Цифровой электромагнитный толщиномер Советский патент 1983 года по МПК G01B7/06 

яяюча ааипггы от помех, выход первого бпоха вычитания черва блок запоминания напряжения рабочего диапазона овяt uH с первым асодрм сумматора, выход уоитагтеля с управляемым коэффициентом усиления через блок запоминания исходного уровня рабочего диапазон пЬдютючен к второму входу сумматора, выход второго блока вычитания подкли чен к вкоду усилителя о управляемым коэффициентом усиления и через блок

збйомкнания чувствительности рабочего диапазона - к второму входу регистратора..

2 , Устройство по п. 1, от л и ч йю щ е а С я тем, что, с целью повьице -; ния быстродейс пвия, в качестве регистратора используется хюфровой вольтметр время-импульсного преобразования, первый вход его соедна ен с одним из входов порогового блока вольтметра, второй - с его интегратором.

1. ИИФРОБОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР, содержащий последовательно соединенные источ гак возбуждения, преобразователь, пиковый детектор, блок опорныхнапряжений с N+2 выходами, блоки выделения верхнего и нижнего .уровней рабочего диапазона, подключенные параллельно соответотву шими входами к соответствующим выходам, ока опорных напряжений, nqpon вый 6nok, первый вход которого соединен с йикоиым детектором, второй - с в ыходом блока вьщелений нижнего уровкя рабочего диапазона, и второй блоки вычитания, первые входы которых Обязаны с выходом блока выделения верхнего уровня рабочего диапазона, вторые их 1вкоды связаны со1утетственно с выходами пикового детектора и блока вьщепейия нижнего уровня рабочего диапазона, сумматор, регистратор, один из входов которого соединен с выходом сумматора, отличающийся тем,, что, с целью повышения точности измеренвй, он снабжен задающим генератором, растредерателем импульсов, блоком .запоминания напряжения рабочего диапазона, блоком запоминания чувствительности рабочего диапазона, блоком запоминания исходного уровня : рабочего диапазона, логическим блоком, включакяцим N +2 элемента И, элементом НЕ, усилителем с управляемым коэффициентом усиления, ключом зашиты от помех, ключом установки нуля, двумя каскадами управления, задаю ший генератор подключен к распределите лю импульсов, распределитель импульсов имеет N+1 выход, каждый из которых соединен с соответствующ1гми ему управ. ляюошми входами блоков выделения веркне го и нижнего уровней рабочего диапаэо в tf& на и первыми входами элементов И логического блока, первые входы N +1-го и N+2-го элементов И логического блока объединв ны, выход порогового блока через ключ защиты от помех подключен к управля1Ощим Екодам блоков запоминания напря- Жёния рабочего диапазона, запоминания чувствительности рабочего диапазона, запоминания исходного уровня рабочего диапазона, BTOpbiM входам N+1 элемвн тов И логического блока, через элемент НЕ к второму Ежоду N +2-го элемента И логического блока, выходы N+1 элементов И логического блока связаны с соответствующими им управлякшими входами усилителя с управляемьп коэффициентом усиления, выход N+2 элемента И логического блока через последовательно соединенные первый каскад управления и ключ установки нуля соединен с выходом сумматора, второй вход установки нуля заземлен, выход блока выделения нижнего уровня рабочего диапазона через второй каскад управления подключен к управлякш(ему входу

.,. . ,. ,: //-Г.//

Изрбретвние от носится к измерительной тех даке-и гожет ftr например, для измерения толщины nbispw-i ТнЛ или других физических:величин.

ИаВбстно устрОйстбо для контроян толщины покрытий, содержащее лоспедовательно соединенные генератор, электромапттялй даТчи к, у 1ил1ггел1,, пиковый детектор, операдионный усилитель, циф ровой и икатор и компенсатор С11.

Однако ycTppftcTjio характер изуется: необкодймостью его кстировки при измене нии пределов измерений и недостаточной точностью. :

Наиболее бтозким техническим решением к предлагаемому явл яется цифровой алектро дагнитный толщиномер, сОдержшций последовательно соединённые источник возбуждения, преобразователь, пиковый детектору блок опорных напряже НИИ с Й+2вьгходами,&:о1И выделения верхнего и нижнего Уровней рабочего диапаэона, подключенные йвра,ллельно соотввтств5 1Шими вхрдаШ к ооо 11ветств:у1о.шим выходам блока опоршых Напряжений, пороговый блок, первый вход которого. соединен с пнковым детектором, второй р Ььосодом блока выделения нижнего УрОвня рабочего диапазона, первый и второй блоки вычитания, первые вкрды которыхомэбнь с выходем блока выделения, веркнего уровня рабочего диапазона, BiTopbie Kic вЕОДЫ связаны соответственно с выхоломк пиковотх) дете1т ра и блока вьщепения нюкнего уровю рабочего даапазона, сумматор, регистратор, один:Нз входов KOTopoiro соединен с вьосодом суммвтора 23 .

