Ультразвуковой безэталонный толщиномер Советский патент 1990 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины изделий с односторонним доступом к их поверхности.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет учета изменения скорости распростра- , нения звука в изделии и исключения влияния нестабильности параметров управляемого генератора тока заряда.

На фиг.1 показана функциональная схема ультразвукового беззталонного толщиномера; на. фиг.2 - зависимости напряжений от времени в различных точках функциональной схемы толщино- мера; на фиг.З - принципиальная

электрическая схема управляемого генератора тока заряда; на фиг.4 - принципиальная злектрическая схема блока сравнения временного положения импульсов. ,

Ультразвуковой безэталонный тол- ииномер содержит последовательно соединенные синхронизатор I, приемно- излучающий блок 2 и раздельно-совмещенный пьезопреобразователь 3, последовательно соединенные управляеьый тенератор 4 тока заряда (УГГЗ), соединенный по входам с вькодамИ Старт и Стоп присмно-излучакицего блока 2, и конденсатор 5, ключ 6, соединенный с конденсатором 5 и син- хронизаторрм 1, последовательно со:п

:л

DO

единенные источник 7 опорного напряжения (ИОН), схему 8 сравне ния, второй сравнивающий вход которой соединен с конденсатором 5, блок 9 задержки, блок 10 сравнения временного положения импульсов (БСВПИ),второй вход которого соединен с выходом импульса головных волн приемно-излучающего блока 2, а вход установки в исходное состояние соединен с синхронизатором 1, и фильтр 11 нижних частот (ФНЧ), вькод которого соединен с упрааляю- щим входом управляемого генератора 4 тока заряда, а также последовательно соединенные одновибратор 12, вход которого соединен с вькодом Стоп прйемно-излучающего блока 2, схему 13 выборки-хранения и блок 14 индикации, при этом сигнальный вход схемы 13 выборки-хранения соединен с конденсатором. Толщиномер измеряет толщину изделия 15.

Ультразвуковой безэталонный толщиномер работает следующим образом.

Синхронизатор 1 формирует импульс, который открывает ключ 6 и разряжает конденсатор 5. Другой импульс синхронизатора 1 запускает приемно-излучающий блок 2, а также обеспечивает формирование импульса, который устанавливает и удерживает в исходном состоянии БСВПИ 10. Приемно- излучающий блок 2 формирует возбуждавыходах Старт и Стоп равно времени распространения ультразвукового импульса от внешней стенки изделия 15 до внутренней стенки и обратно. На выходе импульса головных волн прйемно-излучающего блока 2 формируется импульс, принятый приемником головных волн. Когда на выходе

fQ Старт прйемно-излучающего блока 2 появляется импульс, тогда УГТЗ 4 начинает формировать импульс тока, который заряжает конденсатор 5, и на последнем формируется пилообразное

J5 напряжение. Когда зто пилообразное напряжение сравнивается с опорным напряжением, формируемым ИОН 7, тогда на выходе .схемы 8 сравнения формируется отрицательный фронт, который

20 задерживается в блоке 9 задержки. Блок 9 задержки может быть выполнен в виде одновибратора, запускаемого отрицательным фронтом. Положительный фронт с блока 9 задержки поступает

25 на ВБВПИ 10, На вторбй вход БСВПИ 10 поступает импульс с выхода импульса головных волн прйемно-излучающего блока .2. На выходе БСВПИ 10 формируется импульс, полярность и длитель30 ность которого определяется фазой и величиной рассогласования положительного фронта импульса и импульса головных волн. В данном случае.импульс на выходе БСВПИ 10 увеличивает

ющий импульс, который излучается раз- ., постоянное напряжение на выходе ФНЧ

nf onnniB«.11D rrcj rf гигтагл о гтеэ-пп HPPtfOnbKO VMGHb

дельно-совмещенным пьезопреобразова- телем 3 в изделие 15, Раздельно-совмещенный пьезопреобразователь 3 принимает отраженный от внутренней стен11, вследствие чего несколько умень- щается ток УГТЗ 4, и рассогласование в следующий период зодирования умень шается между сравниваемыми по време уИЧД с. л J .rj,..- w.

ки изделия 15 ультразвуковой импульс 40 ни импульсами. Через 8-10 периодов

продольных волн и ультразвуковой импульс головных воли, который прошел фиксированное paccTOHirae от излучающего пьезопреобразователя до приемнизодирования наступает равновесие в системе,.и положительный фронт импульса следит за импульсом головных волнд Если время задержки в блоке 9

ка головных волн, Приемно-излучающий 45 задержки устанавливается равным вреблок 2 усиливает и формирует принятые раздельно-совмещенным пьезопреобразо- вателем 3 ультразвуковые импульсы. При этом на выходе Старт приемномени распространения ультразвукового импульса в протекторе пьезоизлуча- теля, в приемнике головных волн и в электрических цепях, тогда время

излучающего блока формируется импульс распространения головных волн от точ .„„«..«,- л./чгтчзот ч ifTi if-v 1тт-я. гтг т4ЫС1 ПП ФПЧКИ ИХ ПВИбМЯ

.временное положение которого соотвег ствует отражению ультразвукового импульса от внешней стороны изделия (со стороны пьезопреобразователя 3), а на выходе Стоп формируется импульс, соответствующий отраженному ультразвуковому импульсу от внутренней поверхности изделия 15. Поэтому время задержки между импульсами на

