Способ измерения толщины металлического листа и датчик для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01B15/00 

Изобретение относится к области СВЧ- измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения толщины металлических листов.

Целью изобретения является повышение чувствительности за счет увеличения полезного фазового набега при взаимодействии электромагнитного поля с поверхностью металлического листа,

На фиг,1 - 4 изображены условные схемы, поясняющие варианты осуществления зондирования объекта волнами по предлагаемому способу; на фиг.5 и 6 - варианты функциональных схем датчика, реализующих данный способ измерения.

Датчик содержит волноводные резонаторы 1, трехплечие циркуляторы 2 и волноводы 3 с открытыми торцами.

Способ заключается в многократном одновременном зондировании поверхностей

металлического листа электромагнитными волнами, возбуждаемыми в волноводных резонаторах. При этом обеспечиваются условия для многократного увеличения чувствительности к измеряемой величине, т.е происходит фактическое возрастание крутизны кривой f(x), характеризующей зависимость собственной частоты f электромагнитных колебаний объемного резонатора от расстояния х между его торцом и поверхностью металлического листа.

На фиг. 1 показана условная схема образования в волноводном резонаторе стоячей волны при многократном зондировании контролируемой поверхности одной из встречных волн в резонаторе, образующих стоячую волну. На фиг.2 и 3 показаны схемы, соответствующие случаям, когда для получения полезной информации используются не одна.а обе встречные волны в резонатоО XI Ю

00

сл

ре,взаимодействующие поверхностью листа вместе или раздельно. Собственная частота колебаний каждого из таких резонаторов изменяется при одновременном многократном взаимодействии поля стоячей волны резонатора с поверхностью листа. Если для получения информации о толщине листа с помощью схем, показанных на фиг.1, 2 и 3 необходимы два резонатора, то с помощью схемы на фиг.4 необходим один резонатор С-образной формы.

Операцию зондирования поверхности листа в указанных схемах повторяют такое число раз, которое необходимо для получения требуемой чувствительности. Для схем на фиг.1 - 3 условие резонанса в таких синтезирующих резонаторах может быть записано следующим образом:

2#а+К2/ЗпХ 2ль,(1)

где L - общая длина волноводного тракта вне области зондирования, т.е. выше пунктирной линии на фиг,1 - 3:/ п 2 7rfn/V j - фазовая постоянная, Уф - фазовая скорость волны в резонаторе, равная скорости волны С на участках длиной х, т.е. в пространстве между резонатором и контролируемым листом; f - собственная частота колебаний резонатора n-готипа; К 1.2,.., - число зондирований, т.е. число раз, которое волны, образующие стоячую волну в резонаторе, взаимодействуют с поверхностью листа при падении на нее и отражении от этой поверхности, в частности зондирования могут быть произведены по нормали к поверхности листа.

Из соотношения (1) следует Сп

fn

(2)

2 (L + к х) Число п соответствует номеру возбуждаемого типа колебаний.

Чувствительность Sn dfn/dx к измеряемому расстоянию х, как следует из выражения (2) есть

. Сп k Cn k

Sn

(3)

2(L + k xf 2 L2

где х «L.

По сравнению с известными способами измерений толщины металлического листа чувствительность возрастает в К раз, так как изменение расстояния х в предлагаемом способе приводит к большему в К раз изменению собственной частоты.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройств, в которых организовано многократное взаимодействие с поверхностями контролируемого металлического листа.

На фиг.5 и б приведены схемы датчика для осуществления предлагаемого способа. В нем обеспечено взаимодействие с поверхностями листа одной (фиг,5) и обеих (фиг.6)

встречных волн в волноводных резонаторах 1 раздельно. Для обеспечения такого раздельного взаимодействия волн в состав каждого резонатора 1 введены трехплечие циркуляторы 2. Подсоединение циркулято0 ров 2 к волноводам осуществлено их первыми и вторыми плечами, места включения этих циркуляторов в разрыв волноводного резонатора может быть произвольным, т.е. как эквидистантным, так и с разными интер5 валами между соседними циркуляторами. Число циркуляторов выбирается с учетом требуемой чувствительности к толщине листа, оно соответствует числу осуществляемых зондирований, для чего к третьему

0 плечу каждого циркулятора 2 подсоединен одним из торцов волновод 3, другой торец которого открыт и направлен в сторону соответствующей поверхности листа.

Датчик на фиг.5 соответствует схеме

5 зондирования на фиг.1, датчик на фиг.6 соответствует схеме на фиг.З. Как видно из схем на фиг.5 и 6, они отличаются друг от друга включением циркуляторов, на этих схемах направления прохождения волн че0 рез циркуляторы обозначены стрелками, показывающими путь волны от одного плеча цмркулятора к другому.

Схема зондирования обеих сторон листа с помощью одного датчика может быть

5 реализована на основе датчика на фиг.5 или 6, которым придана С-образная форма.

Схема зондирования при взаимодействии с поверхностью листа обеих встречных волн вместе (см.фиг.2) может быть реализо0 вана, например, с применением системы зеркал, отражающих многократно волны от датчика к контролируемой поверхности (поверхностям) листа.

Описанный способ измерения толщины

5 металлического листа и датчик для его осуществления позволяют значительно (многократно) увеличить чувствительность по сравнению с чувствительностью, обеспечиваемой в известных решениях. Указанные

0 технические решения могут быть реализованы не только с применением элекромаг- нитных волн СВЧ-диапазона частот, но и других диапазонов волн на основе соответствующей этим диапазонам элементной базы.

5 Формула изобретения

1. Способ измерения толщины металлического листа, заключающийся в том, что контролируемый лист с каждой из сторон зондируют электромагнитным полем стоячей волны с помощью волноводного резонатора и по изменению характеристик этого поля судят о толщине листа, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, контролируемую поверхность зондируют дополнительно К-раз одновременно в нескольких заданных точках, при этом каждый раз в качестве зондирующей волны используют отраженную стоячую волну.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что, при дополнительном зондировании раздельно используют отраженные волны от поверхности листа и от поверхности резонатора.

0

3. Датчик для измерения толщины металлического листа, содержащий два волно- водных резонатора, расположенных встречно с зазором для установки контролируемого листа, отличающийся тем, что он снабжен в каждом резонаторе К-трехпле- чими циркуляторами и волноводами с открытым торцом по числу циркуляторов, резонаторы выполнены составными, а каждый циркулятор двумя из своих плеч сопрягает смежные отрезки резонаторов, а третьим плечом соединен с соответствующим волноводом, открытый торец которого направлен в процессе измерения в сторону поверхности листа.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения толщины металлических листов. Целью изобретения является повышение чувствительности за счет увеличения полезного фазового набега при взаимодействии электромагнитного поля с поверхностью контролируемого металлического листа. Информативным параметром является собственная частота электромагнитных колебаний резонатора. Датчик для достижения поставленной цели содержит К 1,2... трехплечих циркуляторов, включенных в резонатор своими первым и вторым плечами, к третьему плечу каждого из которых подсоединен волновод с открытым торцом, направленным в сторону соответствующей поверхности листа 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

|ппги

Фиа.7

Фиг.З

ппгт

///////////////А

Фие.2.

фиаА

t г

с:

Фив. 5

1 г

Фиг. 6

Т

°