Ультразвуковой толщиномер Советский патент 1991 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к н пазрушаю- щим методам контроля и может быть использовано в ультразвуковой (УЗ) толщинометрии.

Известно устройство, содержащее синх- ршизатор, генератор зондирующих импульсов, раздельно-совмещенный (PC) преобразователь, усилитель, пороговое устройство, генератор импульсов задержки, формирователь измерительных импульсов, аналого-цифровой преобразователь(АЦП), счетчик и формирователь функции,

В указанном устройстве повышение точности получают путем изменения уровня срабатывания порогового устройства по закону функции временной регулировки чувствительности,

Недостатком известного устройства является значительная погрешность при контроле иэделий сложной формы, когда амплитуда

эхо-сигнала зависит не только от толщины изделия, но и от радиуса кривизны.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, PC-преобразователь, усилитель и первый пороговый элемент, последовательно соединенные генератор импульсов задержки, вход которого связан с выходом генератора зондирующих импульсов, изме- ритепь временных интервалов и АЦП, первый элемент И и цифровой индикатор.

Недостатком известного устройства является низкая точность при измерении малых толщин, так как генератор импульсов задержки, определяющий начало отсчета, формирует импульсы с длительностью, равной сумме

гаД

времени прохождения УЗ-колебаний через призмы PC-преобразователя я времени, равного одному полупериоду эхо-сигнала, при малых толщинах изменяющейся в результате наложения эхо-сигналов продольных и поперечных колебаний, что приводит к появлению ошибки при малых толщинах.

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, РС-преобразователь, усилитель и первый пороговый элемент, последовательно соединенные генератор импульсов задержки, вход которого связан с выходом генератора зондирующих импульсов, измеритель временных интервалов и АЦП, первый элемент И и цифровой индикатор, дополнительно снабж ен последовательно соединенными вторым пороговым элементом, вход которого связан с выходом усилителя, вторым элементом И и первым элементом ИЛИ, выход которого подключен к второму входу измерителя временных интервалов, последовательно соединенными третьим пороговым элементом, вход кот орого связан с выходом усилителя, третьим элементом И, вторым элементом ИЛИ, первым триггером и интегратором, последовательно соединенными Формирователем стробов, третьим элементом ИЛИ и четвертым элементом И, выход которою подкпючен к второму входу первого элемента ИЛИ, а второй вход - к выходу первого порогового элемента, последовательно соединенными вторым триггером, вход которого связан с выходом первого порогового элемента, а выход - с вторым входом первого триггера, и формирователем импульсов заданной длительности, выход которого связан с вторым входом третьего элемента И, реверсивным счетчиком, вход запрета которого подключен к выходу интегратора, а выход - к входу цифрового индикатора, и пятым элементом И, включенным между выходом третьего элемента ИЛИ и суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого связан с выходом первого элемента И, второй выход формирователя стробов соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, третий выход формирователя стробов подключен к второму входу второго элемента И и первому входу первого элемента И, выход АЦП связан с вторыми входами первого и пятого элементов И, а выход синхронизатора подключен к входу формирователя стробов и вторым входам второго триггера и второго элемента ИЛИ.

На фиг,1 представлена структурная схема ультразвукового толщиномера; на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая его работу; на фиг 3 - диаграмма, поясняющая

работу порогового устройства толщиномера,

Ультразвуковой толщиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов,

0 PC-преобразователь З, усилитель 4 и первый пороговый элемент 5, последовательно соединенные генератор 6 импульсов задержки, измеритель 7 временных интервалов и АЦП 8, первый элемент И 9, последователь5 но соединенные второй пороговый элемент 10, второй элемент И 11 и первый элемент ИЛИ 12, последовательно соединенные третий пороговый элемент 13, третий элемент И 14, второй элемент ИЛИ 15, первый триг0 гер 16 и интегратор 17, последовательно соединенные формирователь 18 стробов, третий элемент ИЛИ 19 и четвертый элемент И 20, последовательно соединенные второй триггер 21 и формирователь 22 им5 пульсов заданной длительности, пятый элемент И 23, реверсивный счетчик 24 и цифровой индикатор 25. Вход генератора б импульсов задержки соединен с выходом генератора 2 зондирующих импульсов. Вы0 ход первого порогового элемента 5 соединен с первым входом второго триггера 21 и вторым входом четвертого элемента И 20, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ 12. Выход первого

