Ультразвуковой безэталонный толщиномер Советский патент 1984 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в любой отрасли машиностроения. Известен ультразвуковой толщиноме содержащий генератор, подкпюченньй к нему датчик, возбуждающий в контроли руемом изделии сдвиговые и поверхностные волны и принимающий эхо-импуЛьсы сдвиговой волны, последовател но соединенные амплитудньй ограничитель, вход которого подключен к датчику, первый усилитель и измеритель -временных интервалов, второй датчик, принимающий поверхностную волну, рас положенный на фиксированном расстоянии от первого, подключенный через второй усилитель к второму входу измерителя временных интервалов, и индикатор l . Недостатком указанного устройства является то, что для измерения толщины он должен быть предварительно прокалибровав по изделию с известной толщиной. . Наиболее близким решением к изобр тению является ультразвуковой безэта лонный толщиномер, содержащий послед вательно соединенные первьй генерато зондирующих импульсов, ультразвуковой излучатель, ультразвуковой приемник и первый триггер, второй вход которого соединен с вькодом первого генератора зондирующих импульсов, и последовательно соединенные второй триггер и преобразователь масштаба времени 2} , Недостатком известного толщиномера является низкая точность измерений. Это связано с тем, что длительность импульса на вькоде преобра зователя масштаба времени зависит не только от толщины, но и от скорости ультразвука в материале. Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем что ультразвуковой безэталонный толщиномер, содержащий последовательно соединенные первый генератор зондирующих импульсов, ультразвуковой , излучатель, ультразвуковой приемник и первый триггер, второй вход которого соединен с выходом первого генератора зондирующих импульсов, и последовательно соединенные второй .триггер и преобразователь масштаба времени, снабжен последовательно соединенными вторым генератором зондирующих импульсов, вход которого соединен с выходом первого триггера, и ультразвуковым обратимым преобразователем, выход которого соединен с входом второго триггера, соединенного с выходом второго генератора зондирзтощих импульсов, генератором счетных импульсов, последовательно соединенными первым счетчиком, первый вход которого соединен с выходом пёр, вого триггера, второй вход - с выходом генератора счеадных импульсов, а третий вход - с выходом первого генератора зондирующих импульсов и 1реобразователем код - напряжение,выход которого соединен с вторым входом преобразователя масштаба времени последовательно соединенными третьим триггером, первый вход которого соединен с выходом второго триггера, втррой вход - с вькодом преобразователя масштаба времени, а третий вход - с выходом первого генерато1 а зондирующих импульсов, вторым счетчиком, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, третий вход - с выходом первого генератора зондирующих импульсов, и индикатором, а третий вход преобразователя масштаба времени соединен с выходом третьего триггера. На чертеже изображена структурная схема ультразвукового безэталонного толщиномера. Ультразвуковой безэталонный толщиномер содержит последовательно соединенные первый генератор 1 зонди- руюпцсс импульсов, ультразвуковой излучатель 2, ультразвуковой приемник 3 и первый триггер 4, второй вход которого соединен с вькодом первого генератора 1 зондирующих импуль- сов, последовательно соединенные второй триггер 5 и преобразователь 6 масштаба времени, последовательно соединенные второй генератор 7 зондирующих импульсов, вход которого соединен с выходом первого триггера 4, и ультразвуковой обратимый преобразователь 8, выход которого соединен с входом второго триггера 5, соединенного с выходом второго генератора 7 зондирующих импульсов, генератор 9 счетных импульсов, последовательно соединенные первый счетчик 10, первый вход которого соединен с выходом пер:вого триггера 4, второй вход - с выходом генератора 9 счет- ; Iных импульсов, а третий вход - с выходом первого генератора 1 зондирующих импульсов, и преобразователь 11 код - напряжение, выход которого соединен с вторым входом преобразователя 6 масштаба времени, последовательно соединенные третий триггер 12, первый вход .которого соединен с ВЫХОДОМ второго триггера 5, второй вход - с выходом преобразователя 6 масштаба времени, а третий вход с выходом первого генератора 1 зондирующих импульсов, второй счетчик 13, второй вход которого соединен с выходом генератора 9 счетных импульсов, третий вход - с выходом первого генератора Г зондирующих импульсов, и индикатор 14, а третий вход преобразователя 6 масштаба времени соединен с выходом третьего триггера 12. Ультразвуковой безэталонный толщи номер работает следующим-образом. Генератор 1 зондирующих импульсов выходным импульсом устанавливает состояние О на выходе третьего триггера 12, очищает от содержимого счет чики 10 и 13 и возбуждает в изделии ультразвуковую волну, распространяющуюся параллельно поверхности изделучателя 2, Тогда состояние О с выхода третьего триггера 12 запрещае работу счетчика 13 и размыкает ключ 15 через третий вход преобразователя 6 масштаба времени. Импульс ультразвуковой волны доходит до ульт развукового приемника 3, расположенного на поверхности изделий на заданном расстоянии L от ультразвукового излучателя 2, и преобразуется им в электрический сигнал. Импульс ген.ератора 1 и сигнал с ультразвукового приемника 3 поступает на вход первого триггера 4. Первьй триггер 4 вырабатывает на своем выходе импульс . с длительностью Тц. Длительность Т| импульса измеряется число-импульсньм методом с частотой квантования f от генератора 9 счетных импульсов, и результат записьгеается в первьй счет чик 10 - N . Одновременно им пульс первого триггера 4 на время Т замыкает ключ 16, в результате че го на вьпгоде усилителя 17 устанавливается потенциал, равный нулю. Задний фронт ммпульса первого триггера 4 запускает аторой генератор 7 зондиру дщих. импульсов, выходной сигнал которого при помощи ультразвукового 16 обратимого преобразователя 8-возбуждает в изделии ультразвуковую волну, распространяющуюся перпендикулярно поверхности изделия. Ультразвуковой импульс, отраженный от противоположной поверхности изделия, возвращается на ультразвуковой обратимый преобразователь 8, преобразуется в электрический сигнал и поступает на вход второго триггера 5, который вьфабатывает импульс с длительностью Тц, где Н - толщина изделия. При этом длительности Т, и Тц 1адпульсов триггеров 4 и 5 соответствуют соотношениям Тц Y и Тц Y , где V скорость распространения ультразвуковой волны. Код результата измерения длительности Т, равный числу N записанный в первом счетчике 10, преобразуется преобразователем 11 код - напряжение по алгоритму UL где Uj о,у максимальное напряжение преобразователя 11, соответствующее максимальному значению N, д В процессе работы толщиномера совершаются два такта интегрирования: эталонного напряжения U,, и напряжения Ui преобразователя 11 к,од - напряжение. На время Тц действия импульса второго триггера 5 замыкается ключ 18, и на вход интегратора, состоящего из резистора 19, кон- енсатора 20 и усилителя 17, подается эталонное напряжение U0. Выходное напряжение интегратора изменяется по закону fi, UO-TK, где R и С - номинальное значение ре- зистора 19 и конденсатора 20. В момент окончания импульса второго триггера 5 размыкается ключ 18 через первый вход преобразователя 6 масштаба и переключается третий триггер 12 от заднего фронта импульса с длительностью Тц , на выходе третьего триггера 12 устанавливается состояние 1. В результате переключения третьего триггера 12 замыкается ключ 15 через третий вход преобразователя 6 масштаба времени и открывается вход второго счетчика 3, который начинает подсчет импульсов генератора 9 счетных импульсов.

