Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер Советский патент 1988 года по МПК G01B17/02 

Ю

|:ь СД

.-

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля s а именно к средствам ультразвуковой тол1цино- метрии, используемым в машиностроении, авиастроении, энергетике и других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения повьт1ение точности измерения и производительности контроля путем введения автоматической установки нуля диапа,зона измерения и сигнала коррекции.

На.чертеже представлена функциональная схема ультразвукового эхо- импульсного тол1чиномера,

Ультразвуковой эхо-иьшульсный тол 1циномер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор импульсов возбуждения, ультразвуковой преобразователь 3 с юстировочным образцом 4j усилитель 5,, формирова- тель 6 измерительных импз/льсовэ первый коммутатор 1S перв-ую схему И 8,, первый счетчик 9, последовательно соединенные второй счетчик 10, пер-, вый регистр 11 памяти,, дешифратор. 12 и цифровой индикатор 13,. электронную схему 14 задержки, входом подключенную к выходу генератора 2 импуль сов возбужденияJ вторым входом - к второму выходу формирователя 6 изме- . рительньпс импульсов а выходом -- к второму входу усилителя 5, вькод генратора 2 импульсов возбуждения подключен к второму входу формирователя 6 измерительных импульсовg формиро- ватель 15 калибровочных импульсов,, входаг и подключенный к второму и третьему выходам синхронизатора 1j а выходом - к второму первого коммутатора 7, генератор 16 счетных импульсов, выходом подключенный к второму входу первой cxer-ju И 8,, формирователь 17 стартовых импульсов,, входом подключенный к третьему выходу синхронизатора 1 и вторым входам дешифратора 12 и цифрового генератора 13s первым выходом - к третьему входу формирователя 6 измерительных импульсов, вторым выходом - к второму входу первого счетчика 9 и первому входу второго счетчика 10, формёфователь 18 импульсов перезаписи,, первьи входом подключенный к третьему выходу синхронизатора 1 , выходом к второму входу первого регистра 11 памяти,, а третьим входом к выходу первого коммутатора 75 перключатель 19, входом подключенный к выходу формирователя 19 импульсов

5

10

30 е35 40 45gg .-

перезаписи, последовательно соединенные первый электронный ключ 20, второй регистр 21 памяти, третий счетчик 22, выходом подключенный к первому входу мультиплексора 23, вторым входом подключенного к общей шине, а выходом - к второму входу второго счетчика 10, выходом соединенного с вторым входом второго регистра 21 памяти, первый вход первого электронного ключа 20 подключен к выходу формирователя. 18 импульсов перезаписи, вторым входом подключенного к второму выходу формирователя 17 стартовых импульсов, второй электронный ключ 24J выходом подключенный к второму входу третьего счетчика 22, первым входом к второму выходу формирователя 17 стартовых импульсов, второй коммутатор 25, выходом подключенный к третьему входу второго счетчика 10, первым и вторым входами - к первому и второму выходам первого счетчика 9, третий коммутатор 26, первым входом соединенный с вторым выходом первого счетчика 9, а выходом - с входом формирователя 27 сигналов коррекции, первым и вторым выходами подключенного соответственно к третьему и четвертому входам третьего счетчика 22, первый, второй и третий выходы переключателя 19 подключены к третьим, четвертым и- пятым входам первого 7 и второго 25 коммутатора, вторые входы первого 20 и второго 24 электронных ключей подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя 19, второй вход третьего коммутатора 26 подключен к втopo fy выходу переключателя 19, третьим выходом подключенного к входу схемы 28 управления, первым и вторым выходами подключенной соответственно к третьему и четвертому входам мультиплексора 23.

