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

НИИ задержки, соединенной входом с выходом сумматора, а выходом - с вторым входом схемы совпадений.

управляющий вход которой является управляющим входом измерительного блока.

1. Безэталонный ультразвуковой толщиномер, содержащий электроакустически последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов , первый и второй -пьезопреобразователи, первый усилитель, первый триггер, .установочным входом подключенный к второму выходу генератора зондирующих импульсов,-и преобразователь время-напряжение, подключенный установочнь входом к второму выходу генератора зондирующих импульсов, второй триггер, амплитудный ограничитель, соединенный входом с первым пьезопреобразователем, подключенный к его выходу входом второй усилитель, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, и измерительный блок, регистрирующий вхсд которого подключен к выходу второго триггера, а управляющий вход - к выходу преобразователя время-напряжение, о т л и ч а ю щ и и с я тем,, что, с целью упрощения конструкции, измерительный блок выполнен в виде последоватёльно свединенных схемы совпадений, первый вход которой является регистрирующим входом измерительного блока, счетчика и индикатора управляемой линии задержки, входом под- , ключенноЯ к выходу схемы совпадений, управляющий вход которой является управляющим входом измерительного блока, и инвертора, входом подключенного к выходу управляемой линии задержки, а выходом к второму входу схемы совпадений. 2, Безэталонный ультразвуковой толщиномер, Содержащий .электроакустически последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, первый и второй пьезопреобразова§ тели, первый усилитель, первый .триггер, установочным входом подключенный к второму выходу генератора зондирующих импульсов, и дре образдватель время-напряжение, подключенный установочным входом к второму выходу генератора зондирукяцих импульсов, второй триггер, амплитудный ограничитель, соединенный входом с перО) вым пьезопреобразователем, подк.люченный к его выходу входом второй 4 усилитель, выход которого соединен с вторым в«одом второго триггера, и измерительный блок, регистрируоо ющий вход которого подк.шочен к выходу второго Т1 иггера, а управляющий вход - к выходу преобразователя время-напряжение, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, измерительный блок выполнен в виде последо.вательао соединенных сумматора, первый вход которого является рег|1стрирующим входом измерительного блока, схемы совпадений, счетчика. и индикатора, линии задержки, подк.пюченной входом к выходу схемы совпадений, а вьссодом - к второму входу сумматора, и управ.т1яемой ли

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для измерения геометрических размеров изделий из разяичньи материалов., главным образом металлов.

Известен ультразвуковой толщиномер, работа:;которого основана на одновременном возбуждении в изделии и последукэщем приеме продольных, сдвиговых и поверхностных ультразвуковых волн 1.

Недостатки такого устройства сложность одновременного возбуждения сразу трех типов волн и сильное затухание сдвиговых волн в.кон тактной смазке. .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является безэталонный ультразвуковой толщиномер, .содержащий электроакустически последовательно соединеннь1е генератор зондирующих импульсов, первый и второй пьезопреобразователи, первый .усилитель, первый триггер, установочным входом подключенный к второму выходу генератора зондирующих импульсов, и преобразователь время-напряжение, подключенный установочным входом к второму выходу генератора зондирующих импульсов, второй триггер, амплитудный ограничитель, соединенный входом с первым пьезопреобразователем, подключенный к его выходу входом второй усилитель, выход котрого соединен с вторым входом второг.о триггера, и измерительный бло регистрирующий вход которого подклчен к выходу второго триггера, а управляющий вход - к выходу преобразователя время-напряжение C2J.

Недостатками указанного толщиномера являются сложная конструкци измерительного блока и невысокая точность при измерении малых толщин изделий. Последнее связано с тем, что при контроле изделий с толщинами менее 1-2 мм измеряемый .интервал времени, несущий информацию о толщинеизделия, оказывается очень , Например, при измерении стальных изделий толщиной 1 мм он равен 350 н.с. Для получения достаточной точности измерений

длительность интервала необходимо увеличить в раз; Обычно такое преобразование выполняется в управляемом преобразователе масштаба времени, который при большом коэффициенте преобразования вносит значительную дополнительную погрешность в результат измерения, о.граничивающую точность-ультразвукойого толщиномераЦель изобретения - упрощение конструкцил,

Поставленная .цель достигается по первому варианту тем, что в безэталонном ультразвуковом толщиномере, содержащем электроакустически последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, первый и второй пьезопреобразователи, первый

