Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер Советский патент 1991 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля, а именно к устройствам для измерения толщины изделий, например толщины стенки стальных и алюминиевых нефтепромысловых труб с наличием разностенности из-за неравномерного наружного износа и с грубо -, обработанш-тми и сильно корродированными криволинейными поверхностями, в основу которых заложен принцип ультразвукового эхоимпульсно- го метода контроля.

Цель изобретения - повышение точности за счет повышения помехозащищенности при измерении изделий с грубой неровной поверхностью.

На чертеже представлена блок-схема толщиномера.

Ультразвуковой эхоимпульсный толщи номер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2, пьезопреобразователь 3, усилитель 4, первую схему 5 совпадений и первый одновибратор 6, последовательно соединенные вторую схему 7 совпадений и второй одновибратор 8, подключенные к выходу синхронизатора 1 последовательно соединенные третий одновибратор 9 и по S-входам первый RS-триггер 10 и второй RS-триггер 11, последовательно соединенные третью схему 12 совпадений, инвертор И, четвертую схе- му 14 совпадений, интегратор 15 и индикатор 16.

Второй вход первой схемы 5 совпадений соединен с выходом первого

RS-триггера 10, первый вход второй схемы 7 совпадений соединен с выходом усилителя 4, а второй вход - с выходом второго RS-триггера 11, выход первого одновибратора 6 соединен с R-входом первого RS-триггера 10 и с первым входом третьей схемы 12 совпадений, а выход второго одновибратора 8 соединен с R-входом второго RS-трнг- гера 11 и с вторыми входами третьей схемы 12 совпадений и четвертой схемы 14 совпадений.

Преобразователь 3 излучает им- пульсы ультразвуковых колебаний через слой контактной жидкости 17 в контролируемое изделие 18.

Длительности импульсов первого одновибратора 6 и второго одновибрато- ра 8 равны друг другу или длительность импульса второго одновибратора 8 превышает длительность импульса первого одновибратора 6.

Ультразвуковой эхоимпульсный толщиномер работает следующим образом.

Синхронизатор 1 запускает генератор 2 возбуждающих импульсов и третий одновибратор 9с Импул.ьс электри- ческих колебаний генератора 2 возбуждает пьезопреобразователь 3, который преобразует электрический импульс в зондирующий ультразвуковой импульс и излучает его через слой контактной жидкости 17 в контролируемое изделие 18. Зондирующий ультразвуковой импульс частично отражается от наружной поверхности изделия 18, частично проникает в толщу изделия 18 и много- кратно отражается от его противоположных поверхностей, что показано на чертеже стрелками. Отраженные ультразвуковые эхоимпульсы принимаются преобразователем 3 и преобразуются в электрические, которые усиливаются усилителем 4. После усиления эхоимпульсы поступают на первые входы первой схемы 5 совпадений и второй схемы 7 совпадений. Третий одновибра- тор 9 генерирует электрический импульс, начало которого совпадает с началом возбуждающего импульса генератора 2, а длительность превышает длительность возбуждающего им- пульса генератора 2. Задним фронтом импульса третьего одновибратора 9 по S-входу первый RS-триг- гер 10 переводится во второе устойчивое состояние и на выходе первого RS-триггера 10 появляется импульс напряжения, которое отпирает первую схему 5 совпадений по второму входу, но не воздействует на S-вход второго RS-триггера 11. Так как до прихода на второй вход первой схемы 5 совпадений импульса с выхода первого RS-триггера 10 она была заперта, на выходе первой схемы 5 совпадений нет возбуждающего импульса, который поступает на вход усилителя 4 от генератора 2. Первый импульс, который появляется на выходе первой схемы 5 совпадений, является эхоимпульсом, отраженным от наружной поверхности изделия 18. Этот эхо-импульс запускает первый одновибратор 6, импульс с выхода которого своим передним фронтом по R-входу первого RS- триггера 10 переводит его п первоначальное состояние. Перепад напряжения на выходе первого RS-триггера 10 переводит по S-входу второй RS- триггер 11 во второе устойчивое состояние, и одновременно по второму входу запирает первую схему 5 совпадени Таким образом, на выходе первой схемы 5 совпадений появляется только один импульс, являющийся эхоимпульсо отраженным от наружной поверхности изделия 18, после чего первая схема 5 совпадений запирается выходным напряжением первого RS-триггера 10 и не пропускает на свой выход эхоимпульсы, следующие за эхоимпульсом от наружной поверхности изделия 18, т.е многократно отраженные эхоимпульсы в толще изделия 18. Это исключает лоные повторные срабатывания первого одновибратора 6.