Формирователь 27 сигналов коррекции содержит последовательно соединенные первый формирователь 29 одиночных импульсов, формирователь 30 задержанных импульсов, вторую схему И 31 и схему ИЛИ 33, вторым входом подключенную к выходу второго формирователя 33 одиночных импульсов. Выход первого формирователя 29 одиночных: импульсов, подключенный к второму входу второй схемы И 31, является первым выходом формирователя 27 сигналов коррекции. Выход и третий

вход схемы ИЛИ 32 являются соответственно вторым выходом и входом фо мирователя 27-сигналов коррекции. Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер работает в трех режимах:

Iрежим - ввод значения скорости С распространения ультразвука в материале;

IIрежим - автоматическое вычисление и запоминание корректирующег значения;

IIIрежим - измерение толщины, автоматическая и ручная коррекция начала цифровой шкалы диапазона измерений.

Режимы I и II используются при выполнении операций юстировки конца и начала цифровой шкалы диапазона изме регулй. Переключение режимов осуществляется сигналом 1, поступающим с выходов 1, 2 и 3 переключателя 19.

В первом режиме переключатель 19 установлен-в первую позицию. При это на его первом выходе присутствует уровень 1 при уровнях О на втором и третьем выходах.

В начале измерительного цикла ста TOBbJM импульсом, поступающим с выходов формирователя 17, устанавливаетс в исходное состояние формирователь 6 измерительнь1х импульсов и обнуляются первый 9 и второй 10 счетчики. При этом обнуление второго счетчика 10 производится через мультиплексор 23, открытый для прохождения через него уровня О, поступающим на его третий вход с первого выхода.схемы 28 управления сигналом 1, который формируется при работе в режимах I и II

Из сигналов, поступающих с выходо 2 и 3 синхронизатора 1, формировател 15 опорных импульсов формирует калибровочные импульсы со стабильной длительностью, поступающие на второй вх первого коммутатора 7. Сигнал 1 по ступает с выхода 1 переключателя 19 на вход 3 первого коммутатора 7. При этом калибровочные импульсы пропускаются первым коммутатором 7 на первый вход первой схемы И 8, открывая ее для счетных импульсов, поступающих с генератора 16 счетных импульсов на второй вход первой схемы И 8. Генератор 16 счетных импульсов работает асинхронно по отношению к фронтам измерительных импульсов, следующих с выхода первого коммутатора 7. Счетные импульсы, пропускаемые первой схемой И 8 в течение времени дей

10

15

20

25

-

40 45 поступления

30

35

0

5

ствия измерительного импульса (1 такт измерений), поступают с выхода последней на первый вход первого счетчика 9, вьтолняющего функцию делителя частоты. На третий вход второго коммутатора 25 поступает сигнал 1 с первого выхода переключателя 19, открывающий второй коммутатор 25 для прохождения счетных импульсов, посту- паюишх на его первый вход с перво- го выхода первого счетчика 9. С выхода второго коммутатора 25 счетные импульсы поступают на счетный третий вход второго счетчика 10. Нако1ше- ние числа счетных импульсов в счетчике 10 происходит в течение измерительного цикла, который формируется стартовыми импульсами и импульсами перезаписи, поступающими с выходов соответствующих формирователей 17 и 18. В конце измерительного цикла, содержащего 2 измерительных тактов с выхода формирователя 18 импульсов перезаписи на второй вход первого регистра 11 памятки поступает импульс перезаписи, в результате чего цифровая информация, содержащаяся во втором счетчике 10, поступает на первый вход первого регистра 11 памяти и перезаписывается в него.

