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

Изобретение относится к ультразвуковым методам контроля толщины материалов о

Цель изобретения - повышение чувствительности измерений о

На чертеже представлена зависимость коэффициента поглощения от соотношения толщины полистироловой ленты и длины волны ультразвуковых колебаний в по- листиролео

Способ осуществляется следующим образом.

Посредством акустического преобразователя перпендикулярно поверхности контролируемого материала излучают импульсы ультразвуковых колебаний„ С помощью другого акустического преобразователя принимают импульсы с противоположной стороны листа.

Зависимость коэффициента поглощения волны от толщины контролируемого

материала имеет вид, представленный i на чертеже о В общем случае коэффициент поглощения волны определяется по формуле

Г

1

АО

лР ,

sinKjd) +С08

где

t - коэффициент прохождения волны через слой материала; А,,А - соответственно амплитуда

падающей волны и амплитуда волны, прошедшей через слой материала;

R,;R2 - соответственно акустический импеданс воздуха и контролируемого материала; d - толщина контролируемого листового материала; Kj - волновое число для волны в контролируемом материале.

ел to СП

4 СЛ 4

Акустические импедансы воздуха и контролируемого материала, а также волновое число обычно можно считать постоянными. При больших изменениях температуры листа или воздуха можно ввести соответствующую температурную коррекцию в результаты измерений..

В известном акустическом бесконтактном способе контроля толщины лис- товых материалов измерения осуществляют на участке:

О

1

А

См

где А ,- - длина волны в. контролируемом материалеj

f - частота ультразвуковых колебаний.

В этом случае коэффициент поглощения волны увеличивается с увеличением толщины материала (см,чертеж).

В рассматриваемом способе измере- ния толщины ленточных материалов длину волны излучаемых ультразвуковых колебаний подбирают такой, чтобы измерения осуществлялись на участке:

d

--с -Л

Как видно из приведенной на чертеже зависимости, на этом участке коэффициент поглощения уменьшается с увеличением толщины контролируемого материала. Дня того, чтобы обеспечить однозначность измерений, последнее неравенство должмо соблюдаться при любых изменениях толщины материала в пределах диапазона измерения, т.е.

4d мни Л ; 2d мс.« .

Дальнейшее увеличение частоты ультразвуковых колебаний, а следовательно, изменение длины волиы нецелесообразно, так как резко увеличивается затухание ультразвуковых волн в воздухе и сужаются возможные диапа- 3OHV измерений.

Пример. При изготовлении полистироловой ленты необходимо контролировать ее толщину по всей ширине. Диапазон измерения 5-7 мм.

Располагают излучатель и приемник соосно с противоположных сторон ленты таким образом, чтобы пучок ультразвуковых колебаний падал перпендикулярно поверхности контролируемого

-

Q 5

0

5

0

35

40

45

50

55

материала;, Измерение толщины в каждый отдельный момент времени осуществляют в точке пересечения оси, проходящей через центры излучателя и приемника, и поверхности ленты.

Частоту излучаемых ультразвуковых колебаний в известном акустическом бесконтактном способе контроля толщины листовых материалов обычно выбирают так, чтобы обеспечить максимальную чувствительность измерений. Для этого необходимо подобрать оптимальное соотношение d/ Л .

Алгоритмы расчета заключаются в . следук1щем„

Последовательно задаются различными значениями d для каждого значения Х, определяют соотношения d/ X, соответствующие минимальной и максимальной толщине контролируемого материала, расчетом или графически определяют соответствующие значения коэффициента поглощения, значение X от-, при котором происходит максимальное изменение коэффициента поглощения в данном диапазоне изменения толщины материала является оптимальным. Зная величину X опг и скорость ультразвука в контролируемом материале, определяют частоту ультразвуковых колебаний.

В данном случае оптимальная частота, при которой достигается максимальная чувствительность в известием способе измерения, равна 50 кГц. Чувствительность иямерений при этом соЧ d

волны в воздухе равна ,6 мм Краевой эффект из-за влияния дифракционной волны обычно (исходя из экспериментальных данных) начинает сказываться на расстоянии Ti. Таким образом, на данной частоте можно контролировать толщину не ближе, чем в 50 мм от края ленты.

