Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер Советский патент 1989 года по МПК G01B17/02 

с входом Установка реверсивного счетчика 10, с первым входом формирователя 12 временного остатка и вторым выходом синхронизатора 1, последова- тельно соединенные формирователь 15 калибровочного интервала, вход которого соединен с первым выходом синхронизатора 1 , первую логическую схему ИЛИ 16 и первый триггер 17, выход которого соединен с первым входом генератора 8 импульсов заполнения, второй триггер 18, выход которого соединен с вторым входом реверсивного счетчика 10, последовательно соеди- ненные схему 19 сравнения кодов и формирователь 20 управляющего напряжения, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя 15 калибровочного интервала, а выход - с вторым входом генератора В импульсов заполнения, второй выход формирователя I2 временного остатка соединен с вторым входом блока 9 выделения основных импульсов, перрый выход син- хронизатора 1 соединен с третьим входом формирователя 6 измерительного интервала, выход формирователя 6 измерительного интервала соединен с вторым входом первой логической схе- мы ИЛИ 16, второй вход формирователя 12 временного остатка соединен с выходом первой логической схемы ИЛИ 16 третий вход - с первым выходом блока 9 выделения основных импульсов, четвертый вход - с вторым выходом блока 9 выделения основных импульсов, второй выход вычитающего счетчика 14 соединен с третьми входом блока 9 выделения основных импульсов, а третий выход - с входом Установка второго триггера 18, первый вход схемы 19 . сравнения кодов соединен с выходом реверсивного счетчика 10, второй вход - с первым выходом вычитающего счетчика 14, второй выход синхронизатора I соединен с входами Сброс первого и второго триггеров 17 и 18.

Блок 9 выделения основных импульсов состоит из последовательно соединенных логической схемы И-НЕ 21 первый и второй входы которой являются первым и вторым входами блока 9 выделения основных импульсов соответ ственно, инвертора 22 и второй логической схемы ИЛИ 23, второй вход которой является третьим входом блока 9 вьщеления основных импульсов, и

0 5 0

5

0

0

первой логической схемы И 24, первый вход которой соединен с выходом логической схемы И-НЕ 21, второй - с выходом инвертора 22, а выход является вторым выходом блока 9 вьщеления основных импульсов, выход второй логической схемы ИЛИ 23 является первым выходом блока 9 выделения основных импульсов.

Формирователь 12 временного остатка состоит из последовательно соединенных второй логической схемы И 25, первый вход которой является четвертым входом формирователя 12 временного остатка, третьего триггера 26, вход Сброс которого является первым входом формирователя 12 временного остатка, регистра 27 и третьей логической схемы И 28, вьпсод которой является первым выходом формирователя 12 временного остатка, из последовательно соединенных первой и второй схем 29 и 30 задержки соответственно, вход первой схемы 29 задержки соединен с вторым входом регистра 27 и является вторым входом формирователя 12 временного остатка-, выход первой схемы 29 задержки соединен с вторым входом второй логической схемы И 25, выход второй схемы 30 задержки соединен с вторым входом третьей логической схемы И 28, третий вход регистра 27 является третьим входом формирователя 12 временного остатка, а выход - вторым выходом формирователя 12 временного остатка.

Позициями 31-46 обозначены импульг сы блоков ультразвуковых зхо-импуль- сного толщиномера.

Толщиномер работает следующим образом.

Синхронизатор 1 вырабатывает импульсы 31, определяющие частоту работы толщиномера и запускающие генератор 2 зондирующих импульсов, и импульсы 32, осуществляющие сброс триггеров 17, 18 и 26 и установку счетчиков 10 и 14 в 1. Импульсы генератора 2 зондирующих импульсов возбуждают приемопередающий пьезопреобразователь 3, излучающий ультразвуковой импульс по нормали к передней грани контролируемого изделия в слой промежуточной жидкости. Ультразвуковой импульс претерпевает отражение от передней грани и многократные отражения от стенок контролируемого изделия, после чего принимается приемопередающим пьезопреобразователем 3, преобразуется им в электрические эхо-импульсы, которы усиливаются усилителем 4 и поступают на входы первого 5 и второго 7 компараторов. Импульсы 33 и 34 с выходов первого 5 и второго 7 компараторов, соответствующие отражениям ультразвукового импульса от передней грани и многократным отражениям внутри конт- ролируемого изделия, поступают на входы формирователя 6 измерительного интервала.

