразователь 6. Импульс с выхода генератора 5 .через блок 16 задержки поступает на триггер 17, который перебрасывается в состояние, соответствующее отпиранию усилителя-селектора 7-8. При этом происходит усиление и амплитудная селекция эхоимпульса от импульсов многократного отражения. После этого эхо-импульс поступает на времяизмерительный блок 12. На второй вход времяизмерительного блока 12 поступает импульс с выхода усилителяселектора 1 L.

BO времяизмерительном блоке. 12 опредепяетх:я отношение временных интервалов между входными импульсами к периоду следования этих интервалов, равному периоду синхропоследовательноети. Вьпсодной сигнал блока 12, поступающий на регистрирующий блок 13,. прямо пропорционален толщине изделия 18 и не зависит от скорости звука в среде между преобразователями 2 и 6 и изделием 18. При отсутствии изделия 18 в зоне контроля преобразователь 2 при эхо-локации принимаег эхо-импульс, отраженный от преобразователя 6 и сдвинутый относительно зондирующего импульса на время. 2 U /С. Этот импульс поступает на вход ключа 19.

На запирающий вход ключа 19 поступает импульс, сдвинутый относЕтелъно зондирующего также на время 2 Ь/Ссусилителя-селектора 11. Поэтому эхо-импульс от поверхности преобразователя б Не проходит через запертый ключ 19 на . запуск генератора 5. Тем самьш исключается возможность возбуждения: второго эхо-локационного канала в режиме сйнхрокольца.

Одновременно исключается появление на выходе усилителя 7 пожньк сигналов от .зонцирующегс лмпульса преобразоватегга 2, принятого преобразователау 6, так как при отсутствии открывающих / импульсов с генератора 5 усилительселектор 7-8 постоянно находится в , запертом состоянии. Показания регистратора при этом равны нулю.

По третьему варианту толщиномер работает следующим образом.

Дополнительный эхо-локационный канал работает также, как и во втором варианте толщиномера. При эхо-локации изделия 18 первом эхо-локационном канале усилительселектор 3 заперт на время зондирующего импульса до тех пор, пока импульс генертора I перебросит триггер 22 в состояние, соответствующее отпиранию усилите ля-4)ормирователя 3.

Вносимое блоком 21 время задержки должно быть больще или равно длительности зондирующего импульса.

Первый эхо-импульс с выхода усилителя 3. с задержкой, определяемой бпоком 23 задержки, перебрасывает триггер 22 в состояние, соответствующее запиранию усилителя 3. Путем запирания усилителя 3 осуществляется надежная селекция эхо-импульса от последующих импульсов многократного отражения в течение дан

ного цикла работы ;независимо от их амплитуды.

Эхо-импульс от изделия 18 проходит через ключ 19 и запускает генератор 5 второго канала. При этом осуществляется эхо-локация изделия 18 справой с1чзроны и селекция эхо-1 мпульса от зондирующего импульса и импульсов многократного отражения.

Эхо-импульсы с выходов усилителейселекторов 11 и 7-8 поступают на времяизмерительный блок 12, работающий также, как по второму варианту.

При отсутствии изделия 18 эхоимпульс от поверхности преобразователя 6 усиливается и поступает на вход ключа 19. Как и во втором варианте, одновременно с этим импупьссум на запирающий вход ключа 19 поступает импульс с усилителя 11.. Параметры усилителейселекторов 3 и 11 выбраны таким образом, что длительности эхо-импульпв на их выводе одинаковы. Таким образом, эхо-импульс от преобразователя 2 к преобразователю 6 не проходит на запуск генератора 5.

При отсутствии отпирающих импульсов с генератора 5 усилитетть 7 постоянно заперт и ложный сигнал от принятого преобразователем 6 зондирующего импульса преобразователя 2 на времяизмерительный блок 12 не пост.упает. Показания регистратора равны нулю.

Применение изобретения позволяет существенно упростить процесс измерения, дает возможность осуществлять в случае не- обхощмости сканирование поверхности объекта с целью регистрации его рельефа, при которой уменьшение показаний до нуля при выходе основных преобразователей за пределы объекта служит сигналом для перемены направления сканирования.

Кроме того, за счет устранения перегрузок генератора второго канала в отсутствие объекта повышается надежность аппаратуры.