Начинается второй такт интегрирования от напряжения Vj, поступающего на вход интегратора через второй вход прербразователя 6масштаба времени (ключ 15). Вькодное напряжение интегратора линейно уменьшается и в момент Tff становится равным нулю. Начало первого и конец второго тактов интегрирования фиксируются компаратором 21. Задний фронт импульса ком- паратора 21 приводит в исходное состояние третий триггер 12 - на выходе устанавливается состояние О. В результате этого закрывается второй счетчик 13 и размыкается ключ 15 через fpeтий вход преобразователя 6 масштаба времени. Поэтому баланс заряда на конденсаторе 20 соответствует условию

Тм 1 f и . dt

oj J L

RC

RC

RC

или-время работы счетчика 13:

6316

За время Tj. на счетчик 13 прой:; -г импульсов. Тогда результат измерения толщины Н равняется числу

N т . f 0,.,,. . н Н bU, «

которое выводится на индикаторе 14. Если установить в счетчике 13L; U

L rnt

- 10 2U

0

то результат измерения будет автоматически масштйбироваться в соответствии со шкалой линейного размера:

N, Н-Ю,

где t - число, определяющее вес яладшего разряда в результате измерения.

Использование безэталонного толщиноме.ра позволяет значительно повысить точность измерения толщины

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ БЕЗЭТАЛОН- . НЫЙ ТОЛЩИНОМЕР, содержащий последовательно соединенные первьй генератор зондирующих импульсов, ультразвуков вой излучатель, ультраз1вуковой приемник и первый триггер, второй вход которого соединен с выходом первого генератора зондирующих импульсов, и последовательно соединенные второй триггер и преобразователь масштаба времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен последовательно соедршенными вторым генератором зондирующих импульсов, вход которого соединен с выходом первого триггера, и ультразвуковым обратимым преобразователем, выход которого соединен с входом второго триггера, соединенного с выходом второго генератора зондирующих импульсов, генератором счетньк импульсов, последовательно соединенными первым счетчиком, первый вход которого соединен с выходом первого триггера, второй вход - с выходом генератора счетных импульсов, а третий - с выходом первого генератора зондируюищх импульсов и преобразователем код-напряжение, выход которого соединен с вторым входом преобразователя масштаба времени, последовательно соединенными третьим § триггером, первый вход которого соединен с выходом второго триггера, (Л второй вход - с выходом преобразователя масштаба времени, а третий входс выходом первого генератора зондирующих импульсов, вторым счетчиком, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, третий вход - с выходом первого генератора зондирующих импульсов, и индикатором, а третий . вход преобф разователя масштаба времени соеди00 Од нен с выходом третьего триггера.