Ультразвуковой толщиномер Советский патент 1988 года по МПК G01B17/02 

4

(i

а ;о

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для ультразвуковой тол- щинометрии и дефектоскопии изделий из различных однородных материалов в машинострении.

Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения толщины в широком диапазоне для различных материалов.

На фиг.1 показана блок-схема ультразвукового толщиномера; на фиг.2 - эпюры, поясняющие работу его основных узлов.

Толщиномер содержит синхронизатор

I,предназначенный для запуска генератора 2 зондирующих импульсов, одно вибратора 3 и приведения всего устройства в исходное состояние перед каждым циклом измерения, преобразователь 4, предназначенный для излучени ультразвуковых колебаний через иммерсионную жидкость 5 в контролируемое изделие 6, приема отраженных от изде ЛИЯ 6 эхоимпульсов и преобразования последних в электрические импульсы,

усилитель 7, компаратор 8, предназначенный для вьщеления сигналов над уровнем шумов, схему определения положения во времени первого отраженного импульса, состоящую из одновиб- ратора 3, триггера 9 и схемы 10 совпадения, схемы определения положения во времени второго отраженного им- пульса, состоящую из одновибратора

II,триггера 12, схемы 13 совпадения и компаратора 14, фиксирующего переход сигналов через нулевой уровень, схему выделения стартового импульса, состоящую из триггера 15 и схемы 16 совпадения, схему определения положения во времени третьего отраженного импульса, состоящую из одновибратора 17, триггера 18 и схемы 19 сов- падения, схемы вьщеления стопового импульса, состоящую из триггера 20

и схемы 21 совпадения, генератор 22 счетных импульсов, интерполяционный измеритель 23 временных интервалов (ИИВИ) и узел 24 цифрового индикатора.

Толщиномер работает следующим образом.

Синхронизатор 1 запускает генератор 2 зондирующих импульсов, одновиб ратор 3, устанавливает триггеры 9, 12, 15, ТВ и 20 в нулевое состояние и устанавливает ИИВИ 23 в исходное

0

5

0 5

0 с

д

-

0

состояние. Генератор 2 зондирующих импульсов возбуждает преобразователь 4. Ультразвуковой импульс вводится через слой иммерсионной жидкости 5 в контролируемое изделие 6 и, распространяясь в нем, претерпевает многократные отражения от поверхностей. Ультразвуковые колебания, возникающие при этом, принимаются преобразователем 4 и преобразуются им в электрические импульсы (фиг.2а), которые усиливаются усилителем 7. Усиленные сигналы поступают на компараторы 8 и 14, первый из которых имеет опорное напряжение Uon, выбираемое больщим по абсолютной величине, чем напряжение шумов преобразователя 4. Опорное напряжение второго компаратора 14 равно нулю.

Вьзделение импульсов Старт и Стоп производится следующим образом одновибратор 3, длительность импульса которого (фиг.26) выбирается большей длительности переходных процессов в преобразователе, возникающих под воздействием импульса генератора 2 зондирующих импульсов, по своему заднему фронту формирует импульс (фйг.2в), который переводит триггер 9 в единичное состояние, разрешая прохождение импульсов от компаратора 8 через схему 10 совпадения. В это время на вьо:оде компаратора 8 присутствует импульс (фиг,2г), который соответствует первому отраженному эхосигналу. Этот импульс проходит через схему 10 совпадения (фиг.2е) и возвращает триггер 9 в исходное состояние (фиг.2д), закрывая схему. 10. Импульс с выхода схемы 10 совпадения (фиг.2е) запускает одновибратор 11, длительность импульса которого (фиг.2ж) выбирается меньшей времени, соответствующего минимальной измеряемой толщине. По заднему фронту импульса одновибратора 11 формируется импульс (фиг.2з), который включает триггер 12. Триггер 12 разрешает прохождение импульсов с выхода компаратора 8 (фиг.2г) через схему 13 совпадения. В этот момент на выходе компаратора 8 присутствует импульс, соответствующий второму отраженному эхосигналу, поэтому.на выходе схемы 13 появляется импульс (фиг.2к), возвращающий триггер 12 в исходное состояние (фиг.2и) с выхода схемы 13 (фиг.2к). Кроме того, импульс с выхо