5 элемента ИЛ И 12 соединен с вторым входом измерителя 7 временных интервалов. Выход усилителя 4 соединен также с входами второго и третьего пороговых элементов 10 и 13. Выход второго триггера 21 соединен

0 также с вторым входом первого триггера 16. Выход формирователя 22 импульсов заданной длительности соединен с вторым входом третьего элемента И 14. Выход синхронизатора 1 соединен с вторыми вхо0 дами элемента ИЛИ 15 и второго триггера 21, а также с входом формирователя 18 стробов, второй выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ 19, а третий его выход соединен с первым входом

0 первого элемента И 9 и вторым входом второго .элемента И 11. Выход третьего элемента И 19 соединен также с первым входом пятого элемента И 23. Выход интегратора 17

5 соединен с входом запрета реверсивного счетчика 24. Выход АЦП 8 соединен с вторыми входами первого и пятого элементов И 9 и 23. Выход пятого элемента И 23 соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 24. Выход первого элемента И 9 соединен с вычитающим, входом реверсивного

счетчика 24, а его выход - с цифровым индикатором 25.

Ультразвуковой толщиномер работает следующим образом.

С выхода синхронизатора 1 импульсы 26 (фиг.2) запускают генератор 2 зондирующих импульсов, который формирует импульсы 27. Последние запускают генератор 6 импульсов задержки и возбуждают РС-преобразова- тель 3. Генератор б импульсов задержки вырабатывает импульсы 28, которые подаются на первый вход измерителя 7 временных интервалов. Эхо-сигнал, принятый PC-преобразователем З, усиливается усилителем 4 и подается на входы пороговых элементов 5, 10 и 13 (фиг.З). Все три пороговых элемента 5, 10 и 13 имеют различную величину порога срабатывания. Величина порога срабатывания второго порогового элемента 10 Unop2 в два раза больше величины порога срабатывания Unopi первого порогового элемента 5. В этом случае, измеряя временной интервал от начала отсчета толщины до прихода эхо-сигнала при помощи первого порогового элемента 5, получают временной интервал TL Измеряя временной интервал при помощи второго порогового элемента 10, получают временной интервал длительностью Т2. Результат измерения будет зависеть от величинь; порога срабатывания или амплитуды первого полупериода эхо-сигнала. Для устранения этой погрешности измерение необходимо проводить по моменту пересечения нулевой линии передним фронтом первого полупериода эхо-сигнала. В этом случае длительность временного интервала равна Т0 и не зависит от амплитуды эхо-сигнала. Временной интервал Т0 можно определить следующим образом. Эхо-сигнал представляет собой синусоиду. Так как начальный участок синусоиды достаточно линейный и Unop. 2Unopi, можно записать, что Т2-Т1 Ti -T0 AT. Отсюда м.ожно определить Т0: Т0 Ti - ДТ Ti-(T2-Ti) 2Ti-T2.

Реализацию этой Формулы осуществляют следующим образом.

„ С выходов формирователя 18 стробов, который запускается синхроимпульсами 26, поступают стробирующие импульсы 29, 30 и 31. С третьего выхода формирователя 18 стробов импульс 29 поступает на первый вход элемента И 9. Сигнал 34 с выхода вто- рого порогового элемента 10 поступает на второй вход элемента И 11, с выхода которого он через элемент ИЛИ 12 поступает на второй вход измерителя 7 временных интервалов. На первый вход измерителя 7 временных интервалов поступают импульсы 28

с выхода генератора 6 импульсов задержки, который формирует импульсы 28 с длительностью, равной времени прохождения УЗ- импульсов через контактные призмы РС-преобразователя 3. С выхода измерителя 7 временных интервалов импульс 36 с длительностью Та (фиг.З) поступает на вход АЦП 8, где преобразуется в пропорциональное количество счетных импульсов N2. которые через элемент И 9 поступают на шину вычитания реверсивного счетчика 24. Импульсы 30 и 31 с первого и второго выходов формирователя 18 стробов поступают на

входы элемента ИЛИ 19. С выхода элемента ИЛИ 19 импульс 32 поступает на первый вход элемента И 23 и на второй вход элемента И 20. Сигналы 33 с выхода первого порогового элемента 5 через элемент И 20 и

элемент ИЛИ 12 поступают на второй вход измерителя 7 временных интервалов, который формирует импульсы 37 с длительностью Ti (фиг.З). В АЦП 8 импульсы 37 преобразуются в пропорциональное количество счетных импульсов Ni, которые через элемент И 23 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 24, и получают число NO, пропорциональное длительности временного интервала Т0 (фиг.З): N0 2Ni N2. После этого значение М0 индицируется на цифровом индикаторе 25.

