Ультразвуковой безэталонный толщиномер Советский патент 1985 года по МПК G01B17/02 G01H5/00 

00

;о Изобретение относится к ультразвуковым измерениям, а именно к тех нике неразрушающего контроля физико механических свойств изделий, и может быть использовано для измереНИН толщины изделий (главным образом, металлов) и скорости распространения продольных ультразвуковых волн в них при одностороннем доступе к поверхности последних. По основному авт.св. № 658857 известен ультразвуковой безэталонны толщиномер, содержащий генератор зо дирующих импульсов, подключенные к его выходу первыми входами первый и второй триггеры, первый преобразователь и амплитудньм ограничитель, выходу которого подключен первый-ус литель, -подключенньй к второму вх ду второго триггера через второй усилитель, второй преобразователь, размещенный на фиксированном рассто нии от первого, и подключенньй входом к выходу второго триггера генератор пилообразного напряжения, выходом соединенный с управляющим входом преобразователя масштаба времени, регистрирующий вход которого соединен с выходом первого триггера lj . Второй вход первого триггера сое динен в толщиномере с выходом перво го усилителя. В известном толщиномере наряду с выделением временного интервала между посылкой зондирующего импульса в изделие и. приемом отраженного сигнала осуществляется измерение времени распространения импульса продольной (головной) волны вдоль поверхности изделия между первым и вторым преобразователями, в зависи.мости от величины которого корректи руются показания индикатора толщины изделия. Вследствие того, что скорости распространения этих импуль. сов равны, ультразвуковой толщиномер независимо от материала изделия дает правильные показания толщины. Недостатком толщиномера является то, что определение толщины изделия производится при помощи измерения времени распространения одиночного, зондирующего импульса, что приводит к некоторой неопределенности показа ний индикатора, вызванной дискретностью счета. Кроме того, в известном ультразвуковом толщиномере не предусмотрена возможность индикации времени распространения импульса между преобразователями, несущего информацию о скорости распространения ультразвука в материале изделия, являющейся показателем его физико-механических свойств. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей путем обеспечения измерения скорости распространения продольных ультразвуковых волн в изделии. Поставленная цель достигается тем. что ультразвуковой безэталонный толщиномер, содержащий генератор зондирующих импульсов, подключенные к его выходу первыми входами первый и второй триггеры, первый преобразователь и амплитудный ограничитель, к выходу которого подключен первый усилитель, подключенный к второму входу второго триггера через второй усилитель, второй преобразователь, размещенный на фиксированном расстоянии от первого, и подключенный входом к выходу второго триггера генератор пилообразного напряжения, выходом соединенный с управляющим входом преобразователя масштаба времени, регистрирующий вход которого соединен с выходом первого триггера, снабжен цифровым измерителем временных интервалов, состоящим из последовательно соединенных генератора счетных импульсов, селектора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя масштаба вре- мени, счетчика и цифрового индикатора, ,синхронизатором, входом подключенным к выходу генератора счетных импульсов, а выходом - к входу Пуск генератора зондирующих импульсов, цифровым блоком задержки, подключенньм к выходу селектора, и переключателем рода работ, перекидной контакт которого подключен к второму входу первого триггера, один неподвижньш контакт соединен с выходом первого усилителя, а другой - с выходом цифрового блока задержки. На чертеже представлена блок-схема ультразвукового безэталонного толщиномера. Толщиномер содет жит генератор 1 ондирующих и myJI7 coв, ц(:1дключенные к его выходу первыми входами иервьш .2 и второй 3 триггер 1, амплитуд ный ограничитель 4, выходом подключенный к входу первого усилителя 5. первьй преобразователь 6, второй преобразователь 7, размещенный на фиксированном расстоянии от первого 6 в акустическом контакте с той же поверхностью изделия 8 и подключенный к второму входу второго триг гера 3 через второй усилитель 9j подключенный входом к выходу второг триггера 3,генератор 10 пилообразного напряжения, вьгкодом соединеннь с управляющим входом преобразователя 11 масштаба времени, регистрирующий вход которого соединен с выходом первого триггера 2, цифровой измеритель временных интервалов (обозначен пунктирной линией), соетоящий из последовательно соединенных генератора 12 счетных импульсов селектора 13, второй вход которого подключен к выходу преобразователя 11 масштаба времени, счетчика 14 и цифрового индикатора 15, синхронизатор 16, входом подключенный к выходу генератора 12 счетных импуль сов, а выходом - к входу Пуск генератора 1 зондирующих импульсов, цифровой блок 17 задержки, подключенный к выходу селектора 13, и переключатель 18 рода работ, перекидной контакт li8a которого подключен к второму входу первого триггера 2, один неподвижный контакт 185 соединен с выходом первого усилителя 5, а другой 18В - с выходом цифрового блока 17 задержки В непрерывном режиме устройство работает следующим образом Для измерения толщины изделия переключателем