Основным недостатком толщиномера являете то, что прн значительных не, лвнейнхн: тта выходного напржкёния пре Образователя для досттженкя требуемой точности измерения необходимое кол чес-рВО диапазонов, на которое раз;биваегся

5 характеристика преобразрватвля,додяшо

, бы1ъ недопурттшо, фяьшим, прив количество диштаэонов ведет к шзвим значениям Точ1яости намерений. Помимо &тргр, в известном Толщиномере в качеств

10 ве регистратора испойьзуе тся прерф яов тель отнощегае напряжений - временной интервал, чтр ведет к потере бь1втроп9Л ствия и сннжению точности измерений. Цель изобретешь -поЕйшение тонн

15 сти и быстроде твня измеретй

Поставленная цель достигается: тем, что толщиномер сна&сен задаюпнм генера тором, распределителем кмпзфсьсов, блоком эепрминания нштряжения рабочего диапазона, бпоком запоминания чувствительно1«, сти рабочего диапазрна, блоком з вцоминвния исэсодногр уровни-рабочего диапазоня, логическим бпоком, вкл|Еочакяцим I N+2 алемевта И, элементом НЕ, усюште25, лем с Управляемым коэффициентом усв.пения ключом защиты от помех, ключом установки Нуля, двумя каскадами управления, задаккшй генератор подключен к распредели телю импульсов, распределн30 теяь импульсов имеет h4+l выход, кокДЫЙ из которых (ивен с соответст Вукяцими ему управляК1Ш1Мв входами блоков выделения веркнего к нижнего уровней рабочего диапазона и первыми

