Способ измерения толщины слоя в многослойной системе Советский патент 1992 года по МПК G01B17/02 

Изобретение о тносится к измерительной технике и может быть использовано при определении толщины слоя с помощью ультразвуковых (УЗ) волн, в частности при измерении толщины слоев жировой и мышечной ткани сельскохозяйственных животных.

Известен способ измерения толщины слоя, который состоит в том, что на одной из поверхностей слоя размещают совмещенный ультразвуковой преобразователь, излучают нормально к границам слоя ультразвуковые импульсы, принимают эхо-импульсы, отраженные от второй границы слоя, измеряют время t прямого и обратного распространения ультразвука в слое, предварительно на эталонных образцах измеряют скорость ультразвука с в веществе исследуемого слоя, толщину слоя вычисляют по соотношению 1 - c-t/2 i.

Способ имеет существенный недостаток, который состоит в том, что его невозможно применить, когда отсутствуют сведения о веществе слоя и, следовательно, нельзя определить предварительно скорость ультразвука.

Известен также способ измерения толщины слоя, заключающийся в том, что излучают и принимают совмещенным ультразвуковым преобразователем

J

ОС ГС

ел

J 1

отраженные нормально от границ слоя ультразвуковые импульсы, измеряют время распространения последних, на поверхности ввода ультразвука устанавливают друг за другом на одной оси с совмещенным преобразователем первый и второй приемные ультразвуковые преобразователи, изменяют угол ввода излучаемого ультразвукового сигнала с заданной угловой скоростью, измеряют промежуток времени между моментами приема ультразвукового сигнала первым и вторым приемными преобразователями, по которому с учетом времени распространения ультразвука при нормальном вводе, угловой скорости и расстояний между преобразователями определяют искомый параметр. Способ позволяет одновременно с толщиной слоя определить скорость ультразвука в нем pQ.

Однако известный способ невозможно применить для исследования слоя в многослойной системе, если он отде лен от поверхности, на которой размещены ультразвуковые преобразователи, другими слоями.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения толщины произвольного слоя в многослойной системе

На чертеже изображены совмещенный (S), два приемных преобразователя

321514

(РЛ и Рг), размещенные на одной поверхности трехслойной системы, и ход УЗ луча.

j Способ осуществляется следующим образом.

На доступной поверхности многослойной системы располагают на одной оси совмещенный S и два приемных

to

30

Р и Р/г. преобразователя .

Сначала совмещенный преобразователь S устанавливают таким образом, чтобы излучение УЗ волн происходило по нормам к границам слоев, возбуж15 дают его короткими электрическими сигналами и производят измерение времени t о прямого и обратного распространения УЗ импульсов в каждом из слоев, предшествующих (в направле20 нии излучения) исследуемому слою, а также в исследуемом слое.

Затем на совмещенный преобразователь подают непрерывные электрические колебания, изменяют угол ввода

25 уз с известной угловой скоростью СО так, чтобы УЗ сигнал, отраженный от границ слоев, попадал сначала на первый, а затем на второй приемный преобразователь, и измеряют промежутки времени й.Тп и

АТ4 .

Используя результаты измерений, решают относительно 1п и сп следую щую систему уравнений1.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ В МНОГОСЛОЙНОЙ СИСТЕМЕ

Изобретение может быть использовано при определении толщины слоя с помощью ультразвуковых (УЗ) волн, в частности при измерении толщины слоев жировой и мышечной ткани сельскохозяйственных животных. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения толщины слоя в многослойной системе. Совмещенный и два приемных преобразователя размещают на поверхности изделия, изменяют угол ввода УЗ с угловой скоростью СО, измеряют промежутки времени Л. Т между моментами приема на первом и втором приемных преобразователях сигнала, отраженного от границ раздела слоев, предшествующих (в направлении излучения УЗ) определяемому, вычисляют скорость УЗ и толщину исследуемого слоя с использованием значений СО, Л Т и расстояний -между преобразователями. 1 ил.

tgWtJ, D/(21),

- 2 .JlJ + , ,

tgat1(l B/(2i,),

t n. 2-Ч1 + Ва/4/с„

UT ,i+. + o,

(0

21, /c0

tgCOt, « (D/2 -(2EX- tg(arcsin(Јi. sinGJ t- )))) /1.,

JUj°

Jl +(D/2 - Sl-tgUrcsin. sin(01-,)))) t- - 2 (--Asfc1 Јdi.

