УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР Советский патент 1967 года по МПК G01B17/02 

Известны ультразвуковые резонансные толщиномеры, содержаш,ие пьезопреобразователь, генератор качающейся частоты, питающий пьезопреобразователь, генератор нрямоугольных имиульсов, управляемый резонансными импзльсами, триггер, опрокидываемый фронтами носледовательно следующих прямоугольных импульсов, интегрирующую схему для интегрирования импульса триггера и преобразования его в напряжение, пропорциональное толщине контролируемого изделия, и индикаторный прибор. Однако эти толщиномеры не нозволяют определить отклонение измеренной толщины от эталонной и недостаточно точны.

Предлагаемый толщиномер отличается от известных тем, что он снабжен эталонным каналом, выполненным в виде резонансного контура, собственная частота которого равна собственной частоте контролируемого изделия номинальной толщины, формирователя прямоугольных импульсов с регулятором их длительности, управляемого резонансными импульсами резонансного контура, триггера, опрокидываемого фронтами последовательно следующих прямоугольных импульсов измерительного и эталонного каналов, интегрирующей схемы, преобразующей импульс триггера в напряжение, пропорциональное разности измеренной и эталонной толщины, и индикатора, показывающего величину этой разности. Такая схема толщиномера повыщает его точность.

На чертел е изображена блок-схема описываемого ультразвукового резонансного . толщиномера.

Толщиномер содержит измерительный и эталонный каналы. Измерительный канал состоит из генератора / качающейся частоты, в контур которого включен пьезопреобразователь 2, прозвучивающий контролируемое изделие 3, генератора 4 пилообразного тока, полосового фильтра 5, усилителя 6 вертикального отклонения, блока формирования резонансных импульсов. Последний содержит первый ждущий мультивибратор 7 и первый дифференцлрующий усилитель 8.

Эталонный канал толщиномера выполнен в виде резонансного контура, собственная частота которого равна собственной частоте контролируемого изделия номинальной толщины, и формирователя прямоугольных нмнульсов, включающего в себя буферный каскад 9, кварцевый фильтр 10, детектор //, видеоусилитель 12, второй ждущий мультивибратор 13, второй дифференцируюи ий усилитель М. Кроме того, эталонный канал включает триггер 15, опрокидываемый фронтами последовательно следующих прямоугольных имнульсо.р. измерительного и эталонного каналов, для формирования импульсов точного отсчета. Триггер 16 служит для формирования импульсов грубого отсчета. Второй каскад 17 совпадения и первый каскад 18 совпадения предиазначены для выделения импульсов грубого отсчета и импульсов точного отсчета во время прямого хода генератора пплообразного тока. Формирующий усилитель 19 управляет каскадом совпадений. Эталонный канал снаблсеп также интегрирующей схемой (пепочки 20 и 21), преобразующей длительность импульса точного отсчета в напряжение, пропорциональное разности измеренной и эталонной толщины, и индикатором 22, показывающим величину этой разности.

Контроль толщины с номощью ультразвукового резонансного толщиномера осуществляется следующим образом.

Пьезонреобразователь 2 искательной головки устанавливается на предварительно смазанную трансформаторным маслом поверхность контролируемого изделия.

Пьезоэлемент ультразвуковой головки включен в контур генератора 1, частота которого качается генератором 4 пилообразного тока. Когда толщина детали равна или кратна целому числу длин полуволн, в металле устанавливается режим стоячей волны и происходит наибольшая передача энергии от контура генератора к изделию. Это приводит к изменению анодного тока лампы генератора, которое носит импульсный характер. Указанные импульсы отделяются полосовым фильтром 5 от общего изменения анодного тока, усиливаются усилителем 6 и первым ждущим мультивибратором 7 преобразуются в импульсы с постоянной длительностью н крутыми фронтами, что необходимо для четкой работы последующих устройств.