Если амплитуда первого полупериода эхо-сигнала будет приближаться к значению Unop2 или станет меньше этого значения, то

возникает дополнительная погрешность. Для устранения этой погрешности вводится третий пороговый элемент 13, порог срабатывания которого Unop3 2,5Unopi. При помощи третьего порогового элемента 13 вырабатывается признак, который разрешает или запрещает измерение. Осуществляется это следующим образом. Синхроимпульсы 26 устанавливают триггер 21 э единичное состояние. Импульсами 33 триггер 21 устанавливается в исходное состояние. Задним фронтом импульсов 38 переводится триггер 16 в единичное состояние и запускается формирователь 22 импульсов заданной длительности, который формирует импульсы 39

с длительностью т , причем 1/2 Т г Т, где Т - длительность периода эхо-сигнала. Импульсы 39 подаются на второй вход элемента И 14. На первый вход элемента И 14 подаются импульсы 35 с выхода третьего

порогового элемента 13. Если все три пороговых элемента 5, 10 и 13 срабатывают от первого полупериода эхо-сигнала, то импульсы 35 с выхода третьего порогового элемента 13 проходят через элемент И 14 и элемент ИЛИ 15 и поступают на первый

вход триггера 16 и переводят его в нулевое состояние. В результате этого на выходе триггера 16 формируются импульсы 40, которые поступают на вход интегратора 17, Так как длительность импульсов 40 не превышает 1 /4 периода эхо-сигнала, на выходе интегратора 17 сигнал будет равен нулю, что является сигналом разрешения измерения для реверсивного счетчика 24. Если третий пороговый элемент 13 срабатывает от второго полупериода эхо-сигнала, то импульсы 35 с его выхода не проходят через элемент И 14 и не переключают триггер 16 в нулевое состояние. В этом случае триггер 16 переводится в нулевое состояние передним фронтом синхроимпульсов 26, которые подаются на триггер 16 через второй вход элемента ИЛИ 15. НА выходе триггера 16 формируются импульсы 41 большой длительности, которые поступают на интегратор 17. С выхода интегратора 17 импульсы 4 поступают на вход запрета реверсивного счетчика 24 и запрещают работу в режиме измерения.

Предлагаемый ультразвуковой толщиномер позволяет повысить точность измерения малых толщин изделий, когда амплитуда и длительность первого полупериода эхо-сигнала изменяется в значительных пределах.

Формула изобретения Ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, раздельно-совмещенный преобразователь, усилитель и первый пороговый элемент, последовательно соединенные генератор импульсов задержки, вход которого связан с выходом генератора зондирующих импульсов, измериталь временных интервалов и аналого- цифровой преобразователь, первый элемент И

и цифровой индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен последовательно соединенными вторым пороговым элементом, вход которого связан с выходом усилителя, вторым элементом И и первым элементом ИЛИ, выход которого подключен к второму входу измерителя временных интервалов, последовательно соединенными третьим пороговым

элементом, вход которого связан с выходом усилителя, третьим элементом И, вторым элементом ИЛИ, первым триггером и интегратором, последовательно соединенными формирователем стробов, третьим элементом ИЛИ и четвертым элементом И, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, а второй вход - к выходу первого порогового элемента, последовательно соединенными вторым триггером,

вход которого связан с выходом первого порогового элемента, а выход- с вторым входом первого триггера, и формирователем импульсов заданной длительности, выход которого связан с вторым входом третьего элемента И,

реверсивным счетчиком, вход запрета которого подключен к выходу интегратора, а выход - к входу цифрового индикатора, и пятым элементом И, включенным между выходом третьего элемента ИЛИ и суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого связан с выходом первого элемента И, второй выход формирователя стробов соединен с вторым входом третьего-элемента ИЛИ, третий выход формирователя стробов подключен к второму входу второго элемента И и первому входу первого элемента И, выход аналого- цифрового преобразователя связан с вторыми входами первого и пятого элементов И, а

выход синхронизатора подклкнен к входу формирователя стробов и вторым входам второго триггера и второго элемента ИЛИ.

Фиг. 1

И

И

п

ЙЬЭ

&

гз

31

п.

JL

вь. т- ,

«ЦЈЈ

Ј1

п

t//topЈ

/

TV

TV

фигЗ