Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер Советский патент 1992 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при измерении толщины различных материалов, а,также скорости ультразвука в дета; лях известной толщины.

Известен ультразвуковой толщиномер, содержащий RS-триггеры, схемы совпадет ния и последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, приемопередающий блок, усилитель и компаратор.

Недостаток - его низкая надежность.

Наиболее близким к предлагаемому является ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первый одновибратор, первый RS-триггер, первую схему совпадения, выходом подключенную к С-входу первого RS-триггера, второй одновибратор, второй RS-триггер и вторую схему совпадения, выходом подключенную к С-входу второго RSтриггера, последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, вход которого подключен к выходу синхронизатора, приемопередающий преобразователь, усилитель, первый компаратор, третью схему совпадения, второй вход которой подключен к выходу первого RS-триггера, измеритель временных интервалов и индикатор, последовательно соединенные второй компаратор, информационный вход которого подключен к выходу усилителя, четвертую схему совпадения, вторым входом подключенную к выходу второго RS-триггера, а выходом - к второму входу измерителя временных интервалов, третий RS-триггер, S-вход которого йвйзан с выходом второй схемы совпадения, а выход - с третьим входами третьей и четвертой схем совпадения, .источник опорного напряжения, подключенный к опорному входу первого компаратора, выход первого компаратора соединен с вторым входом первой схемы совпадения, выход второго компаратора связан с вторым входом второй схемы совпадения, а выход синхронизатора подключен к входам сброса первого и второго RS-триггеров и измерителя временных интервалов.

Недостаток этого толщиномера - его низкая точность и надежность из-за того, что третий эхо-сигнал может отсутствовать.

Цель изобретения - повышение точности и надежности измерения толщины при изменяющихся параметрах детали (толщина, непараллельность, кривизна поверхностей и т.п.) за счет точного формирования временного интервала между первым и вторым эхо-сигналами от поверхностей измеряемой детали, а также исключения перестройки порогов дискриминации амплитуд импульсов.

, Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первый одновибратор, первый RS-триггер, первую схему совпадения, выходом подключенную к С-входу первого RS-триггера, второй одновибратор, второй RS-триггер и вторую схему совпадения, выходом подключеннуюк С-входу второго RS-триггера, последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, вход которого подключен к выходу синхронизатора, приемопередающий преобразователь, усилитель, первый компаратор, третью схему совпадения, второй вход которой подключен к выходу первого RS-триггера, измеритель временных интервалов и индикатор, последовательно соединенные второй компаратор, информационный вход которого подключен к выходу усилителя, четвертую схему совпадения, вторым входом подключенную к выходу второго RS-триггера, а выходом - к второму входу измерителя временных интервалов, третий RS-триггер, S-вход которого связан с выходом второй схемы совпадения, а выход - с третьими входами третьей и четвертой схем совпадения, источник опорного напряжения, подключенный к опорному входу первого компаратора, и источник единичного потенциала, выход первого компаратора соединен с вторым входом первой схемы совпадения,, выход второго компаратора связан с вторым входом второй схемы совпадения, а выход синхронизатора подключен к входам сброса первого и второго RS-триггеров и измерителя временных интервалов, снабжен последовательно соединенными пятой схемой

совпадения, первым входом подключенной к инверсному выходу третьего RS-триггера, а вторым входом - к выходу синхронизатора, вычитающим счетчиком, информационные входы которого подключены к источнику единичного потенциала, а установочный вход - к выходу измерителя временных интервалов, цифроаналоговым преобразователем и первым коммутатором,

0 управляющий вход которого соединен с инверсным выходом третьего RS-триггера, и последовательно соединенным делителем напряжения, входом подключенным к выходу цифроаналогового .преобразователя, и

5 вторым коммутатором, управляющий вход которого соединен с прямым выходом третьего RS-триггера, а опорный вход второго компаратора связан с выходами коммутаторов.

0Связь взаимодействия указанных элементов с остальными элементами толщиномера позволяет автоматически, в зависимости от изменения амплитуды донного эхо-импульса, формировать значение

5 опорного напряжения, определяющего по рог дискриминации амплитуды донного эхоимпульса. Тем самым обеспечивается точное формирование временного интервала между первым и вторым эхо-сигналами,

0 соответствующего измеряемой толщине.

На чертеже изображен ультразвуковой эхо-импу)1ьсный толщиномер, структурная схема.

Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2зондирующих импульсов, приемопередающий преобразователь 3 и усилитель 4, последовательно соединенные первые

0 одновибратор 5, входом подключенный к выходу синхронизатора 1, RS-триггер 6, схему 7 совпадений, выходом подключенную к С-входу первого RS-триггера 6, вторые одновибратор 8, RS-триггер 9, схему 10 совпадений, выходом подключенную к С- входу второго RS-триггера 9, последовательно соединенные первый компаратор 11, пер, вым входом подключенный к выходу усилителя 4, вторым входом - к источнику Uon

0 опорного напряжения, третью схему 12 совпадений, второй вход которой соединен с выходом первого RS-триггера, измеритель 13 временных интервалов и индикатор 14, последовательно соединенные второй компаратор 15, первым входом подключенный к выходу усилителя 4, четвертую схему 16 совпадений, выходом подключенную к второму входу измерителя 13, а вторым входом - к выходу второго RS-триггера 9, выход второго компаратора 15 подключей к второму входу второй схемы 10 совпадений, третий RS-триггер 17, S-входом подключенный к выходу второй схемы 10 совпадений, выходом - к третьим Мр дам третьей 12 и четвертой 16 схем совпёдений, последовательно соединенные пятую схему 18 совпадений первым вхо дом подключенную к второму выходу третьего RS-триггера 17, вторым входом к выходу синхронизатора 1, вычитающий счетчик 19, информационные входы которого подключены к источнику питанияга установочный вход РЕ - к второму выходу измерителя 13 временных интервалов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 20, цифровые входы которого подключены к соответствующим выходам вычитающего счетчика 19, аналоговый вход - к источнику Uon опорного напряжения, первый коммутатор 21, управляющий вход которого соединен с вторым выходом третьего RS-триггера 17, а выход - с вторым входом второго компаратора 15, последовательно соединенные делитель 22 напряжения, входом подключенный к выходу ЦАП 20, второй коммутатор 23, управляющий вход которого соединен с первым выходом третьего RSтриггера 17, а выход - с вторым, входом второго компаратора 15.

Толщиномер работает следующим образом.

Синхронизатор 1 передним фронтом запускает генератор 2 зондирующих импульсов, устанавливает RS-триггеры 6 и 9 и измеритель 13 временных интервалов в исходноесостояние и задним фронтом запускает первый одновибратор 5. Генератор 2 возбуждает импульс, излученнь1й пьезопреобразователем 3, вводится через согласующую среду в контролируемое изделие и, распространяясь в нем, претерпевает многократные отражения от поверхностей. УЗ-колебания, возникающие при этом, принимаются пьезопреобразователем 3, преобразуются им в электрические сигналы, которые поступают на усилитель. Усиленные сигналы поступают на входы первого 11 и второго 15: компараторов. На один из входов первого компаратора 11 подается опорное напряжение Don, которое выбирается несколько большим, чем максимальная амплитуда шумов.

Импульсы на выходе первого компаратора 11 появляются, когда амплитуда сигналов на входе больше уровня опорного напряжения. Сигналы подаются одновременно и на вход второго компаратора 15. Причем на второй вход этого компаратора от ЦАП 20 через первый коммутатор 21 подается опорное напряжение Don. Егозн ачение определяется состоянием цифровых выходов, которое задается значением цифровых выходов вычитающего счетчика 19. В исходном состоянии на всех входах устанавливается единица при поступлении на вход РЕ счетчика от измерителя 13 временных интервалов. Это состояние соответствует максимальному значению опорного напряжения, которое выбирается несколько большим, чем максимальная амплитуда донного импульса. При этом на выходах второго компаратора 15 и второй схемы 10 совпадений донный импульс отсутствует и третий RS-триггер 17 находится

5 в нулевом состоянии, а второй выход - в состоянии 1, которое, будучи подано на второй вход пятой схемы 18 совпадений, разрешает прохождение импульсов синхронизатора 1 на тактовый С-БХОД вьмитающе0 го счетчика 19. От поступающих импульсов состояние цифровых выходов счетчика .19 дискретно изменяется, и соответственно уменьшается значение опорного напряжения Don. Когда его значение на втором входе

5 второго компаратора 15 меньше донного импульса, на выходе этого компаратора и соответственно на выходе второй схемы 10 совпадений появится импульс, который установит третий RS-триггер 17 в единичное

О состояние. При этом на инверсном выходе триггера будет нулевое состояние, запрещающее прохождение импульсов синхронизатора 1 через пятую схему 18 совпадений и опорного напряжения Uon через первый

5 коммутатор 21. Одновременно потенциал прямого выхода третьего RS-триггера 17 открывает второй коммутатор 23. Таким , образом, установившееся значение .цифровых выходов счетчика 19 и соответствующих входов ЦАП 20 зафиксирует значение опорного напряжения Uon, равное амплитуде донного импульса, которое с делителя 22 напряжения на заданном уровне порога дискриминации будет прило5 жено через открытый второй коммутатор 23

к второму входу второго компаратора 15.

( Для выделения информационных сигналов

из серии импульс служат одновибраторы 5

и 8, RS-триггеры 6, 9 и 17 и схемы 7, 10.12 и

0 16 совпадений.