0 усилитель, первый триггер, установочным входом подключенный к второму выходу генератора зондирующих импульсов, и преобразователь время-напряжение, подключенный уста5 новочным входом к второму выходу генератора зондирующих импульсов, второй триггер, амплитуда1ый ограничитель, соединенный входом с первым пьезопреобразователем,.подклю0 ченный к его выходу входом второй усилитель, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, и измерительный блок, регистрирующий вход которого подключен к выJ ходу второго триггера, а управляющий вход -к выходу преобразователя время-напряжение, измерительный блок выполнен в.виде, последовательно соединенных совпадё Ний, первый вход которой является

регистрирующим входом измерительного блока, счетчика и индикатора, управляемой линии задержки, входом подключенной к выходу схемы совпа-, дении.управляющий вход которой

5 является управляющим входом из- мерительного блока, и инвертора, входом подключенного к выходу управляемой линии задержки, а выходом к второму входу схемы совпадений. 0 По второму варианту в безэталониом ультразвуковом толщиномере, содержащем электроакустически после-довательно соединенные генератор зондирующих импульсов, первый и вто

рой пьезопреобразователи, первый усилитель, первый триггер, установочным входом подключенный к второму выходу генератора зондирующих импульсов, и преобразователь времянапряжение, подключенный установочным входом к второму выходу гене.ратора зондирующих импульсов, второй триггер, амплитудный-ограничите; ь, соединенный входом с первым пьезопреобразователем, подключенный к его выходу входом второй усилител ВЫХОДкоторого соединен с вторым входом второго триггера, и измерительный блок, регистрирующий вход которого подключен к выходу второго триггера, а управляющий вход к выходу преобразователя времянапряжение, измерительный блок выпонен в виде последовательно соединенных сумматора, первый вход котор го является регистрирующим входом . измерительнрго блока, схемы совпа- дений, счетчика и индикатора, линии задержки,подключенной входом к выходу схемысовпадений, а BI Oдом - к второму входу сумматора, и управляемой линией задержки, соединенной входом с выходом сумма- . .тора, а выходом- : вторум входом схемы совпадений, управляющий вход которой является управляющим входом измерительного блока.

На фиг-i представлена блок-схе- ма безэталонного ультразвукового толщиномера по первому .варианту;} на фиг,.2 - то же/ по второму варианту,

Тотнциномер по первому варианту содерясит электроакустически последовательно соединенные генератор 1 зондирующих импульсов, первый и второй пьезопреобразователи 2 и 3 соответственно, первый усилитель 4, первый триггер 5, установочным

входом подключенный к второму

выходу генератора 1, и преобразователь 6 время-напряжение, подключенный установочным входом к второму выходу генератора 1, йторой триггер 7, ё1мплитудный ограничитель 8, соединенный входом с лервым пьезопреобразователем 2, подключенный к его вБпсоду входом второ усилитель 9/. выход которого соединен с вторым входом второго триггера 7, и измерительный блок 10. Второй пьезопреобразователь 3 установлен на фиксированном расстоянии от первого пьезопреобразЬвателя 2 на той же поверхности контролируемого изделия 1Д. Измерительный бло 10 выполненв видепоследовательно соединенных схемы 12 совпадений первый вход которой является регистрирующим входом измерительного блока 10, счетчика 13 и индикатора 14, управляемой линии 15 задержки, входом подключенной к выходу схемы 12 совпадений, управляющий вход которой является управляющим входом измерительного блока 10, и инвертора 16, входом подключенного к выходу управляемой линии 15 задержки , а выходом - к второму входу схемы 12 совпадений