Дешифратор 12 преобразует в соответствующий код цифровую информацию, поступающую на его первый вход с выхода первого регистра 11 памяти, и подает ее на первый вход цифрового индикатора 13. В случае использования жидкокристаллического индикатора с целью обеспечения его нормальной р аботы на в Торой вход индикатора 13 и дешифратора 12 с третьего выхода синхронизатора 1 поступают прямоугольные импульсы со скважностью 2. Формирование импульса перезаписи в формирователе 18 происходит после

на его третий вход 2 измерительных импульсов с выхода первого коммутатора 7, начиная с момента поступления стартового импульса с второго выхода соответствующего формирователя 17 на второй вход формирователя 18 импульсов перезаписи, На первый вход формирователя 18 импульсов перезаписи поступают тактовые импульсы с третьего выхода синхронизатора 1. Первый электронный ключ 20 открыт сигналом 1,. поступающим с первого выхода переключателя 19, импульс перезаписи пропускается первым электронным ключом 20

на первый вход второго регистра 21 памяти, вследствие чего осуществляется перезапись информации с выхода второго счетчика 10 во второй регист 21 памяти.

Итогом работы в первом режиме является индикация с запоминанием вво- димого значения скорости распространения ультразвука и его запоминание во втором регистре 21 памяти,

В режиме II переключатель 19 установлен во вторую позицию (1 на втором выходе, О - на первом и тре тьем выходах).

Установка в исходное состояние в начале измерительного цикла формиро- вателя 6 измерительных импульсовj обнуление первого и второго счетчиков 9 и 10 осуществляются так же, как и при работе в режиме 1.

В начале измерительного цикла стартовые импульсы поступают с соответствующего формирователя 17 на второй вход третьего счетчика 22 через второй электронный ключ 24, открытый для прохождения данного сигнала- сигналом поступаюищм на второй вход второго электронного ключа 24 с второго выхода переключателя 19, благодаря чему производится перезапись значения скорости распространения ультразвука из второго регистра 21 памяти во второй счетчик 22.

Синхроимпульсом; поступающим с синхронизатора 1, запускается генератор 2 импульсов возбуждения, формирующий высоковольтньш импульс с . крутым передним фронтому используе- мьш для возбуждения ультразвукового преобразователя 3s пьезоэлемент кот рого через линию задержки (например запретный протектор) акустически связан с юстировочным образцом 4« Принтый ультразвуковрэгм преобразователем эхо-сигнал, отражекный от противоположной поверхности юстировочног образца 45 усиливается селективным усилителем 5 и поступает на первый вход формирователя 6 измерительных импульсовJ на второй вход которого поступают импульсы с генератора 2 возбх щающих импульсов. Временная селекхдая эхо-сигналов осуществляется в селективном усилителе 5 импуль сймИ; поступающими на его второй вход с.выхода электронной схемы 14 задержки..Электронная схема 14 задеки запускается импульсами иоступа- ющиг-ш на ее первьй и второй входы с

10

15

20

25

. 404342456

генератора 2 импульсов возбуждения и второго выхода формирователя 6 измерительных импульсов. С выхода формирователя 6 измерительные импульсы, длительность которых пропорциональна толщине образца, поступают на первый вход первого электронного коммутатора 7. На вход 4 первого электронного коммутатора 7 с второго выхода переключателя 19 поступает сигнал 1, открывающий первый электронный коммутатор 7 для прохождения измерительных импульсов, поступающих на его первый вход. С выхода первого электронного коммутатора 7 измерительные импульсы поступают на первьй вход первой схемы И 8, открывающие ее для прохождения сигнала с выхода генератора 16 счетных импульсов. Таким образом, на выходе первой схемы И 8 каждый такт формируются счетные импульсы, поступающие на первый вход первого счетчика 9, с второго выхода которого счетные импульсы поступают на второй вход второго коммутатора 25. С второго выхода Переключателя 19 на-четвертый вход второго коммутатора 25 поступае т сигнал 1, открывающий второй коммутатор 25 для прохождения сигнала, поступающего на его второй вход. С выхода второго коммутатора 25 счетные импульсы поступают на счетный третий вход второго счетчика 10, Работа элементов 10-13 полностью идентична их работе в режиме I. При этом на цифровом индикаторе 13 ийдицируется число S,H,+

30

ЗБ

Sj.aKB г Дй 5ц) - толщина юстировочного образца (мм), численно равная значению С, скорости распространения ультразвука в материале (м/с) ; S г зкв- приращение показаний толщины (мм), обусловленное задержками времени в электронно-акустическом тракте уль- 45 тразвукового толщиномера, выраженное в виде эквивалентной Толщины.