Аналогично для рассматриваемого способа измерения толщины ленточных материалов оптимальная частота ультразвуковых колебаний составляет 161 кГц. Чувствительность измерений равна 670 1/мМи Минимальное расстояние от края ленты, при котором влияние дифракционной волны можно не учитьшать, составляет 16,8 мм.

Нецелесообразность дальнейшего повышения частоты ультразвуковых колебаний рассмотрим на этом же примере, В этом случае для определения толщины

ставляет

:)

250 1/мм. Длина

материала используют участок зависимости коэффициента поглощения от соотношения толщины материала и длины волны в контролируемом материале

1 d 3

Т - - т

Частота ультразвуковых колебаний при работе на этом участке должна быть 237 кГц, Длина волны в контролируемом материале соответственно равна 10 мм. Изменение толщины материала от 5 до 7 мм вызывает соответствующее изменение соотнощений ёУ-Д от 0,5 до 0,7, коэффициент поглощения изменяется от I до 3317,6, Участок графика, близкий к линейному, находится между значениями d/ A от 0,5 до 0,6,

а значения d/ A изменяются в этом слу-20 материалов, в соответствии с которым

чае от 1 до 2050, При дальнейшем увеличении соотношения d/ A зависимость становится существенно нелинейной, причем на участке d/ A 0,69-0,7 чувствительность падает в 3 раза. Кроме того, с увеличением коэффициента поглощения до 2500 и более амплитуда реального сигнала, поступающего на приемный акустический преобразователь, становится сравнимой с амплитудами собственных шумов пьезоэлементов и транзисторов„ Это приводит к необходимости выделения сигнала на фоне шумов, что резко усложняет аппаратурное решение прибора и ухудшает его метрологические характеристики Поэтому реальный диапазон измерения прибора, работающего на рассматриваемом участке зависимости, может быть 5-6 мм,

излучают узкоспектральные импульсы ультразвуковых колебаний по направлению к плоскости контролируемого материала, принимают импульсы, прошедшие

25 через контролируемый материал, и по соотношению амплитуд излученных и приня тых импульсов судят о толщине материала, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствитель30 кости измерений, длииу в.олны А излучаемых ультразвуковых колебаний выбирают из условия

35

2dMo, дд„„ , где d „„ - соответственно максимальная и минимальная толщины контролируемого материала.

т.е, в два раза уже, чем требуется . Кроме того, затухание ультразвуковых колебаний в воздухе увеличивается пропорционально квадрату частоты, т,е, использовать данный участок зависимости практически не возможно.

Следовательно, при определений толщины полистироловой ленты с применением предлагаемого способа измерения толщины ленточных материалов увеличивается чувствительность измерений в 2,8 раза, уменьшается зона влияния дифракционной волны вблизи края контролируемого материала.

Формула изобретения Способ измерения толщины ленточных

излучают узкоспектральные импульсы ультразвуковых колебаний по направлению к плоскости контролируемого материала, принимают импульсы, прошедшие

через контролируемый материал, и по соотношению амплитуд излученных и принятых импульсов судят о толщине материала, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствителькости измерений, длииу в.олны А излучаемых ультразвуковых колебаний выбирают из условия

2dMo, дд„„ , где d „„ - соответственно максимальная и минимальная толщины контролируемого материала.

Изобретение относится к области ультразвуковых методов контроля толщины материалов. Цель изобретения - повысить чувствительность измерений. Излучают импульсы ультразвуковых колебаний по направлению к плоскости контролируемого материала, принимают ультразвуковые импульсы, прошедшие через контролируемый материал и по отношению амплитуд излученного и принятого импульсов судят о толщине материала, при этом длину волны излучаемых ультразвуковых колебаний выбирают из условия 2D_макс*98л*984D_мин, где D_макс, D_мин- соответственно максимальная и минимальная толщины контролируемого материала. 1 ил.