55

ки их возбуждения до точки их приема равно времени от начала импульса . Старт до момента равенства пилообразного напряжения опорному напряжению. Тогда крутизна пилообразного напряжения прямо пропорциональна скорости распространения головных волн, которая считается равной скорости ультразвуковых продольных волн. Ког

90534

выходах Старт и Стоп равно времени распространения ультразвукового импульса от внешней стенки изделия 15 до внутренней стенки и обратно. На выходе импульса головных волн прйемно-излучающего блока 2 формируется импульс, принятый приемником головных волн. Когда на выходе

fQ Старт прйемно-излучающего блока 2 появляется импульс, тогда УГТЗ 4 начинает формировать импульс тока, который заряжает конденсатор 5, и на последнем формируется пилообразное

J5 напряжение. Когда зто пилообразное напряжение сравнивается с опорным напряжением, формируемым ИОН 7, тогда на выходе .схемы 8 сравнения формируется отрицательный фронт, который

20 задерживается в блоке 9 задержки. Блок 9 задержки может быть выполнен в виде одновибратора, запускаемого отрицательным фронтом. Положительный фронт с блока 9 задержки поступает

25 на ВБВПИ 10, На вторбй вход БСВПИ 10 поступает импульс с выхода импульса головных волн прйемно-излучающего блока .2. На выходе БСВПИ 10 формируется импульс, полярность и длитель30 ность которого определяется фазой и величиной рассогласования положительного фронта импульса и импульса головных волн. В данном случае.импульс на выходе БСВПИ 10 увеличивает

- ., постоянное напряжение на выходе ФНЧ

постоянное напряжение на выходе ФНЧ

11D rrcj rf гигтагл о гтеэ-пп HPPtfOnbKO VMGHb

11, вследствие чего несколько умень- щается ток УГТЗ 4, и рассогласование в следующий период зодирования умень шается между сравниваемыми по времени импульсами. Через 8-10 периодов

ни импульсами. Через 8-10 периодов

зодирования наступает равновесие в системе,.и положительный фронт импульса следит за импульсом головных волнд Если время задержки в блоке 9

задержки устанавливается равным времени распространения ультразвукового импульса в протекторе пьезоизлуча- теля, в приемнике головных волн и в электрических цепях, тогда время

распространения головных волн от точifTi if-v 1тт-я. гтг т4ЫС1 ПП ФПЧКИ ИХ ПВИбМЯ

ки их возбуждения до точки их приема равно времени от начала импульса . Старт до момента равенства пилообразного напряжения опорному напряжению. Тогда крутизна пилообразного напряжения прямо пропорциональна скорости распространения головных волн, которая считается равной скорости ультразвуковых продольных волн. Когда на выходе Стоп появляется импульс, тогда импульс тока УГТЗ 4 прекращается и на конденсаторе 5 устанавливается напряжение, прямо пропорциональное толщине изделия. При этом учитывается скорость распространения ультразвуковых импульсов в изделии 15. Импульс Стоп запускает одновибратор 12, который открывает схему 13 выборки-хранения, и на ее выходе формируется постоянное напряжение, равное напряжению на конденсаторе 5 после начала появления импульса Стоп. Напряжение на выходе схемы 13 выборки-хранения индицируется блоком 14 индикации, который может быть как стрелочным индикатором, так и прецизионным аналого-цифровым преобразователем,

В зависимости от типа раздельно- совмещенного пьезопреобразователя импульс головной волны может достичь приемника раньше, чем начинается импульс Старт. Тогда необходимо задержать этот импульс, В этом случае блок 9 задержки следует подключить во вторую сравнивающую цепь. В случа конкретного раздельно-совмещенного пьезопреобразователя 3 должны быть установлены задержки так, чтобы время распространения головной волны в изделии было равно времени от начала формирования пилообразного напряжения до ее равенства с опорным напряжением.

10

Предлагаемый ультразвуковой без-, эталонный толщиномер позволяет с высокой точностью определить толщину изделия. При этом учитывается изменение скорости распространения звука в изделии. На точность измерения не влияет изменение емкости конденсатора и нестабильность параметров управляемого генератора тока заряда.

Формула

и 3 о б р е т .е н и

5

0

5

0

35

Ультразвуковой безэталонный толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, приемно- излучающий блок и раздельно-совмещенный пьезопреобразователь, генератор тока заряда, соединенней входами с выходами Старт и Стоп приемно- излучающего блока, и конденсатор, соединенный с выходом генератора тока заряда, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения, он снабжен ключом, соединенным с конденсатором и синхронизатором, последовательно соединенными источником опорного напряжения, схемой сравнения, второй вход кото- . рой соединен с конденсатором, блоком задержки, блоком сравнения временного положения импульсов, второй вход которого соединен с выходом приемно- излучающего блока, а вход установки в исходное состояние соединен с синхронизатором, и фильтром нижних - частот, подключенным к управляющему входу генератора тока заряда.

.Ll

.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в ультразвуковой толщинометрии. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет учета изменения скорости распространения звука в изделии и исключения влияния нестабильности параметров управляемого генератора тока заряда. Ток заряда конденсатора зависит от скорости распространения ультразвуковых колебаний в изделии, а толщина изделия определяется по напряжению на конденсаторе, что позволяет учесть изменение скорости распространения ультразвуковых колебаний. Исключение нестабильности параметров управляемого генератора тока заряда обеспечивается величиной задержки в блоке задержки, что также повышает точности измерения. 4 ил.

9 I 1 l

ж

b-fi

U.-4.

б

jf

от ФНЧ11

1589053

i5

+

Фие.З

Фиг А