В формирователе 6 измерительного интервала из 33 и 34 путем пересчета эхо-импульсов формируется импульс 35 длительность которого пропорциональна толщине стенки изделия.

Принцип работы измерительной части толщиномера заключается в преобразо- вании длительности измерительного импульса 35 в цифровой код с дискретностью в k раз, превышающей период следования счетных импульсов. Дпя этого формируется первый временной интервал (импульс 38) между началом измерительного импульса 35 и вторым счетным импульсом, следующим за концом измерительного импульса 35. При этом счетные импульсы сфазированы относительно переднего фронта импульса 35. Полученный временной интервал заполняется счетными импульсами и преобразуется в реверсивном счетчике в цифровой код с дискретностью, рав- ной длительности периода счетных импульсов. Далее формируется второй временной интервал (импульс 42) между концом измерительного импульса 35 и вторым счетным импульсом, следую- щим за ним. Этот временной интервал (остаток) расширяется в (с раз и заполняется счетными импульсами.

Так как длительность измерительного импульса 35 равна разности дли- тельностей первого и второго временных интервалов, то последний преобразуется в цифровой код в вычитающем счетчике. После окончания счета импульсов расширенного интервала в реверсивном счетчике (грубое значение) и в вычитающем счетчике (точное значение) содержится цифровой код, соответствующий длительности измерительного импульса с дискретно стью, в k раз превышающей период следования счетных импульсов.

Формирование первого и второго временного интервала осуществляется

в блоке 9 выделения основных импульсов и формирователя I2 временного остатка. Измерительный импульс 35, т пройдя nepByto логическую схему ИЛИ 16, запускает первый триггер 17, на выходе которого формируется импульс 36. Импульсом 36 запускается генератор 8 импульсов заполнения, который вырабатывает счетные импульсы 37, г привязанные по фазе к положительному фронту импульса 36. Один из вариантов принципиальной схемы фазируемого управляемого генератора 8 представлен на фиг.З. Импульсом 35 устанавливается I на выходе регистра 27 и его выходным импульсом 38 разрешается прохождение импульсов заполнения че- реэ логическую схему И-НЕ 21. Импульсы 39 с выхода логической схемы И-НЕ 21, пройдя инвертор 22 и вторую логическую схему ИЛИ 23, поступают на вход реверсивного счетчика Ю.Йаправ- ление счета реверсивного счетчика 10 определяется вторым триггером 18. Импульсом 32 синхронизатора второй триггер 18 устанавливается в положение, соответствующее режиму суммирования реверсивного счетчика 10.

При формировании второго временного интервала 42 (остатка) дпя устранения систематической погрешности измерения, связанной с задержкой заднего фронта импульса 38 на выходе ре- гнстра 27, введены схемы 29 и 30 задержки с временами задержки.

t- - с j гад. Т27 + -га

ИНЕ И

и t

ъад.г - ИАИ73 f(l27 )

где - время задержки включения соответствующих блоков. Схема 29 за,-; держки одновременно осуществляет и инверсию сигнала.

По окончании измерительного импульса 35, прошедшего первую схему 29 задержки, разрешается прохождение через вторую логическую схему И 25 импульсов 40 с выхода первой логической схемы И 24, соответствующих отрицательным фронтам импульсов 37 заполнения. По первому импульсу 40 с выхода второй логической схемы И 25 третий триггер 26 устанавливается в единичное состояние. Импульс 41 с выхода третьего триггера 26 поступает на первый вход регистра 27, на третий тактирующий вход которого подаются

импульсы заполнения с выхода второй логической схемы 11ПИ 23.