Длительность выходного импульса первого одновибратора 5 определяется време. нем переходных процессов в усилителе 4 и толщиной согласующего материала. По заднему фронту импульса взводится первый триггер 6. На его выходе устанавливается потенциал, разрешающий прохождение импульсов от второго компаратора 15 через первую схему 7 совпадений. Первый импульс, соответствующий первому эхо-импульсу, пройдя через первую схему 7 совпадений, своим задним фронтом по С-входу сбрасывает первый RS-триггер 6, который запрещает дальнейшее прохождение импульсов через первую схему 7 совпадений и запускает второй одновибратор 8, по заднему фронту его импульса взводится второй RS-триггер 9. На выходе второго RS-триггера 9 устанавливается потенциал, разрешающий прохождение импульсов через вторую схему 10 совпадений. После сложения импульсов на выходе схемы 10 совпадений появляется импульс, соответствующий донному эхо-импульсу. Задним фронтом этого импульса второй RS-триггер 9 сбрасывается и запрещает прохождение импульсов через вторую схему 10 совпадений. Этим же импульсом взводится третий RS-триггер 17, На выходе его устанавливается потенциал, разрешающий прохождение импульсов первого 11 и второго 15 компараторов соответственно через третью 12 и четвертую 16 схемы совпадений. После сложения импульсов на выходах этих схем совпадений появляются импульсы, соответствующие отражениям от наружной (первый) и внутренний (донный) поверхностей детали.

Таким образом, из всей серии импульсов выбирают два импульса, передние фронты которых соответствуют заданному порогу дискриминации амплитуд первого и второго (донного) эхо-импульсов, а время между ними при любых изменения амплитуд донных эхо-импульсов соответствует измеряемой толщине.

Импульсы поступакэт на измеритель 13 временных i интервалов, где длительность Тизм. преобразуется в метрические единицы, соответствующие измеряемой толщине, которые отсчитываются по индикатору 14.

Использование изобретения позволяет повысить точность контроля толщины и стабильность результатов измерений при наличии различных влияющих факторов: переменная толщина, изменяющаяся шероховатость, кривизна поверхности и т.п., приводящих к резкому и непредсказуемому изменению амплитуды сигналов в процессе измерения, Кроме того, оно позволяет исключить перестройку порогов дискриминации амплитуд импульсов при контроле материалов с различными коэффициентами затухания, изменяющейся шероховатости и кривизны поверхности, и тем самым упростить настройку прибора при эксплуатации.

Формула изобретения Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первый одновибратор, первый RS-триггер, первую схему совпадения, выходом подключенную к С-входу первого RS-триггера, второй одновибратор, второй RS-триггер и вторую схему совпадения, выходом подключенную к С-входу второго RS-триггера, последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, вход которого подключен к выходу синхронизатора, приемопередающий преобразователь, усилитель, первый компаратор, третью схему совпадения, второй вход которой подключен к выходу первого RS-триггера, измеритель временных интервалов и индикатор, последовательно соединенные второй компаратор, информационный вход которого подключен к выходу усилителя, четвертую схему совпадения, вторым входом подключенную к выходу второго RS-триггера, а выходом - к второму входу измерителя временных интервалов, третий RS-триггер, S-вход которого связан с выходом второй схемы совпадения, а выход - с третьими входами третьей и четвертой схем совпадения, источник опорного напряжения, подключенный к опорному входу первого компаратора, и источник еди-. ничного потенциала, ыход первого компаратора соединен с вторым входом первой схемы совпадения, выход второго компаратора связан с вторым входом второй схемы совпадения, а выход синхронизатора подключен к входам сброса первого и второго RS-триггеров и измерителя временных интервалов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, он снабжен последовательно соединенными пятой схемой совпадения, первым входом подключенной к инверсному выходу третьего RS-триггера, а вторым входом - к выходу синхронизатора, вычитающим счетчиком, информационные входы которого подключены к источнику единичного потенциала, а установочный вход- к выходу измерителя временных интервалов, цифроаналоговым преобразователем и первым коммутатором, управляющий вход которого соединен с инверсным выходом третьего RS-триггера, и последовательно соединенными делителем напряжения, входом подключенным к выходу цифроаналогового преобразователя, и вторым коммутатором, управляющий вход которого соединён с прямым выходом третьего RS-триггера, а опорный вход второго компаратора связан с выходами коммутаторов.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при измерении толщины различных материалов, а также скорости ультразвука в детали известной толщины. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений. При измерении толщины по интервалу времени между приходами импульсов отражения от граней изделия происходит слежение за амплитудой донного импульса. Вычитающий счетчик с приходом каждого синхроимпульса изменяет свое состояние, уменьшая тем самым пороговый уровень для донного эхо-импульса. Когда он сравняется с амплитудой этого импульса, происходит измерение искомого интервала времени. 1 ил.слс