Ультразвуковой толщиномер (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК G01B17/02 

. }1

2. Ультразвуковой толщиномер, содержащий -синхронизатор, последовательно соединенные первые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобраэователем, формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователём и формирователь, подключенный к второму входу второго формирователя, третий пьезопреобразователь, квантующий генератор и соединенный с выходом первого счётчика индикатор, о т л и ч а юг щи и с я тем, что, с целью повьшения точности измерений, ои снабжен элементом задержки и последовательно соединенными вторым счетчиком, первым элементом И, триггером и вторым элементом И, выход второго формирователя подключен к первому входу второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с выходом квантующего генератора, второй вход триггера и третьи входы обоих счетчиков подключены к выходу элемеита задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом синхронизатора, а выход - с входами обоих генераторов зондирующих импульсов.

1. Ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем, формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем и формирователь, третий пьезопреобразователь, подключенный к второму входу второго формироватеггя, квантующий генератор и подключенный к выходу перА вого счетчика индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен сдвигающим регистром, вторым счетчиком с подключенным к его выходам функциональным преобразователем кодкод, мультиплексором и злементом задержки, выход второго формирователя соединен с первым входом второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с выходом квантующего генератора, первая и вторая группы входов мультиплексора подключены соответственно к выходам разрядов сдвигающего регистра и функцио§ нального преобразователя .код-код,: а выход мультиплексора - к третьему (Л входу первого счетчика, вход сдвигающего регистра соединен с выходом синхронизатора, а выход Перенос с входами Установка в О обоих счета чиков и через элемент задержки с входом второго генератора зондирую- щих импульсов. Ю О GR) сл

: 1-. ,

Изобретение ОТНОСИТСЯ к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины изделий из различных материалов без калибровки по эталонньш мерам при одностороннем доступе.

Известен ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединеншле синхронизатор, генератор эондирукицих импульсов с пьезопреобразователем, формирователь, счетчики, квантующий генератор и индикатор ti3.

Недостатком толщиномера является необходимость калибровки по эталонным мерам толщины перед измерением для каждого материала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой толщиномер, позволяюо й производить Измерение толщины изделий из различных материалов без предварительной калибровки по эталонам с использованием поперечных и поверхностных ультразвуковых колебаний.

Известный толщиномер содержит последовательно соединенные синхроиизатор, первые генератор эондируюощх импульсов с пьезопреобразователем формирователь и счетчик, последовательно соедииенные вторые генератор зондирухноих импульсов с пьезопреобраэбвателем и формирователь, третий пьезопреобразователь, подключённый к второму входу второго формирователя, квантующий генератор и подключенный к выходу первого счетчика индикатор 2.

Недостатком известного толщиномера является низкая точность измерения, связанная с непостоянством отнощения скоростей распространения поперечных и поверхностных колебаний для разных материалов.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем. Что ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем, формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые

генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем и формирователь, третий пьезопреобразователь, подключенный к второму входу второго формирователя, квантующий генератор и подключенный к выходу первого счетчика индикатор, снабжеи сдвигающим регистром, вторым счетчиком с подключенным к его выходам функци ональным преобразователем код-код.