Счетные импульсы с второго выхода первого счетчика 9 поступают также

на первый вход третьего коммутатора 26, который открыт сигналом 1, поступающим с второго выхода переключателя 19 на его второй вход. С выхода третьего коммутатора 26 счетные

импульсы пропускаются схемой ИЛИ 32 на счетный четвертый вход третьего счетчика 22. Третий счетчик работает в режиме вычитания, выполняя действие С к, - (SM) + Sj.rtcn) .

Так как у юстировочного образца обеспечивается численное равенство 8ц, Crt, то в конце измерительного цикла в третьем счетчике 22 остается значение Sj выраженное в дополнительном коде.

В режиме III переключатель 19 находится в третьей позиции, что соответствует наличию уровня 1 на третьем его выходе, а на первом и втором выходах - уровня О.

Установка формирователя 6 измерительных импульсов в исходное состояние и обнуление первого счетчика 9 (Осуществляется так же, как и при работе в первом и втором режимах.

Мультиплексор 23 открыт для прохождения сигналов с выхода третьего счетчика 22 на второй вход второго счетчика 10 сигналом 1, поступаю- (щим на четвертый вход мультиплексора 123 с второго выхода схемы 28 управ- рения.

Элементы 1-14, 16-18 ультразвуко- врго толщиномера работают так же, как и в режиме II, с тем отличием, что первый коммутатор 7 и второй коммутатор 25 открыты для прохождения тех же сигналов сигналом 1, поступающим с третьего выхода переключателя 19.

В начале измерительного цикла во второй счетчик 10 через мультиплексор 23 переписывается значение S.э«в хранящееся в третьем счетчике 22, при поступлении на первый вход второго счетчика 10 стартового импульса со второго выхода соответствующего формирователя 17.

Поскольку значение S, экв вьфаже- но в дополнительном коде, то при поступлении в течение измерительного цикла на счетный третий вход второго счетчика 10 числа S + счетных импульсов в конце измерительного цикла во втором счетчике 10 накапливается число импульсов, соответствующее значению толщины S.

Устройство 27, включающее злементы 29-33, позволяет вручную откорректировать значение З.экв , хранящееся в третьем счетчике 22, что позволяет скомпенсировать погрешность изготовления юстировочного образца 4.

При коррекции значения S -j.. эк в сторону уменьшения одиночные импульсы поступают с второго формирователя 33 одиночных импульсов, запуска0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

емого оператором при помощи кнопки через схему ИЛИ 32 на счетный вход третьего счетчика 22, к вычитаются из числа, хранящегося в нем.

При коррекции значения S i в сторону увеличения одиночные импульсы поступают с первого формирователя 29 :одиночных импульсов, запускаемого оператором при помощи кнопки, на входы формирователя 30 задержанных импульсов, второй схемы И 31 и управляющий третий вход третьего счетчика 22, реверсируя работу последнего из режима вычитания в режим сзп широ- вания на время прохождения одиночного импульса на четвертый счетный вход третьего счетчика 22, При этом значение S.3,(j увеличивается на единицу.

Таким образом, использование предложенного устройства повьшает точность и производительность контроля.