С приходом первого импульса заполнения на регистр 27 после срабатьюа- НИН третьего триггера 26 сигнал на выходе регистра 27 устанавливается в ноль и запрещает дальнейшее прохождение счетных импульсов 37 через логическую схему И-НЕ 21. Импульс 38 и измерительный импульс с выхода второй схемы 30 задержки поступают на входы третьей логической схемы И 28. На ее выходе формируется импульс 42, длительность которого соответствует интервалу времени от момента окончания измерительного .импульса 35 до следующего за ним второго импульса 37 заполнения. Импульс 42 поступает на вход блока 13 выделения дополнительных импульсов, который осуществляет его линейное расширение в k раз (где It - емкость вычитающего счетчика 14) и заполнение счетчными импульсами.

Использование интервала между концом измерительного импульса 35 и вторым, а не первым счетным импульсом 37 после окончания измерительного импульса, длительность которого изменя ется в пределах от Т до 2Т (где Т - период следования счетных импульсов) позволяет ограничить требования к динамическому диапазону длительности входных импульсов у расширителя временного интервала блока 13 выделения дополнительных импульсов, равному двум.

Импульсы 43 с выхода блока 13 выделения дополнительных импульсов поступают на вход вычитающего счетчика 14. Их количество может меняться от К + 1 до 2К - 1 и превьппает разрядность вычитающего счетчика 14. Поэтому после поступления к импульсов вычитающий счетчик 14 обнуляется и импульс Заем с его выхода через вторую логическую схему ИЛИ 23 поступае на вход реверсивного счетчика 10, в котором производится вычитание лишнего импульса, прошедшего на его вход в режиме суммирования.

Такое включение счетчиков позволяет устранить возможную неоднозначность измерения при длительностях импульса 42, близких к Т ш:и 2Т. Так, например, если длительность близка к 2Т и после умножения и заполнения счетными импуль

5

0

с Q 5

JQ

35

40

45

50

55

сами в блоке 13 выделения дополнительных импульсов их количество станет больше 2к-1 (например, из-за изменения температуры или других причин) хотя бы на единицу, то это не вызовет ошибку, равную цене младшего разряда реверсивного счетчика 10, так как из него автоматически вычитается один импульс сигналом Заем вычитающего счетчика 14. С приходом четвертого импульса на вход вычитающего счетчика 14 производится установка в единицу второго триггера 18, выходной сигнал 44 которого переводит реверсивный счетчик 10 в режим вычитания.

До прихода четвертого импульса реверсивный счетчик 10 был занят суммированием двух счетных импульсов, пришедших после окончания измерительного сигнала.

Полученный в реверсивном счетчике 10 (старшие разряды) и вычитающим счетчике 14 (младшие разряды) код числа поступает для дальнейшей обработки (цифровой индикации, сравнения с предельно допустимыми значе ниями, выявления максимальных и минимальных значений и т.п.) в блок II цифровой обработки.

В конце каждого такта измерения формирователь 15 калибровочного интервала осуществляет формирование импульса 45 стабильной (кварцованной) длительности, который через логическую схему ИЛИ 16 поступает на измерительную часть толщиномера. Полученное в вычитающем счетчике 14 и реверсивном счетчике 10 число, соответствующее длительности калибровочного импульса 45, поступает на вход схемы 19 сравнения кодов, гДе сравнивается с калибровочным числом. Схема 19 сравнения кодов вырабатывает логические сигналы больше и меньше, которые поступают на вход формирователя 20 управляющего напряжения, который в соответствии с ними формирует напряжение, изменяющее частоту генератора 8 импульсов заполнения.

Таким образом, применение фазируемого управляемого генератора импульсов заполнения, автоматической калибровки толщиномера в каждом цикле измерений и исключение второго формирователя остатков и второго блока выделения дополнительных импульсов позволяет повысить точность измерений.