рода -работ замыкают контакты 18а - 188. Генератор 1 зондирующих импульсов коротким элект рическим импульсом возбуждает ультразвуковой преобразователь 6, который излучает в контролируемое изделие 8 ультразвуковые волны. Импульс продольной волны, отраженный от ниж ней поверхности изделия 8, возвращается на преобразователь 6, дважды пройдя по контролируемому изделию 8 и через амплитудный ограничитель 4 поступает на вход усилителя 5. Гене ратор 1 одновременно с возбуждением преобразователя 6 запускает триггер который опрокидывается в исходное состояние импульсом с выхода усилителя 5, и триггер 3, Таким образом, триггер 2 формирует импульс с длительностью, равной времени прохождения ультразвукового сигнала по контролируемому изделию. Это время пропорционально толщине изделия и обратно пропорционально скорости ультразвука в нем. Далее , импульс с выхода триггера 2 подается на регистрирующий вход преобразователя 11 масштаба времени., Импульс продольной подповерхностной волны (называемой также головной) доходит до преобразователя 7 и пре образуется им в электрический сигнал. Этот сигнал, усиленньй усилителем 9, опрокидывает в исходное.состояние триггер 3. Поскольку расстояние между преобразожзателями 6 и 7 фиксировано, длительность импульса на выходе триггера 3 обратно пропорциональна скорости продольных ультразвуковых волн в изделии 8. Генератор 10 формирует треугольный пилообразный импульс с амплитудой, пропорциональ ной длительности импульса триггера 3, который подается на управляющий вход преобразователя 11 масштабавремени. Коэффициент преобразования этого преобразователя 11 обратно пропорционален амплитуде импульсов, приходящих на его управляющий вход. т.е. пропорционален скорости ультразвуковых волн в изделии 8. Таким образом, преобразователь 11 масштаба времени выдает прямоугольный импульс, длительность которого пропорциональна толщине изделия 8 и не зависит от скорости ультразвука в нем, причем начало этого импульса совпадает по времени с моментом возбуждения ультразвукового преобразователя 6. Далее длительность этого импульса измеряется цифровым измерителем временных интервалов и отображается индикатором 15.Временной селектор 13 вьщеляет из не-. прерывной последовательности импульсов генератора 12 пачку счетных импульсов, равную по длительности импульсу преобразователя 11 масштаба времени. Счетчик 14 подсчитывает количество этих импульсов, которое индуцируется на иидикатОре 15. В режиме измерения скорости ультразвука переключатель 18 рода работ замыкает контакты 184-188. В этом случае возвращение триггера 2 в ijpходное состояние осуществляется импульсом с выхода цифрового блока 17 заде1)жки. Последний вьтолнен таким образом, что сигнал на его выходе появляется в момент поступления N-ro счетносо импульса на его вход, т.е. время задержки постоянно, погрешность определяется нестабильностью частоты генератора 12 счетных импульсов. В результате длительность выходного импульса преобразователя 11 масштаба времени в каждом цикле работы устройства оказьгоается пропорциональной скорости продольньк ультразвуковых волн в изделии 8. Величина времени задержки выбирается такой, чтобы.показания индикатора соответствовали требуемому масштабу шкалы скоростей ультразвука. Блок 17 может быть вьтолнен, например, на ба зе цепочки последовательно соединенных триггеров, счетчика или регистра сдвига., . Синхронизатор 16 задает частоту повторения циклов работы прибора и, практически, может представлять собой, например, делитель, частоты 1896 или иную схему формирования синхроимпульсов запуска генератора 1 зондирующих импульсов. Введение в известный ультразвуковой безэталонный толщиномер цифрового блока задержки расширяет его функциональные возможности и область применения, устраняя, например, необходимость использования специальных измерений скорости ультразвука. Кроме того, синхронизация генератора зондирующих импульсов прибора генерат.ором счетных импульсов, принципи-ально необходимая для измерения скорости ультразвука, позволяет в 2 раза уменьшить погрешность показаний индикатора, вызванную дискретностью счета, и в режиме измерения толщины. При измерении скорости ультразвука устройство обеспечивает пог- . решность не более 1% в диапазоне скоростей 2500-6500 м/с и позволяет тем самым,, например, различать марки сталей, определять анизотропию механических свойств проката т.По при одностороннем доступе поверхности изделия.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ БЕЗЭТАЛОННЬЙ ТОЛЩИНОМЕР по авт.св. № 658857, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей путем обеспечения измерения скорости распространения продольных ультразвуковых волн в изделии, он снаб жен цифровым измерителем временных интервалов, состоящим из по.следова- тельно соединенных генератора счетных импульсов, селектора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя мдсштаба времени, счетчика и цифрового индикатора, синхронизатором, входом подключенным к выходу генератора счетных импульсов, а выходом - к входу Пуск, генератора зондирующих импульсов, цифровым блоком-задержки, подключенным к выходу селектора, и переклю- . чателем рода -работ, перекидной контакт которого подключен к второму входу первого триггера, один непод(Л вижный контакт соединен с выходом первого усилителя, . а другой с выходом цифрового блока задержки .