Ультразвуковой толщиномер Советский патент 1991 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины изделий из различных материалов с помощью ультразвука без калибровки по контрольным образцам при одностороннем доступе к изделию.

Целью изобретения является повышение надежности и точности измерения.

На чертеже изображена структурная схема ультразвукового толщиномера.

Толщиномер содержит синхронизатор 1, генераторы 2 и 3 зондирующих импульсов, формирователи 4 и 5 интервалов времени, излучающий 6, приемный 7 и совмещенный 8 преобразователи, задатчик 9 кода, счетчики 10 и 11, генератор 12 счетных импульсов, одновибратор 13 и индикатор 14.

Толщиномер работает следующим образом.

В начале каждого цикла измерения выходной импульс низкого уровня с выхода одновибратора 13 дает запрет на работу синхронизатора 1, т.е. на время нахождения одновибратора 13 с низким уровнем сигнала на выходе индицируется результат предыдущего измерения на индикаторе 14. По окончанию импульса одновибратора 13 с низким уровнем прекращается запрет на работу синхронизатора 1 и, кроме того, фронт переключения выходного импульса одновибратора 13 с низкого уровня на высокий производит запись числа

м аМОг N, - -5- .

где а 1 м - размерный коэффициент;

I - база распространения продольных головных волн между излучающим 6 и приемным 7 преобразователями;

г- целое положительное число, определяющее точность и вес младшего разряда результата измерения толщины,

О

«л

чэ о

со о

от задатчика 9 кода в счетчик 10 и обнуляет счетчик 11, т.е. сбрасывает результат пре- дыдушего измерения толщины,

Синхронизатор 1 начинает периодически генерировать импульсы, которые поступают на вход формирователя 4 интервалов времени как старт-сигнал и одновременно запускают генератор 2 зондирующих импульсов. Выходные импульсы генератора 2 с помощью излучающего преобразователя 6 возбуждают в изделии ультразвуковые импульсы продольных головных волн. Распространяющийся в изделии ультразвуковой импульс продольных головных волн принимается приемным преобразователем 7, расположенным от преобразователя 6 на расстоянии I, и преобразуется в электриче- ский. Импульс преобразователя 7 поступает на другой вход формирователя 4 интервалов времени как стоп-сигнал.

В результате воздействия на входы формирователя 4 интервалов времени старт- и стоп-сигналов на его выходе вырабатывается прямоугольный импульс высокого уровня с длительностью

i,

где с - скорость распространения продольных волн в материале изделия.

Длительность Т| квантуется импульсами генератора 12 счетных импульсов, следующих с частотой fo, и результат ni Tifo записывается в счетчик 10 в режиме вычитания от его содержимого.

Задний фронт импульса формирователя 4 интервалов времени поступает на вход формирователя 5 интервалов времени как старт-сигнал и одновременно запускает генератор 3 зондирующих импульсов. Выходной импульс генератора 3 с помощью совмещенного преобразователя 8 возбуждает в изделии ультразвуковой импульс продольных объемных волн. Преобразователь 8 принимает и преобразовывает отраженный от задней поверхности изделия ультразвуковой импульс в электрический. Электрический импульс от преобразователя 8 поступает на другой вход формирователя 5 интервалов времени как стоп-сигнал.

В результате воздействия на входы формирователя 5 интервалов времени старт- и стоп-сигналов на его выходе вырабатывается прямоугольный импульс высокого уровня с длительностью Ть. Дли- 2h

тельность Ть

(h - толщина изделия)

квантуется импульсами генератора 12 счетных импульсов и результат пн Thfo записывается в счетчик 11 в режиме сложения.

Периодически процесс формирования прямоугольных импульсов с длительностями TI и Ть, квантование этих длительностей импульсами с частотой следования fo и подсчет результатов квантования в счетчиках 10 и 11 продолжается до достижения нуля в счетчике 10, т.е. решается система уравнений

10

0,

где m - объем выборки статистического измерения длительностей TI и Ть;

NH - результат измерения толщины.

При достижении на счетчике 10 нулевого состояния последним вырабатывается импульс, который переключает одновибра- тор 13 в состояние с низким уровнем на выходе. Сигнал с выхода одновибратора 13 дает запрет на работу синхронизатора 1. На этом один цикл периодического измерения толщины изделия заканчивается.

Результат измерения толщины, записанный в счетчик 11, определяется решением системы уравнений:

Nh mThfo

асЮ | 2h 2fo

fo ah10r.

Результат NH фиксируется на индикаторе 14. Необходимая дольная единица размерности результата измерения (см, мм и т.д.) устанавливается переносом запятой в индикаторе 14.

В случае, когда преобразователи толщиномера не установлены на поверхность измеряемого изделия или имеет место неу- довлетворительный акустический контакт между преобразователями и изделием, приемный преобразователь 7 не принимает ультразвукового импульса продольных головных волн и формирователь 4 интервалов времени не имеет стоп-сигнала. Тогда не производится запуск генератора 3 зондирующих импульсов и формирователя 5 интервалов времени, счетчик 10 производит подсчет импульсов генератора 12 до достижения нулевого состояния от первого же импульса синхронизатора 1 с последующим формированием импульса займа и переключением одновибратора 13, т.е. в толщиноме- ре автоматически обеспечивается запрет на формирование прямоугольного импульса с длительностью Ть, характеризующего толщину h.

Таким образом, ультразвуковой толщиномер обеспечивает повышение точности

и надежности измерения исключением

ложного формирования информативного сигнала, характеризующего толщину изделия, посредством автоматического анализа качества акустического контакта.

Формула изобретения Ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первый генератор зондирующих импульсов, первый преобразователь, содержащий излучающий и приемный элементы, первый формирователь интервалов времени, первый счетчик и одновибратор, и последовательно соединенные генератор счетных импульсов, второй счетчик и индикатор, второй вход первого формирователя интервалов времени соединен с выходом синхронизатора, выход генератора счетных импульсов - с вторым входом первого счетчика, а выход одновибратора - с третьим

входом первого счетчика, вторым входом второго счетчика и входом синхронизатора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности измерения, он снабжен задатчиком кода, соединенным с четвертым входом первого счетчика, и последовательно соединенными вторым генератором зондирующих импульсов, вторым преобразователем и вторым

формирователем интервалов времени, первый преобразователь выполнен раздельным, а его излучающий и приемный элементы расположены на заданном расстоянии один от другого, выход первого

формирователя интервалов времени соединен с входом второго генератора зондирующих импульсов и вторым входом второго формирователя интервалов времени, выход которого соединен с третьим

входом второго счетчика.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины изделий из различных материалов с помощью ультразвука без калибровки по контрольным образцам при одностороннем доступе к изделию. Целью изобретения является повышение надежности и точности измерения. Толщиномер снабжен эталонным и измерительным каналами, работающими по времени последовательно. Счетные импульсы, заполняющие временной интервал в эталонном канале, вычитаются на первом счетчике из заранее установленного числа, а в измерительном канале суммируются на втором счетчике. При достижении на пер1 вом счетчике нуля измерение прекращается и с второго счетчика снимается информация о толщине изделия. 1 ил.