Формула изобретения

1. Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер, содержащий последователь но электроакустически соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, приемопередающий преобразователь, усилитель, первый компаратор и формирователь измерительного интервала, второй компаратор, вход которого соединен с выходом усилнте- ля, а выход - с вторым входом формирователя измерительного интервала, последовательно соединенные генера- тор импульсов заполнения, блок выделения основных импульсов, реверсивны счетчик и блок цифровой обработки, последовательно соединенные формирователь временного остатка, блок вы- деления дополнительных импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов заполнения, и вычитающий счетчик, выход которого соединен с вторым входом блок цифровой обработки, а вход Установка соединен с входом Установка реверсивного счетчика, с первым входом формирователя временного остатка и вторым выходом синхронизатора, второ выход формирователя временного остатка соединен с вторым входом блока выделения основных импульсов, первый выход синхронизатора соединен с третьим входом формирователя измери- тельного интервала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен последовательно соединенными формирователем калибровочного интервала, вход кото- рого соединен с первым выходом синхронизатора, первой логической схемой ИЛИ и первым триггером, выход которого соединен с первым входом генератора импульсов заполнения, вторым триггером, выход которого соединен с вторым входом реверсивного счетчика, последовательно соединенными схемой сравнения кодов и формирователем управляющего напряжения, второй вход которого соединен с вторым выходом формирователя калибровочного интервала, а выход - с вторым входом генератора импульсов заполнения, выход формирователя измерительного интервала соединен с вторым входом первой логической схемы ИЛИ, второй вход формирователя временного остатка соединен с выходом первой логической

, Q 5 0 5 о Q ,.

5

схемы ИЛИ, третий вход - с первым выходом блока выделения основных импульсов, четвертый - с вторым выходом блока выделения основных импульсов , второй выход вычитающего счетчика соединен с третьим входом выделения основных импульсов, а третий выход - с входом Установка второго триггера, первый вход схемы сравнения кодов соединен с выходом реверсивного счетчика, второй вход - с первым выходом вычитающего счетчика, второй выход синхронизатора соединен с входами Сброс первого и второго триггеров.

2v Толщиномер по п.1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что блок выделения основных импульсов выполнен из последовательно соединенных логической схемы И-НЕ, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами блока выделения основных импульсов соответственно, инвертора и второй логической схемы ИЛИ, второй вход которой является третьим входом блока выделения основных импульсов, и первой логической схемы И, первый вход которой соединен с выходом логической схемы И-НЕ, второй- с выходом инвертора, а выход является вторым выходом блока выделения основных импульсов, выход второй логической ИДИ является первЫм ы- ходом блока вьзделения основных импульсов . 4

3. Толщиномер по пп,1 и 2, о т - личающийся тем, что формирователь временного остатка выполнен из последовательно соединенных второй логической схемы И, первый вход которой является четвертым входом формирователя временного остатка, третьего триггера, вход Сброс которого является первым входом формирователя временного остатка, регистра и третьей логической схемы И, выход которой является nepBbiM выходом формирователя временного остатка, последовательно соединенных первой и второй схем задержки, вход первой схемы задержки соединен с вторым входом регистра и является вторым входом формирователя временного остатка, выход первой схемы задержки соединен с вторым входом | второй логической схемы И, выход вто- рой схемы задержки соединен с вторым входом третьей логической схемы И,

третий вход регистра является третьим татка, а выход - вторым выходом фор- входом формирователя временного ос- мирователя временного остатка.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля толщины материала ультразвуковым методом. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет использования фазируемого генератора импульсов заполнения и автоматической калибровки в каждом такте измерения. В толщиномере осуществляется формирование одного временного остатка в конце измерительного импульса за счет использования фазируемого генератора импульсов заполнения. В конце каждого такта измерения осуществляется калибровка толщиномера высокостабильным калибровочным интервалом. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг. Z

(pus.i

e txoff

JUUL