:вх одами элементов И логического блока, первый входы Ы+1-гр иЫ+2-го элемен тов И логического блока объединены, выход порогового блока через ключ защиты от помех подключен к управляю4Q щим входам &IOKOB запоминания напряжёкия рабочего диапазона, оапсминания , чувствительности рабочего диапазона, ЗШ10МИНВНИЯ исхрдНого уровня рабочеГ1Э диапазона, вторым входам N +1 , элементов И догичеексяо блока, через элемент НЕ к второму входу N + 2-го элемента И логического йюка, выходы N -И элементов И логического блока свя заны с соответотвукйЕ ми им зщравпякьщими входами усшгатепя с Управляемым коэффициентом усиления, .выход N 2 . элемента И логическо1ч блока через посл довательно соединенные первый каскад управления и ключ установки нуля соединен с выходом суммапгора, второй вход ключа установки нуяя заземлен, выход . блока выделения нижнего уровня рабочего диапазона через второй каскад управления подзключен;. к управляквдему входу ключа защиты от помех, вькод первого блока вычитания через блок запоминания . напряжения рабочего диапазона связан с .первым входом сумматора, выход усилителя с управляемым коэффициентом усиления через блок запоминания исходного рабочего диапазона подключен ко второму Екоду сумматора, вых;од второго бпоВд: вЬ1 1ИТан11я подключен к входу усилите ля С ; равляемым коэффициентом усиления и через блок запоминания чувствитеп йбсти рабочего диапазона к второму вхо ду регистратора ;.; Кроме TofD, в качестве регистратора испсщьзувтся ши})ровой вольтметр времяймпуш.снэго преофазования, первый вход его соединен с одним из входов порогового блока вольтметра, второй - с его интегратором. На фиг. 1 представлена блок-схема топшавомера; на фиг. 2 - схема формирования линейной шкйпы толщиномера. : Толщиномер содержит (фиг. 1) источ ник 1 возбуждения, связанный с преобразователем 2, выход которого ПОДКЛ10 чен к пиковому детектору 3, ворог даый блок 4, первый блок 5 вычйтакия под-j ключешале одними из своих входов к iraковому детекггору, блоки 6 выделения то него уровня рабоче го дишазона, блок 7 выделения верхнего уровня рабочего двап зона, блок 8 сшорньвс непряженийс N+2 вВкодамн, связанный с блоками 6 и 7, расх1ределитепь 0 кмпутшсов, подключенный к утфавпяюшим входам блоков 6 и 7 эадвкщвй генерагтор 10, соедЕшенный с ршяфеделнтелем 9 импульсов, выходы копурого подкшочены к логическому бло. ну 11, вшпочакяцему N+2 элемента И (), ключ 12 зашиты от помет:. подключенный к выходу порогового блока 4, элемент НЕ 13, первый каскад 14 управления, связанный с выходом бпока 6 и управляющим входом ключа 12, второй блок 15 влтчитания, блоки ISIS запоминания соответственно напряжения абочего диапазона, чувствительности рабочего диапазона, исходного уровня рабочего диапазона, управляющими входами noitключенные к ключу 12 защиты от помех, сумматор 19, входами соединенный с блоками 16 и 18, регистратор 20, усилитель 21 с управляемым коэффициентом усиления, управляющими входами подключенный к выходам логического блока 11, входом - к второму блоку 15 вычитания, второй каскад 22 управления через ключ 23 установки нуля, связанный с Выходом cyMMajnipa 19. Регастратор 20 предс тавляет собой цифровой вольтметр, основными узлами которого являются интегратор 24, пороговый блок 25, отсчетный блок 26. Цифровой электромагнитный толшиномер работает сп едуююим образом. При установке преобразовач-еля 2 на контролируемый образец напряжение источника 1 возбуждения поступает на преобразователь 2, сигнал копророго, несуиий информацию о контролируемом па- paMeipe, детектируется пиковым Детектором 3 и поступает на вкоя порог о о блока 4 и бяока 5 вычитания (фиг. 1). Наряду с этим импульсы задающего гвн ратора 10 поступают на распределитель 9 импульсов, на выходе которого распределяются в следующие друг за другом пачки импульсов и по N+1 каналам поступают параллельно на управлякшие входы блока 7 выделения верхнего уровня рабочего диапазона, блока 6 выдел -ния нижнего уровня р§брчего диапазона и на входы N+2 элементов И логического блока 11. В блоке 8 опорных напряжений зал сана характеристика преобразователя Hg . в точках разбиения на диапазоны, т.е. напряжения Ид, И, И2,...,И (фиг. 2). Эти напряжения поступают на вкоды блоков 6 в 7 выделения соответственно трк него и верхнего уровней рабочего дивпазс на. Эти блоки представляют собой многоканальные управляемые электронные ялюни. Пачкв импульсов распредеянгтепя 9 икахупьсов по соответстяующим входам открывают каналы алек гронных ключей блоков 6 в 7, иа выкоде которьк появляются вапряженвя; на лвыходе блока 1О ,U|y, f на выходе блока вц,,и2г 7Uo,UU2,...U (фиг. 2). С выхода блока бвьщепения нижнего уровня рабоче го диапазона пачки напряжений U,,, ..., и 4- поступают на второй Екод порогового блока 4. цв вкод каскад да 14 управления и на один яз входов Пороговый второго блока 15 вычитания .