Формула изоб ретения

1 . Ультраэ вуковой зхотимпульсный толщиномер, содержащий юстировочный образец, последовательно соединенные синхронизатор, генератор импульсов возбуждения, ультразвуковой преобразователь с возможностью установки на юстировочном образце, усилитель, формирователь измерительных импульсов, первый коммутатор, первую схему И и первый счетчик, последовательно соединенные второй счетчик, первый регистр памяти, дешифратор и цифровой индикатор, электронную схему задержки, входом подключенную к выходу генератора импульсов возбуждения, формирователь калибровочных импульсов, входами подключенный к второму и третьему выходам синхронизатора, а |вьгходом - к второму входу первого коммутатора, генератор счетных импульсов, выходом подключенный к второму входу первой схемы И, формирователь стартовых импульсов, входом подключенный к третьему выходу синхронизатора и вторым входам дешифратора и цифрового индикатора, первым выходом - к третьему входу формирователя измерительных импульсов, вторым выходом - к второму входу первого счетчика и первому входу второго счетчика, формирователь импульсов перезаписи, первым входом подключенный к третьему выходу синхронизатора, выходом - к второму входу первого регистра памяти, а третьим входом к выходу первого коммутатора, и переключатель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности, он снабжен по- следовательно соединенными первым электронным ключом, вторым регистром памяти, .третьим счетчиком и мультиплексором, выходом подключенным к второму входу второго счетчика, выходом сое- диненного с вторым входом второго регистра памяти, второй вход мультиплексора подключен к общей шине, первый вход первого электронного ключа подключен к выходу формирователя им- пульсов перезаписи, вторым входом подключенного к второму выходу формирователя стартовых импульсов, формирователем сигналов коррекции, вторым электронным ключом, выходом под- ключенным к второму входу третьего счетчика, первым входом - к второму выходу формирователя стартовых импульсов, вторым коммутатором, выходом подключенным к третьему входу второго счетчика, первым и вторым входами подключенным соответственно к первому и второму выходам первого счетчика, третьим коммутатором, первым входом соединенным с вторым выходом первого счетчика, а выходом с входом формирователя сигналов коррекции, первым и вторым выходами подключенного соответственно к третьему и четвертому входам третьего счетчика, первый, второй и третий вьпсоды переключателя соответственно подключены к третьим, четвертым и пятым входам первого и второго коммутатора, вход переключателя подключен к выходу фор.

г Ю 152025 Q35

мирователя импульсов перезаписи, вторые входы первого и второго электронных ключей подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя, второй вход третьего коммутатора подключен к второму выходу переключателя, схемой управления, выходами подключенной к третьему и четвертому входам мультиплексора, а входом - к третьему выходу переключателя, выход электронной схемы задержки подключен к второму входу усилителя, а второй вход - к второму выходу формирователя измерительных импульсов, вторым входом подключенным к выходу генератора импульсов возбуждения, а толщина юстировочного образца выбрана из условия S и С, где Сда скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале юстировочного образца.

2. Толщиномер по п. 1, отличающийся тем, что фop fflpo- ватель сигналов коррекции вьшолнен из последовательно соединенных первого формирователя одиночных импульсов, формирователя задержанных импульсов, второй схемы И и схемы ИЛИ, второй вход которой является входом формирователя сигналов коррекции, подключенный к третьему входу схемы ИЛИ второго формирователя одиночных импульсов, выход первого формирователя одиночных импульсов подключен к второму входу второй схемы И; и является первым выходом формирователя сигналов коррекции, а выход схемы ИЛИ является вторым выходом формирователя сигналов коррекции.

Изобретение относится к неразрушающему контролю, а именно к средствам ультразвуковой толщинометрии, используемым в машиностроении, авиастроении, энергетике и других отраслях народного хозяйства. Целью изоб- I ретения является повьшение точности измерения и производительности контроля путем введения автоматической установки нуля диапазона измерения и сигнала коррекции. Автоматическая установка нуля обеспечивается с помощью юстировочного образца, значение толщины которого выбрано численно равным значению скорости распространения ультразвука в нем. Процесс измерения толпцаны разбивается на три этапа: в первом вводится з начение скорости распространения ультразвука в материале, во втором автоматически вычи- с сляется и запоминается корректирующий коэффициент, а в третьем измеряется толщина контролируемого образца, проводится автоматическая или ручная коррекция начала цифровой шкалы диапазона измерения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л