314

да схемы 13 (фиг.2к) переводит триг- гер 15 в состояние, разрешающее прохождение импульсов от компаратора 14 через схему 16 совпадений (фиг.2л), В этот момент на инверсном выходе компаратора 14 присутствует импульс (фиг.2м), передний фронт которого соответствует переходу через ноль полупериода второго отраженного эхосиг- нала. Этот импульс, пройдя через схему 16 совпадения, возвращает триггер 15 в исходное состояние (фиг.2м), он же является стартовым и подается на первый вход ИИВИ 23. Одновременно он включает одновибратор 17, длительность импульса которого (фиг.2б) выбирается аналогично длительности импульса одновибратора 11. По за;днему фронту вырабатываемого импульса одновибратор 1 7 выдает импульс (фиг. 2п) , который переводит триггер 18 в единичное состояние. При этом разрешается прохождение импульсов с выхода компаратора 8 (фиг.2г) через схему

19совпадения. В этот момент на выходе компаратора 8 формируется импульс, соответствующий третьему отраженному эхосигналу. Этот импульс, проходя через схему 19 совпадения (фиг.2с), своим задним фронтом возвращает триггер 18 в исходное состояние (фиг.2р). Он же переводит триггер 20 в единичное состояние, разрешая прохождение импульсов от компаратора 14 через схему 21 совпадения.

В этот момент на выходе компаратора 14 присутствует импульс (фиг.2л), передний фронт которого соответствует переходу через ноль полупериода третьего отраженного эхосигнала. Это импульс, пройдя через схему 21 совпадения (фиг.2у), возвращает триггер

20в исходное состояние (фиг.2т). Импульс, прошедший схему 21 (фиг.2у) является стоповым и подается на второй вход ИИВИ 23. Временной интервал между передними фронтами импульсов (фиг.2м, р) пропорционален измеряемой толщине.

Использование ультразвукового тол щиномера позволяет повысить надежность измерения при автоматизирован- ном контроле крупногабаритных издели с переменной толщиной, кривизной и шероховатостью, изготовленных из материалов с различными акустическими характеристиками.

,

ормула изобретения

15

20

25

IQ

50

Ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и ультразвуковой приемно- передаюп|1й преобразователь, усилитель, вход которого подключен к при- емно-перадающему преобразователю, первый и второй компараторы, первые входы которых подключены к выходу усилителя, последовательно соединенные первый одновибратор, первый триггер, первая схема совпадения, второй одновибратор, второй триггер и вторая схема совпадения, выход первого компаратора соединен с вторым входом первой схемы совпадения, последовательно соединенные третий одновибратор, третий триггер и третья схема совпадения, последовательно соединенные генератор счетных импульсов, измеритель временных интервалов и цифровой индикатор, отличающийся тем, что, с целыо повьшения точности и надежности измерения толщины в широком диапазоне для различных материалов, он снабжен соединенными собой четвертым триггером и четвертой схемой совпадения, второй вход которой соединен с выходом второго компаратора, а выход - с вторым входом измерителя временных интервалов, входом третьего одновибратора и первым входом четвертого триггера, второй вход которого соединен с выходом второй схемы совпадения, соединенными между собой пятым триггером и пятой схемой совпадения, второй вход которой соединен с выходом второго компаратора, а выход - с третьим входом измерителя временных интервалов и первым входом пятого триггера, второй вход которого соединен с выходом третьей схемы совпадения, вторые входы первого, второго и третьего триггеров соединены с выходами соот- в етственно первой, второй и третьей схем совпадения, вход первого одно- вибратора соединен с выходом синхронизатора, вторые входы второй и третьей схем совпадения соединены с выходом первого компаратора, а

второй вход второго компаратора соединен с общей шиной.

30

35

to

45

./

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для ультразвуковой толщино- метрии и дефектоскопии изделий из различных однородных материалов. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерения толщины в широком диапазоне для различных материалов. Временной интервал, пропорциональный толщине изделия, формируется по второму и третьему эхосиг- налам, прошедшим через один и тот же компаратор, у которого вход установки напряжения порогового уровня соединен с общей шиной. При этом задержка срабатывания компаратора не вносит, погрешности, формирование временного интервала происходит на участках сигнала с максимальной крутизной фронтов, исключается погрешность, вызванная различием значений пороговых уровней компараторов. 2 ил. сл