Формула изобретения,

I. Ультразвуковой толщиномер, содержащий два основных эхо-локационных канала, располагаемых по обе стороны контролируемого изделия, каждый из включает импульсньгй генератор, подключенные к одному его выходу ультразвуковой преобразователь и усилительселектор, а к выходу усилителя - вход, селектора, причем выход селектора первого канала подключен к управляющему входу импульсного генератора вгорого канала, дополнительный эхо-локационный канал, включающий установленные в одной плоскости с основными yльтpaзвyкoвьnvш преобразовател5гми рефлек ropf, и ультразвуковой преобразователь, усилитель-селектор, выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора первого канала, а входом - к выходу этого же генератора, и последовательно соединенные времяизмерительный блок и регист ратор, а один вход времяизмерителыюго блока подключен.к выходу селектора второго канала, о тличаюшийся тем, что, с целью повышения точности измереНИИ и устранения перегрузки генератора второго канала при отсутствии контролируемого изделия, он снабжен блоком ; задержки и триггером с раздельным запуском в каисдом основном канале, один вход триггера первого канала подключен к выходу блока задернски того же канала, его второй вход - к выходу усилителя второго йанала, вход блока задержки первого канала подключен к третьему выходу генератора первого канала, с которым С8ед1щен также вход триггера второго канала, второй вход триггера второго канала подключен к блоку задержки второго канала, входом подключенного к выходу генератора второго канала, выходы триггеров обоих каналов подключены к управляющим входам селекторов соответсвующих каналов, а второй вход времяизмерительного блока подключен к третьему выкоау генератора первого канала..

2. Уль.тразву1совой толщиномер, содерч «{ащий два основньрс эхо-локационных канала, располагаемых по обе стороны контролируемого изделия, 1гажлыЯ из которых включает импульсный генератор и подключенные к одному его выходу ультразвуковой преобразователь и усилитель-селектор, дополнительный эхо-локационный канал, включающий установленные в одной плоскости с основными ультразвуковыми преобразователями рефлектор, ультразвуковой преобразователь и соединенный с ним входом усилитель-селектор, одним выходом подключенный к управляющему входу ш дпульсного генератора первого канала, а входом - к выходу этого же генератора, и последовательно соединенные времяизмерительный блок и регистратор, . а один вход времяиамерительного блока подключен к выходу усилителя-селектора второго канала, о тличающийся

Тем, что, с целью повышения точности измерений и устранения перегрузки генераТора при отсутствии контролируемого изделия, он снабжен ключ ем, включенным между выходом усилителя-селектора первого канала и входом импульсного генератора второго канала, блоком задержки и триггером с раздельным запуском, вход блока, задержки иоакпючен к выходу импульсного генератора второго канала, а его выход - к одному из входов триггера, второй вход которого подключен к второму выходу усилителя-селектора дополнительного канала, к которому также подсоединены управляющий вход ключа и второй вход времяизмерительного блока, а выход триггера подключен к управ ляющему входу усилителя-селектора вто рого канала. I.

3. Ультразвуковой толщиномер, содержащий два основных эхо-локационных, канала, располагаемых по обе стороны контролируемого изделия, каждый из которых включает импульсный генератор и подключенные к одному его выходу ультразвуковой преобразователь и усилитель-селектор, дополнительный эхо-локационный канал, включающий установленны в одной плоскости с основными ультразвуковыми преобразователями рефлектор, ультразвуковой преобразователь и соединенный с ним входом усилитель-селектор, одним выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора первого канала, а входом - к выходу этого же генератора, и последовательно соединенные времяизмерительный блок и регистратор, а один вход времяизмерительнО ,го блока подключен к выходу усилителяселектора второго канала, о тличающийся тем, что, с целью повышения Точности измерения и устранения перегрузки генератора второго канала при отсут.ствии контролируемого изделия, он снабжен включенным между выходом усилителя-селектора первого канала и управляющим входом импульсного генератора второго канала ключом, управляющий вход которого подсоединен к второму выходу усилителя-селактора дополнительного канала, с которым также соединен второй вход времяизмерительного блока, двумя блоками задержки и триггером с раздельным запуском э каждом основном канале, входы первых блоков задержки в каждом канале подключены к вторым выходам со|ОТветствующих импульсных генераторов, а входы вторых блоков задержки- к выходам

13100283514

соответствующих усиплтелей-селекгоров,. Источники информацш,

выходы блоков задержки в каждом канале принятые во внимание при экспертизе подключены к входам соответствующихI. Авторское с идетельство СССР

триггеров, а выходы последних - к вхо- № 393667, кл. Оог Ы 29/ОО, 1971 дам усилителей-селекторов.. , (прототип).

Ф&г. /

0fff.

.