51732151

j 1--д 1 + tg(arcsin - sinW-t; ,)) .«vr-- с.).

f у«... «.... .w

2с;

i«2.

Г

tgWti2 - (в/2 -((arcsin(Јi.sinCQ tj4 ))))/,,

JlJ -Vl;.tg(arcsin. sin63tL)))2

«. О / - i--Јi«. -- 4C4l 2 (

Xi V 1 +5gZ(arcsin(|i. sinGOt ))

c ,

);

I

P&Ti (tj4 tj2) +

tje- 2lj/cj;

tg6)ti, - (D/2-(2l; tg(arcsin( . sinOtJ, ))))

J 1 + (D/2 . tg(arcsin(Si sinQ t )))2 t в 2- f--- 5EST- Јj.+

.

П

и 1J.-J 1 + tg4(arcsin(. siti CO tn f))

-- - - ) j

t ni (B/2-(2l;tg(arcsin(i sinWt ))))

fez .- -

Jl +(B/2 -T)l;tg(arcsi7i(Јi-sinCOt )))2

1

2 (--+

n 1; J 1 + tg2(arcsin(-i ))X

JCl 4ч . ,

, ;

i

cnz+ fc« -

tno 21n/cn,

где D и В - расстояние между совме-чтобы, отразившись от

щенным и первым Р4 и . дальней (в направлении вторым Р2 приемными пре-излучения) границы слоя

образователями соответ-с номером j, попасть

ственно на приемный преобразоt - - время поворота УЗ лучаватель Р(,

1 от начального направле- под начальным направлением УЗ луния до того момента, ча, когда t-, 0, и tjz - 0, под- когда он направлен так, . разумевается направление по нормали

1732151

к границам слоев многослойной смете-

мы;

.время распространения УЗ сигнала, излученного совмещенным преобразо м

t - V

вателем в момент t ,от источника ло преобразователя

время поворота УЗ луча от начального направления до того момента, когда он направлен так, чтобы, отразившись от дальней в направлении излучения границы слоя с номером j, попасть { на приемный преобрази- ч ватель

время распространения УЗ сигнала, излученного совмещенным Преобразователем в момент tju, от источника до преобразователя Ра{

время распространения УЗ импульса в слое с номером j при нормальном вводе У3$

толщина слоя с номером j , скорость УЗ в слое с номером j{

промежуток времени между моментами приема сигнала, отраженного от дальней в направлении получения границы слоя с номером j, на первом Р и втором Рг приемных прёобра эователях;

jo

ч С Ъ 8

5

0

п - номер исследуемого

слоя. Формула изобретения

Способ измерения толщины слоя в многослойной системе, заключающийся в том, что излучают и принимают совмещенным ультразвуковым преобразователем отраженные нормально от . границы раздела ультразвуковые импульсы, измеряют время распространения последних, на поверхности ввода ультразвука устанавливают друг за другом на одной оси с совмещенным преобразователем первый и второй приемные ультразвуковые преобразователи, изменяют угол ввода излучаемого ультразвукового импульса с заданной угловой скоростью, измеряют промежуток времени между моментами при- . ема ультразвуковых импульсов первым и вторым приемными преобразователя- ми, по которому с учетом времени распространения ультразвука при

5 нормальном вводе, угловой скорости и расстояний между преобразователями определяют искомый параметр, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения толщины слоя в многослойной системе, дополнительно измеряют время прямого и обратного распространения импульса в каждом из слоев, предшествующих исследуемому в направлении из5 лучения, а также промежутки времени между моментами приема импульсов от дальней границы каждого слоя, предшествующего исследуемому, на первом и втором приемных преобразователях.

0

ч

я