мультиплексором и элементом задержки, выход второго формирователя соединен с первым входом второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с .выходом квантующего генератора, первая и вторая группа входов мультиплексора подключены соот3ветственно к выходам разрядов сдвигающего регистра и фуикционального .преобразователя : код-код, а выход мультиплексора - к третьему входу первого счетчика, вход сдвигающего регистра соединен с выходом синхронизатора, а выход Перенос - с вхо дами Установка в О обоих счетчиков и через элемент задержки с входом второго генератора зондирующих импульсо. Поставленная цель по второму варианту исполнения достигается тем, что ультразвуковой толщиномер, содержащий синхронизатор, последовательно сЬединенные первые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем, формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые генератор зондирующих им пульсов с пьезопреобразователем и формирователь, подключенный к второ му входу второго формирователя, тре тий пьезопреобразователь, квантующий генератор и соединенный с выходом первого счетчика индикатор, снабжен злементом задержки и последовательно соединенными вторым счет чиком, первым элементом И, триггеро и BTopbiM элементом И, выход второго формирователя подключен к первому входу второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с выходом квантующего генератора, второ вход триггера и третьи входы обоих счетчиков подключены к выходу элеме та задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента И, второ вход второго элемента И соединен с выходом синхронизатора, а выход - с входами обоих генераторов эондирую1Ф1Х импульсов. На фиг.1 изображена функциональ.ная схема первого варианта ультразвукового толщиномера, на фиг.2 схема второго варианта ультразвукового толщиномера. По первому варианту толщиномер с держит синхронизатор I, первые гене ратор 2 зондирующих импульсов, соединенный с пьезопреобраэователем 3, формирователь 4 и счетчик 5, послед вательно соединенные вторые генератор 6 зондирующих импульсов с пье-эопреобразователем 7 и формирователь 8, третий пьезопреобразователь 9, подключенный к второму входу втo рого формирователя 8, квантующий ге нератор 10, индикатор 11, входом 54 подключенный к выходу первого счетчика 5, сдвигающий регистр 12, второй счетчик 13, подключенный к его выходам функциовальньш преобразователь 14 код - код, мультиплексор 15, первая и вторая группа входов которого подключена соответственно к вы ходам сдвигающего регистра 12 и функ ционального преобразователя 14, а выход - к третьему входу первого счетчика 5, и элемент 16 задержки, соединя.ющий выход.Перенос сдвигающего регистра 12 с входом генератора 6 зондирующих импульсов. Пьезопреобразователи 3,7 и 9 размещаются на поверхности изделия 18. По второму варианту толщиномер содержит синхронизатор I, последовательно соединенные с ним первые генератор 2 зондирующих импульсов, пьезопреобразователь 3, формирователь 4 и счетчик 5j последовательно соединенные вторые генератор 6 , зондирующих импульсов с пьезопреобразователем 7 и формирователь 8, : третий пьезопреобразователь 9, квантующий генератор 10 и соединенный С выходом счетчика 5 индикатор П, элемент 12 задержки, последовательно соединенные второй счетчик 13, первый элемент и 14, триггер 15, второй элемент И 16. Пьезопреобразователи 3,7 и 9 размещаются на поверхности изделия 17. Толщиномер по первому варианту выполнения работает следующим .образом.. ,.. Импульсы синхронизатора I периодически запускают генератор 2 /зондирующих импульсов и производят сдвиг кода в сдвигающем регистре 12. Пьезопреобразователь 3, возбуждаемый импульсом генератора 2, излучает в иэделие 18 и принимает отраженные от передней и задней поверхности издеЛИЯ ультразвуковые импульсы продольных колебаний. Эти импульсы, преобразованные в пьезопреобразователе 3 в электрические, вырабатывают на вы ходе формирователя 4 временной йнтервал Т, , которь1й заполняется импульсами квантующего генератора 10 а их количество записывается в счетчик 5. Число квантованных интервалов Т определяется объемом выборки и устанавливается через третий вход счетчика 5. Значение объема выборки определя ется соотнощением.

LI О

№

N, 2

где L фиксированное расстояние между пьезопреобразователями 7 и 9;

a целое число, определяющее точность измерения;

N. числовое значение результата квантования временного интервала, соответствующего расстоянию L

Числовое значение результата измерения толщины (Nf,) определяется соотношением

f ;;

где Т„ - время прохождения ультразву ком двойной толщины;

f С частота квантования; скорость распространения продольных ультразвуковых волн в изделии;

толщина изделия. Сдвигающий регистр 12, имеюищй tn разрядов, работает циклически по кольцевой схеме. После каждого цикла формируется импульс переноса регистра и устанавливается единичное состояние на всех разрядах. Импульсы синхронизатора I, поступающие на регистр 12 вслед за импульсом перемома, приводят к продвижению нулевого состояния от первого по м-й разряды включительно с последующим формированием нового импульса переноса. Первьми К разрядами (

макс регистра 12, связанными с первой группой входов мультиплексора 15, вырабатывается объем выборки w , время индикации результата измерения определяется временем продвижения нулевого состояния от m -го по п-и разряд.