Одновременно частотно-модулированный сигнал с генератора 1 через буферный каскад 9 поступает на кварцевый фильтр 10. В момент равенства частоты генератора частоте кварцевого фильтра иа выходе кварцевого фильтра появляются опорные импульсы. Резонансная частота фильтра равна основной резонансной частоте выбранной эталонной толщины. Выбором частоты кварцевого фильтра осуществляется ступенчатое изменение эталонной толщины. Последняя выбирается, исходя из удобства отсчета и необходимой точности.

Опорные импульсы, продетектированные детектором //и усиленные видеоусилителем 12, запускают второй ладущий мультивибратор 13, который формирует импульсы постоянной амплнтуды. Меняя длительность имнульса второго ждущего мультивибратора, можно плавно изменять величину эталонной толщины. Каждый импульс первого ждущего мультивибратора 7, продифференцированный первым дифференцирующим усилителем S, устанавливает триггер точного отсчета в положение «Ноль. Задние фронты импульсов второго ждущего мультивибратора, продифференцированные вторым дифференцирующим усилителем 14, устанавливают триггер точного отсчета в положение «Единица. Таким образом, длительность импульса триггера точного отсчета пропорциональна отклонению измеряемой толщины от ближайшей меньшей толщины, кратной эталонной.

Одновременно продифференцированные первым дифференцирующим усилителем импульсы первого ждущего мультивибратора 7 устанавливают триггер грубого отсчета в положение «Ноль, а импульсы триггера точного отсчета своим задним фронтом устанавливают триггер грубого отсчета в положение «Единица. Следовательно, длительность триггера грубого отсчета обратно пропорциональна измеряемой толпд,ине. Так как указанные выше импульсы вырабатываются как при прямом ходе генератора пилообразного тока, так и при обратном, то для гашения импульсов триггера точного отсчета и триггера грубого отсчета во время обратного хода их импульсы ноступают на первый каскад 18 совпадения и на второй каскад 17 совпадения соответственно.

Генератор 4 через формирующий усилитель 19 вырабатывает прямоугольный импульс, который управляет первым и вторым каскадами совпадения. На выходе каскадов совпадения остаются импульсы, соответствующие по времени прямому ходу генератора пилообра зного тока. С выхода первого каскада совпадения импульсы первой интегрирующей цепочкой 20 нреобразуются в нервый постоянный ток, величина которого пропорциональна отклонению толщины стенки от ближайшей меньшей толщины, кратной эталонной. С выхода второго каскада совпадения импульсы второй интегрирующей цепочкой 21 преобразуются во второй постоянный ток, величина которого обратно нронорциональна толщине контролируемой стенки. Нервое постоянное напряжение измеряется индикатором 22, второе ностоянное напряжение измеряется индикатором 23. Итак, отсчет толщины производится по шкалам двух индикаторов. По шкале индикатора 23 отсчитывается однозначно толщина стенки, по шкале индикатора 22 отсчитывается отклонение толщины от эталонной.

Предмет изобретения

Ультразвуковой резонансный толщиномер, измерительный канал которого содержит пьезопреобразователь, .прозвучивающий контролируемое изделие, генератор качающейся частоты, питающий пьезопреобразователь, формирователь прямоугольных импульсов, управляемый резонансными импульсами, снятыми с нагрузки генератора, триггер, опрокидываемый фронтами последовательно следующих прямоугольных импульсов, интегрирующую схему, преобразующую импульс триггера в напряжение, пропорциональное толщине, и

индикаторный прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен эталонным каналом, выполненным в виде резонансного контура, собственная частота которого равна собственной частоте контролируемого изделия номинальной толщины, формирователя прямоугольных импульсов с регулятором их длительности, управляемого резонансными импульсами резонансного контура.

триггера, опрокидываемого фронтами последовательно следующих прямоугольных импульсов измерительного и эталонного каналов, интегрирующей схемы, преобразующей импульс триггера в напряжение, пропорциональное разности измеренной и эталонной толщины, индикатора, показывающего величину этой разности.