Толщиномер по второму варианту содержит электроакустически последовательно соединенные генератор 1 зондирующих импульсов, первый и второй пьезопреобразователи 2 и 3. соответственно, первый усилитель 4, первый триггер 5, установочным входом подключенный к второму выходу генератора 1, и преобразователь 6 время-напряжение, подключённый установочным входом к второму выходу генератора 1, второй триггер 7, амплитудный ограничитель 8, соединенный входом с первым пьезопреобразователем, -2, подключенный к его выходу входом второй усилитель 9, выход которого соединен с вторым входом второго триггера 7, и измерительный блок 1,0, Второй пьезопреобразователь 3 установлен на фиксированном расстоянииот первого пьезопреобразователя 2 на той же поверхности контролируе1 ого изДеяия 1Л, Измерительный блок 10, выполненный в виде последовательно соединенных сумматора- 17, первый вход которого является регистрирующим, входом измерительного.блока 10, схемы 18 совпадений, счетчика 19 и индикатора 20, линии 21 задержки, подключенной входом к выходу схемы 18 совпадений, а выходом к второму входу сумматора 17, и управляемой линии 22 задержки, соединенной входом с выходом сумматора 17, а выходом i с вторым входом схемы 18 совпадений, управляющий вход которой является управляющим входом измерительного бл.ока 10

Безэталонный ультразвуковой толщиномер по первому варианту работает следующим образом

Генератор 1 зондирующих импуль,сов формирует короткий электрический импульс, который возбуждает пьезопреобразователь 2 и с некоторой задержкой, равной времени прохождеГния ультразвука по протекторам преобразователей 2 и 3, запускает триггеры 5 и 7. Пьезопреобразователь 2 излучает короткий ультразвуковой импульс продольных волн, распространяющийся по толщине X изделия 11 и возвращающийся к пьезопреобразователю 2, и короткий . ультразвуковой импульс головных вол распространяющийся вдоль поверхности изделия 11 к пьезопреобразователю 3, т. е,пробегающий фиксирован ное расстояние 3. Обе ультразвуковые волны распрострашяются с оди наковой скоростью.С. Амплнт-.дный ограничитель 8 не пропускает мощный возбуждающий импульс от генератора 1 на вход усил теля 9. и тем самым исключает его перегрузку. Ультразвуковые импуль- сы, вернувшиеся на пьезопреобразователи 2 и 3, превращаются.в них в электрические сигналы, усиливаются в усилителях 4 и 9, и, поступая на сбросовые входы триггеров Б и 1, опрокидывают их в исходное состояние- В результате на выходах триггеров 5 и 7 формируются прямоугольные импульсы, длительности которых равны соответственно и 1 8/ - . В преобразователе 6 время-напряжение ПрЯМбуГОЛГЬНЫЙ импульс ДЛИ-тельностью :2 преобразуется в посто явное напряжение, величина 4 которого прямо пропорциональна -Ь2.Напря жение и подается на управляющий |вход управляемой линии 15 задержку |С выхода триггера 7 прямоугольный импульс длительностью t поступает на первый вход схемы 12 совпадений на; втором входе которой, в этот момент времени уже есть постоянный уровень, заданный инвертором 16, поскольку на его входе уровень равен нулю. В результате.на выходе схемы 12 совпадений- появ.пяется пере пад напряжения, например положитель ный, который поступает на вход инвертора 16 через линию 15 задержки с задержкой на-время С толь ко этот перепад, задержанный на время Т , поступит на вход инверто ра 16, сигнал на его выходе и, следовательно, на выходе схемы 12 совп дений исчезнет Этот отрицательный перепад напряжения через время f поступит на вход инвертора 1,6, При этом на выходе схемы 12 совпадений появится сигнал Так будет продол аться до тех пор, пока не закончиtcя прямоугольный входной импульс приходящий на первый вход схемы 12 совпадений. В результате этот пр моугольный импульс длительностью t будет преобразован в пачку корот ких прямоугольных импульсов длительностью tr. Количество этих импульсов подсчитывается в счетчике 13 и отображается цифровым индикато ром 1.4 , Линия 15 задержки выполняется та ким образом, тО ее время задержки f прямо пропорционально величине управляющего напряжения U на ее упр ляющем входе, которое, в свсяо очередь, обратно пропорционально скорости распространения ультразвуковы волн в контролируемом материал;е. Поскольку длительность импульса t-, на входе измерительного блока прямо пропорциональна толщине изделия и обратно пропорциональна скорости ультразвука в его материале, то количество импульсов в пачке, а значит и показания индикатора 14 будут пропорциональны только одной неизвестной величине - толщине X измеряемого изделия « Путем начальной регулировки линии. 15 задержки и преобразователя Б. время-напряжение можно добиться того, что показания индикатора будут численно равны толщине измеряемого изделия (в мм) Толщиномер по второму варианту работает следующим образом, Генератор 1 зондирующих импуль-г сов формирует короткий, электрический импульс, который возбуждает пьезопреобразователь 2 и с небольшой задержкой, равной времени прохрждения ультразвука по протекторам прербразователей 2 и 3 запускает триггеры 5 и ;7, ; Пьезопреобразователь :2 излучает короткий ультразвуковой импудьс продольных волн, распространяющийся по толщине X изделия 11 и.возвращающийся к пьезопреобразователю 2, и короткий ультразвуковой импульс головных волн, распространяющийся вдоль поверхности изделия 11 от пьезопреобразователя 2 к пьезопреобразователю 3, т.е. п обе ающий фиксиров.анное расстояние ВОбе ультразвуковые волны распространяются с одинаковой скоростью .С, Амплитудный ограничитель 8 не пропускает мощный возбуждающий импульс от генератора 1 на вход усилителя 9 и тем самым исключает его перегрузку. Ультразвуковые импульсы, вернувшиеся на пьезопреобразователи 2 и 3, превращаются в них в . электрические сигналы, усиливаются в усилителях 4 и 9 соответственно и, поступая на сбросовые входы триггеров 5 и 7, опрокидывают их в исходное состояни.е. Э результате на выходах триггеров 5 и 7 формируются прямоугольные импульсы, длительности которых равны соответственно t..|r2x/C . В преобразователе 6 время-напряжение , прямоугольный импульс дгательностью i., пришедший с триггера 5,, превращается в постоянное напряжение, величина U которого прямо пропорциональна Напряжение и подается на управляющий вход управляемой линии 17 задержки, С триггера 7 прямругольный импульс длительностью t поступает на первый вход сумматора Г7, на втором входе которого в этот момент нет никакого сигнала. С выхода сумматора 17 сигнал поступает -на один из входов схемы 18 совпадений