С выхода второго RS-триггера 11 напряжение, соответствующее его второму устойчивому состоянию, поступае на второй вход второй схемы 7 совпадений и отпирает ее с некоторой задержкой, превышающей длительность эхоимпульса, отраженного от наружной поверхности изделия 18, так что вторая схема 7 совпадений не пропускает на свой выход конец эхоимпульса от наружной поверхности изделия 18. На выходе второй схемы 7 совпадений появляется эхоимиульс, следующий ,за эхоимпульсом, отраженным от наружной поверхности изделия 18, т.е. эхоимпульс, отраженный от противоположной поверхности изделия 18. Этот

эхоимпульс запускает второй одновиГ.- ратор 8, импульс с выхода которого своим передним фронтом по R-пхолу второго RS-триггера I 1 перенодит ег.) в первоначальное состояние. Иереи,-. ; напряжения нп выходе второго RS-триг- гсра 11 запирает вторую схему / сон- падений по второму нходу. Таким образом, ча выходе второй схемн 7 con- падений появляется только один импульс, являющийся эхоимп гльсом, отраженным от противоположной пове.рхносг, изделия 13, после чего вторая схема 7 совпадений запирается выходным г спряжением второго RS-трнггера 11 и не пропускает на свои выход следукшще многократно отраженные в толще изделия 18 эхоимпульсы. Это исключает ложные повторные срабатывания второго одно- вибратора 8. Сдвиг по времени между передними фронтами импульсов первого одновибратора 6 и второго одновибрато- ра 8 определяется только толщиной изделия 18, а сдвиг по времени между задними фронтами этих импульсов определяется как толщиной изделия 18, так и превышением длительности импульса второго одновибратора 8 над длительностью импульса первого одновибратора 6.

Импульс с выхода первого одновибра- тора 6 поступает на первый вход третьей схемы 12 совпадений, а импульс г выхода второго одновибратора 8 поступает на второй вход третьей схемы 2 совпадений и одновременно на второк вход четвертой схемы 14 совпадений .

Если на обоих входах третьей схемы 12 г липа доний нет перепадов напря- жений, то на ее выходе, т.о. на входе инвертора 13, тоже не г перепадл напряжении, а на выходе инвертора 13, а значит, и на перлом входе четвертой схемы 14 совпадении есть перепад напряжения. Но на втором входе четвертой схемы 14 совпадений ист перепада напряжения, поэтому на выходе четвертой схемы 14 совпадении нет перепада напряжения, поэтому на выходе четвертой схемы 14 совпадений тоже нет перепада напряжения, пттому на входе интегратора 15 отсутствует входное напряжение .

Гели на первом входе третьей схемы 12 совпадений есть перепад напряжения, а ча втором входе нет, то на выходе третьем схемы 1 совпадений,

т. е. на входе иг.пер- -орп 13, тоже, нет перепада напряжении, и, аналогично npt;;,bi;;vrieMy случаи, на выходе четвер с ri i i схемы 14 совпадений и на входе интегратора 1 Ь отсутствует вход- it ii напряжение.

Г.сли на обоих входах третьей схимы 12 совпадений существуют перепади напряжений, то на выходе третьей схемы 12 совпадений тоже существует перепад напряжения, которое поступает на вход инвертора 13, и на выходе инвертора 13, т.е. на пер- 5 °н входе четвертой схемы 14 совпадений, перепад отсутствует. Поэтому четвертая схема 14 совпадений оказывается запертой но первому входу и ич выходе ее, а значит, и на входе

0 интегратора 15 отсутствует входное напряжение.