бяок 4 иоеледовательно во звмени сраэиивает напряжение преобразовагтеия tjlgx с напряжениями Ц,и2,..-( опр&Д&1Я0Т значешге рабочегода апазова., На фиг. 2 предегаздены 2 случая: Ukработа во втором д алазоце р интв{ але , толщин HO- 2 HO работа в М- -t дй&пааоне в инг рвата трлщин (N-nJf При Качении во врелш дейсутвяя , второго HivaijTtbpe распределителя 9 нмn pjbcoB опомощью порогового блока 4 .дравгавваютой ншрдакенвм Jji и Ц( и на его BbiJfOfle паявяяйтся иотЪЯ. {(сифельное напряжение которое через 0 Т1ф1лтый с помрйшр каскада 14 управлен$1я 1&шоч 12 зашиты от помеклоступ вт на входа элементов И логического бпока 11 и у111рЩвшкпя:е входы блоков . С ановреме {но« нтр жение бпока 7 вшбйе1яо1 верхнего зфовня рабоч ро дИ|аггазо11а ($иг.1) поступает на втоjpue вкоды 1тервс го блЕока 5 выч}ггания «t второго бпок1й 15 выч гтания. На дтизс блоков пЬявпякттся соответста|ен , .йр н.ай| нжендаatfet(-i% и Ц,-и йЦ, (фиг, И), которые « ч1гииваю гся и змтоМика1бтс;й. зе;врминак1цими .блоками 16 и 17 Йлемекты И логического бяока 11 олузкест тя управления величиной коэффициента ус,йпения усипитедя 21 с управляМЫм коэф|щцнеяток усиления. В момент с ертвоВащга иолояштвлйного напряжен Нйя, на ацвеоде прреитового бйока 4 второй пЬдоЖт е}1| й )шп} импульсов нсщряжё 9 раопред гепя 9 импзта. цостучае на вхой второго епемен-.; :К И : ;ва:«РР: ад :од(ЭЛоявляв1гся, нел-- p№/iiii № e,..(isi(yT.p устацавпивает яоэффи .tiXBim yojiaSiW усилителя 21 K,l, Ma ejro BKph поетупаегг Н{е1пряжение с BtdQCiPJiUC ЭТОрорь бпока 15 вычкт.ащш, pieumbeiyk Ку ; xoTbpt e сш вюом №вается Vanoiym бвпгосом 18 Rcxi ttiinn} i oBHfl pafonei С Bt ojOia ввдо 41таюшех«о 1в напря jijeHBe А поступада на вход оуммвгго ре 19;;1Ш1 ЕГ1Г1Е {) ЮТОррГ с да anoMUflatdmero Спока IS поступает hiitip QKeime ДЦ К,, .На выходе суммато ра 19 яоввпя«гся яшряжёние Ui I которое «iBpea один иэ 55 цифрового регистратора 20 время-им пу71ьсного преобразования поступает на вход порогового блока 25, Блок 17 эапоминания чувствительности рабочего двшазона имеет постоянный коэффициент передачи, равный N+1. Таким , с вьосода блока 17 напряжение (Nf)AU2 (фиг. 2) через второй вход imiJ oBoro врльтмётра 20 поступает на вход интегратора 24. При постоянной времени Т шргегратора 24 на его выходе через -fe появится напряжение вых ( |: где К - постоянный коэффидиент. Так как на второй вход порогового блока 25 подается напряжение интегратора, то в момент времени ц напряжение интвгратр;ра становится равным :К«аи,+ ли. т,е. 2. 1N-HU Ug К Ку Л Uj 4 и , ( откуда (W+f/ Ug.K {N41/K О (N+1J К ТЬк как значёйиеК изменяется дискретноот О при включении диапазона до N при включении диапазона, то из (1) спеду&т, что з1начение времени -tn определяется первым слагаемым независимо от значения чуветвительности диападона ли2 и при измерении толщин изменяется даскретног пропорционально эначению рабочего диапазона Ку. Ддя впн рого диапазона К,«1,. в маспгтабе Времени значению C cooTBeTCTByisT толшина . 2). При йамененйи Кч, от О до N эквн&адентное значение толщины BSMeifflteTca от О до . Так как весь диапазон разбивается на кодичество участков, то даже при сильной келтшейности зависимости Ов от Н знащния ди и лЦ в каждом рабочем Диапазоне связаны меркду собой линейНОЙ 31авнсимор1| к) н, ак как д Ui изме1«вется от О до iiUe для второго двапеи . .адна, то . А: изменяется неза . . 2 висимо ОТ чувствительности 4У2дашап зона от О до 11 т.д. второе слагаемое

(1) изменяется от О до С что эквивалентно изменению толщины схт О до Н Значение t индицируется в 1шфровом виде на отсчегном блоке 26 и эта вепичвна прсшорционапьна контролируемой onnmHe. Таким офазом, для включенного впгорого диспазона вся шкала толщиномера будет линейной (на фиг. 2 эта шкала представлена гипотенузой прямоугольного треугольника со значениями катетов и (N+fa Ug При на другом диапазоне (на фиг. 2 показаны все ооотвегствуюпше аначения для N 4-1 диапазона) работа узлов толщиномера осуществляется авалогично. Сравнивая шкалу толщиномера для последнего даапазона со ипсалой для второго, видно, что несмотря на различную чувствительность в каждом диапазоне(Nt1}4U(N)dU2, каждое измерение осуществляется при постоянной .чувствительности рабочего диспазона я шкала прибора остается линейной.

Q Предлагаемое фуккпоаональное построе дае устройства делает возможным реализацию толщиномеров высокой точности, надежности в позволяем обеспечтъ пм реттость измерения менее 3% в соче тании с автоматическим выбором и переключени- м диапазонов измерения в nosboляет уменьшить время измерения до 0,2 с.

0ш, М Щ fftW