и на вход управляемой линии 22 задержки, которая задерживает п жходящий на нее сигнал на время f «t. С выхода линии 22 задержанный сигна поступает на второй вход схемы 18 coвпaдeни t, :

В результате на выходе схемы 18 появляется импульс, укороченный по сравнению с входным импульсом на время t в линии 18 задержки. Этот укороченный импульс поступает на вход счетчика 19 и.на линию 21 за.держки, шде он задерживается на время С.В результате в линии 21 задержки на второй вход сумматора 17 приходит задержанный и укороченный (по сравнению с первоначальным импульсом на первом входе) прямоугольный импульс. K.-iMO;менту прихода этого импульса (изза большой в линки 21 задержки) на первом входе сумматора 17 yjke нет входного сигнала,. С выхода сумматора 17 импульс попадает на первый вход схемы 18-и на-вхсА линии 22 задержки Дгшее весь цикл повторяется.. В результате, на вход счетчика 19 приходит еще один импульс, а на второй вход сукматора 17 поступает уже дважды укоро- , ченный прямоугольный импульс. Этот процесс будет ПОВТОРЯТЬСЯ до тех. пор, пока длительность циркулирующего по цепи импульса не уменьшится до нуля , При этом счетчик 19 зарегистрирует количество импульсов равное количеству циклов циркуляции импульса в цепи. Зарегистрированное количество импульсов отобргокается индикатором 2.0, ;

Длительность t прямоугольного импульса, приходящего на регистрирующий вход измерительного блока 11, прямо пропорциональна толщине X измеряемого изделия и обратно пропорциональна скорости С ультразвуковых продольных волн в нем. Величина напряжения (J , приходящего на управ0ляющий вход измерительного блока 10, обратно пропорциональна скорости С, . а время линии 22 задержки f меняется прямо пропорционально величине и, В результате обеспечивается

5 такое,автоматическое управление величиной задержки в линии 22, что исключается влияние скорости С на показания индикатора 20 Эти показания становятся пропо1щиональными

0 только одной- неизвестной величине толщине X контролируемого изделия. Путем начсшьной регулировки блока и счетчика 19 Можно добиться того, чтобы локазания индикатора 20 чис5 ленно соответствовали толщине измеряемого изделия (в мм), независимо от матернала, из которого оно изготовлено.

Таким образом, выполнение в предлагаемом безэталонном ультразвуковом толщиномере измерительного блока по первому варианту позволяет существенно упроститьконструкцию прибора, а по второму наряду с упрощением конструкции повысить точность измерения малых толщин.