Если на первом входе третьей схемы 12 совпадений нет перепада напряжения, а на втором входе этой

5 схемы и на втором входе четвертой схемы 14 совпадений существует перепад напряжения, то на выходе третьей схемы 12 совпадений и на входе инвертора 13 перепада напряжений нет.

0 Тогда на выходе инвертора 13 и на первом входе четвертой схемы 14 совпадений существует перепад напряжений. Так как на втором входе четвертой схемы 14 совпадений тоже

5 существует перепад напряжения, то

на выходе четвертой схемы 14 совпадении и на входе интегратора 15 существует входное напряжение, которое, интегрируясь интегратором 15, посту0 пает на индикатор 16.

Поскольку импульс первого одно- вибратора 6 кончается раньше импульса второго одновибратора 8, на выхое де четвертой схемы 14 совпадений формируется измерительный импульс, длительность которого, как выше отмечалось, определяется как толщиной изделия 18, так и превышением дли- Q телыюсти импульса второго одновибратора 8 над длительностью импульса первого одновнбратора 6. Если длительности импульсов пррвого одновибратора 6 и вт орого одновибратора 8 равны,то цли- , тельность измерите льного импульса на входе интегратора 1 5 прямо пропорциональна только io;vi.HHi изделия 18.В любом случае показания инд иатора 16 пропорциональны тотщннс 1ГШ1 г:ия 18.

Таким образом, измерительный импульс на входе интегратора 15 формируется по задним фронтам импульсов первого одновибратора 6 и второго одновибратора 8. Если в результате пропадания эхоимпульса, отраженного от противоположной поверхности изделия 18, второй одновибра- тор 8 не срабатывает, то пропадает и измерительный импульс, что исключает резкие изменения показаний индикатора в сторону больших значений показаний толщины или ложные показания измеряемой толщины.

Формул

изобретения

Ультразвуковой эхоимпульсный толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор, пьезопреобразователь, усилитель, первую схему совпадений и перт вый одновибратор, последовательно iсоединенные вторую схему совпадений, второй одновибратор и третью схему

совпадений, подключенные к выходу синхронизатора последовательно соединенные третий одновибратор и первый RS-триггер, выход которого связан с вторым входом первой схемы совпадений, и последовательно соединенные интегратор и индикатор, отличающийся тем, что, с целью

(0 повышения точности контроля, он снабжен последовательно соединенными инвертором, вход которого связан с выходом третьей схемы совпадений, и четвертой схемой совпадений, выход ко15 торой подключен к входу интегратора, и вторым RS-триггером, выход которого связан с первым входом второй схемы совпадений, выход второго одно- вибратора соединен с вторым входом

20 четвертой схемы совпадений и с R-вхо- дом второго RS-триггера, S-вход которого подключен к выходу первого RS- триггера, соединенного R-входом с выходом первого одновибратора, а выход

25 усилителя подключен к второму входу второй схемы совпадений.

Изобретение относится к средствам измерения ультразвуковым неразру- шаюгаим методом и может быть использовано при одностороннем доступе к изделию для измерения его толщины. Цель изобретения - повышение точности за счет повышения помехозащищенности при измерении изделий с грубой неровной поверхностью. После прохождения через изделие 18 зондирующего импульса отраженный сигнал от верхней грани проходит через схему 5 совпадения на индикатор 16, после чего другим входом она блокируется триггером 10 и поэтому многократно переотраженные от верхней грани сигналы не проходят на индикатор 16. Аналогично донный сигнал проходит через схему 7 совпадения, после чего она блокируется сигналом с выхода триггера 11. Временной сдвиг между двумя полученчыми импульсами определяется толщиной изделия 18.Если пропадает донный сигнал, одновибратор 8, под- ключ еннын к выходу схемы 7 совпадения, не срабатывает и измерительный импульс не попадает на индикатор, что исключает ложные показания. 1 ил. Ј (Л