Способ бесконтактного измерения толщины Советский патент 1989 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю толщины проката, и может быть использовано в химической и электронной промышленности для контроля толшдны пленок и пластин.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже представлено устройство, реализующее способ бесконтактного измерения толшины.

Устройство содержит два приемопередающих электроакустических преобразователя 1 и 2, эталонный акустический канал длиной 21, состоящий, например, из одного или двух акустических отражателей 3 и 4, отстоящих друг от друга на расстоянии, равном расстоянию между электроакустическими преобразователями 1 и 2, а от ближайшего преобразователя - на расстоянии, равном половине расстояния между преобразователями, перестраиваемый генератор 5 гармонических колебаний, соединенный с преобразователями 1 и 2, частотомер 6, включенный на выходе генератора 5, фазометр 7, входами соединенный с выходами преобразователей 1 и 2, а выходом - с входом преобразователя 8 разности фаз в электрическое напряжение, выход которого соединен с управляющим входом генератора 5 гармонических колебаний, а также линию 9 задержки, включенную в электрическую цепь одного из ,. преобразователей, необходимую для вьфавнивания времен задержки преобразования электрического сигнала в акустический для расположенных по разные стороны от изделия преобразователей

СП

го

00

со

р Ci

1 и 2, фазовращатапя 10, включенного на выходе другого преобразователя для выравнивания времен преобразования акустического сигнала в электри- ческий.

Сущность способа заключается в следующем.

В среде, в которой находится изделие, с помощью акустических отражате- лей 3 и 4 создается эталонный канал базовой длины 1. В зтот канал излучают сигнал в прямом направлении (преобразователем 1 излучают, преобразователем 2 принимают). Фаза принятого сигнала

vf, 2irf |-- +ДФ, ,

где С - скорость распространения акустических колебаний; йЧ ( 2 ТГ f фаза, определяемая задержкой сигнала в электрическом тракте, равной €/ . Излучают в эталонный канал сигнал в обратном направлении (преобразователем 2 излучают, преобразователем 1 принимают). Фаза принятого сигнала

30

4t 2-/rf --J- +uH t.

где 1 27Г С/г фаза, определяема:)

задержкой преобразования акустического сигнала в электрическое колебание, равной D

Выходной сигнал фазометра 7, равный сумме фаз прямого и обратного

сигналов акустических колебаний, равен

(1+у)2 Tf--i + ЛЧ а + ДЧ,+W ,

где S - чувствительность фазометра на частоте f;

1 ДФ - относительная погрешность

чувствительности и абсолютная погрешность измерений фазометра на частоте f.

Балансируют фазы прямого и обратного каналов до получения нулевого фазового сдвига изменением электрической задержки в одном из каналов с помощью линии 9 задержки и подстройкой частоты сигнала до значения f, которая посредством фазовращателя 10 вызывает изменение фазы

Q

Q

5

0

сигнала на входе фазометра 7, создавая опорный сигнал

Зс(Ну,)Г 2Tf, Ji- 4-/54 J ,

где Sjj - чувствительность фазометра

на частоте T , относительная погрешность

чувствительности и абсолютная погрешность измерения фазометра на частоте f. В случае изменения параметров среды (давление, температура, состав) изменяется скорость распространения калибрующих колебаний, а следовательно, изменяется сигнал на выходе фазометра, который через преобразователь 8 разности фаз в электрическое напряжение изменяет частоту колебаний f генератора 5 гармонических колебаний в каждом измерительном цикле до значения, при котором фазовый сдвиг приобретает нулевое значение. Значение частоты регистрируется с помощью частотомера 6.

Затем зондируют изделие с двух сторон. Фаза сигналов отраженного с одной стороны изделия, расположенного на расстоянии 1 от электроакустического преобразователя 1, равна 21, -h

, 2 и f

+ ЛЧ , ,

где h - толщина изделия.

Фаза отраженного сигнала с другой стороны изделия, расположенного на расстоянии Ij. от преобразователя 2, равна

2Ц-Ь

4, 2 Iff, --- сЛЧ -г. о

На выходе фазометра результирующий сигнал, соответствующий суммарной фазе:

o,S,(1+J,)2-Hf,2i- - Ь)

+ йЧ , + Л%+6М 1«

Изменяют частоту сигнала до получения первоначального, с нулевым фазовым сдвигом, выходного сигнала фазометра

5г(иу,)21Г,( )

5 . 1 где fg - новая частота озвучивания

изделия, Гц;

,ДЧ(2- новая относительная погрешность чувствительности и абсолютная погрешность на частоте fj ; S. - чувствительность измерения

на частоте fс.

При йалом измерении частоты можно считать, что S.t t йЦ й- Из равенства сигналов Qi-o получа- ют

oTTf oTTf /21 2h,

2)if, --- 2/-f, (--- - --).

откуда толщина изделия

f-г - fi h 1.

Применение предлагаемого способа обеспечивает повышение точности измерения толщины изделий, исключает необходимость располагать изделие точно посередине между преобразователями.

Формула изобретения

Способ бесконтактного измерения ТОЛ1ЦИНЫ, включающий излучение и прием акустических колебаний в эталонном канале, излучение акустических .коле166

баний в измерительном канале с противоположных сторон изделия, прием сигналов, отраженных от его поверхности и определение толщины изделия по сигналам эталонного и измерительного каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерйний, излучение и прием акустических колебаний в эталонном канале осуществляют в прямом и обратном направлениях, расстояние, на которое распространяются акустические колебания в эталонном канале, устанавливают равным расстоянию 1 между преобразователями измерительного канала измеряют фазу сигнала, распространяющегося в эталонном канале в одном из направлений путем изменения частоты до значения f ,при котором фаза этого сигнала совпадает с фазой сигнала, распространяющегося в противоположном направлении, при излучении в приеме акустических колебаний в измерительном канале регистрируют суммарную фазу отраженных сигналов, изменяют частоту f акустических колебаний до значения {ц,прн котором суммарная фаза равна нулю, а толщину h изделия определяют по формуле

h 1 f2 - f

Изобретение относится к акустическим методам контроля размеров. Цель изобретения - повышение точности измерений. С помощью эталонного канала осуществляют калибровку на рабочей частоте F₁. Озвучивают изделие с двух сторон и фиксируют суммарную фазу отраженных от его поверхности сигналов. Изменяют рабочую частоты до значения F₂, при котором суммарная фаза равна нулю, а о толщине H изделия судят по соотношению H = L ^. F₂-F₁ / F₂, где L - расстояние между преобразователями. 1 ил.