Импульс переноса регистра 12 устанавливает нулевое состояние на счетчиках 5 и 13- и через элементы 16 эадерлски запускает генератор 6 зондирующих импульсов для возбуждения продольных головных волн в изделии при помощи пьезопреобразователя 7. Задержка импульса переноса обусловлена необходимостью предварительной очистки счетчика 13 перед новым заполнением

Зондирующий импульс генератора 6 поступает на формирователь 4 как старт-импульс. Распространяющийся импуль€ продольных головных волн при нимается пьезопреобразователем 9,

расположенньм на фиксированном расстоянии L, от -излучающего пьезопреобразователя 7 и преобразуется в электрический стоп-импульс формирователя 8. Временной интервал Т, выработанный формирователем 8, заполняется импульсами квантующего генератора 10, а их количество записывается в счетчик 13. Выходной код Мр счетчика 13 преобразуется функциональным преобразователем 14 в код в соответствии с законом формирования объема выборки пл . Код m функционального преобразователя 14 через вторую группу входов мультиплексора 15.устанавливает связь третьего входа счетчика 5 с выходом т-го разряда регистра 12.

Процесс измерения интервалов Т продолжается до установления нулевого состояния на выходе m-го разряда регистра 12. Масштабированный код Nr, , записанный в счетчик 5 как результат измерения толщины, регистрируется индикатором 11. Необходимая Десятичная дольная единица размерности результата устанавливается переносом запятой на индикаторе. Толщиномер по второму варианту выполнения работает следующим образом.

В начале каждого цикла измерения выходной импульс элемента 12 задержк обнуляет счетчики 5 и 13 и через второй вход триггера 15 открывает элемент И 16. Начальный запуск толщиномера осуществляется внещним импульсом, сформированным, например, при помощи кнопочного вьпслючателя (не показан).

Импульсы синхронизатора 1, пройдя через открытый элемент И 16, запускают генераторы 2 и 6 зондирующих импульсов, выходные импульсы которьЕс при помощи пьезопреобразователей 3 и 7 возбуждают соответственно ультразвуковые импульсы продольных объемных и головных волн в изделии. Пьезопреобразователь 3 принимает и преобразовывает отраженные от передней и задней поверхностей изделия ультразвуковые импульсы в электрические. Эти импульсы вырабатывают на выходе формирователя 4временной интервал Т , соответствующий двойной измеряемой толщине Ь , Распространяющийся ультразвуковой импульс продоль ных головных волн принимается пьезопреобразователем 9, расположенным от пьезопреобразователя 7 на фикси71рованном расстоянии U, и преобразует ся в электрический. формирователе 8 от зондирующего импульса генератора 6 и принятого импульса пьезопреобразователя 9 вырабатывается временной интервал Тр. Аналогичное формирование интервалов Тч и Тр производится от кажд го импульса синхронизатора I. Эти и тервалы Т и Тр заполняются импуль сами квантующего генератора 10 с частотой t , а количество импульсов Nj,T „ f и Nf.Tp f подсчитывается соответственно счетчиками 5 и 13. Процесс заполнения интервалов Т и Tf. и подсчета импульсов продолжается до установления на счетчике 13 кода, равного числу Nj,, определяемого соотношением N - 0, где d - целое число, определяющее точность измерения. Установление кода, равного числу NJ, I на разрядах счетчика 3 фиксиру ет импульс, формирующийся на выходе элемента И 14. Этот импульс через первый вход триггера 15 закрывает элемент И 16, а Также поступает на вход элемента 12 задержки для форми рования нового цикла измерения. Количество измеренных интервалов толщины Т , равное 5 .т,-- --N 2 т устанавливается автоматически. Уравнение измерения толщиномера имеет вид hlO -, где Np - числовое значение результата измерения 2Ь сРезультат измерения толщины, записанный в счетчик 15, регистрируется индикатором II. Время индикации определяется временем задержки в элементе 12. Необходимая десятичная дольная единица размерности результата измерения устанавливается переносом запятой в индикаторе. Вьшолнение ультразвукового толщиномера в соответствии с описываемыми вариантами позволяет автоматизировать процесс измерений, результат измерений получать в десятичной системе счисления в заданном масштабе линейных единиц длины. Использование при измерении продольных головных волн исключает необходимость предварительной калибровки толщиномера по эталонным мерам..