ЦИФРОВОЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ Советский патент 1968 года по МПК G01N29/18 

Цифровой автоматический измеритель скорости распространения ультразвуковых колебаний относится к аппаратуре, используемой для контроля качества материала изделий без их разрушения в процессе изготовления изделий и эксплуатации. Основной областью применения измерителя является контроль прочности бетонных дорожных и аэродромных покрытий.

Известны цифровые измерители скорости распространения ультразвуковых колебаний, содержащие ударное устройство возбуждения, генератор-синхронизатор, пьезопреобразователь-излучатель, два принимающих пьезопреобразователя, два канала усиления и преобразователь временного интервала в цифровой код с индикатором.

Предлагаемый автоматический измеритель отличается от известных тем, что он снабжен системой приведения амплитуд сигналов к одному уровню, системой автоматического усреднения результатов и фазоинверсным каскадом.

Система приведения амплитуд сигналов к одному уровню выполнена в виде последовательно включенных амплитудного дискриминатора, схемы антисовпадений и управляющего триггера. В этой схеме с первым ее входом соединены через амплитудный дискриминатор выходы линейных усилителей, со вторым входом - первые выходы схем выделения. Выход схемы антисовпадений соединен с одним из входов управляющего триггера, ко второму входу которого подключены вторые выходы схем выделения. Выход триггера соединен с конечными каскадами усилителей.

Это отличие позволяет уменьшить ошибку, возникающую при формировании временного интервала из-за неравенства амплитуд, принимаемых пьезопреобразователями ультразвуковых колебаний, определять поправку к результату измерения на изменение частотного спектра колебаний и получать изменение спектра в качестве самостоятельного параметра, уменьшить ошибку измерения скорости волны удара, вызванную нестабильностью параметров возбуждаемых ударом колебаний, и измерять затухание колебаний в материале.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого цифрового измерителя; на фиг. 2 - схема управления двигателем ударного устройства.

Упругие колебания, возбуждаемые ударным устройством 1 или пьезопреобразователем-излучателем 2, распространяются в материале контролируемого изделия 3 и последовательно достигают установленных на поверхности изделия принимающих пьезопреобразователей первого канала 4 и второго канала 5. Одно временно с возбуждением колебаний генератор-синхронизатор 6 вырабатывает импульс сброса, устанавливающий элемент схемы в исходное состояние.

Электрические колебания, формируемые пьезопреобразователем первого канала 4, проходят через тракт усиления первого канала. При этом они усиливаются линейным усилителем 7, пороговым каскадом 8 преобразуются в последовательность прямоугольных импульсов. Первый из этих импульсов проходит через схему выделения 9 первого полупериода и через оконечный каскад 10, подаются на первый вход преобразователя 11 временного интервала в цифровой код.

Передний фронт этого импульса задает начало преобразуемого интервала. Электрические колебания, формируемые пьезопреобразователем второго канала 5, проходят через тракт усиления второго канала, содержащий линейный усилитель 12, пороговый каскад 13, схему 14 выделения первого полупериода и оконечный каскад 15. Передний фронт импульса, выделенного схемой 14 и поступившего через каскад 15 на второй вход преобразователя 11, определяет конец преобразуемого интервала времени.

Приведение к заданному уровню амплитуды сигналов перед пороговыми каскадами трактов усиления первого и второго каналов производится при установке переключателя П1 в положения II и III соответственно. Выходной сигнал линейного усилителя 7 или 12 поступает одновременно на пороговый каскад 5 или 13 и на амплитудный дискриминатор 16, напряжение срабатывания которого втрое больше напряжения срабатывания каскадов 8 и 13.

Если в рассматриваемом канале амплитуда первого полупериода выходного сигнала линейного усилителя превышает напряжение срабатывания дискриминатора 16, последний формирует импульс, соответствующий первому полупериоду колебаний и поступающий на один из входов схемы антисовпадений 17. Импульс схемы выделения 9 или 14 с задержкой 10 мк/сек подается на второй вход схемы антисовпадений 17, с задержкой 16 мксек - на оконечный каскад 10 или 15 и без задержки - на первый вход управляющего триггера 18, устанавливая его в состояние, разрешающее прохождение сигналов через оконечный каскад 10 или 15. Поскольку на обоих входах схемы антисовпадений появляются импульсы, соответствующие первому полупериоду колебаний, на второй вход триггера 18 сигнал не подается и импульс схемы 9 или 14 через каскады 10 или 15 поступает на первый или второй вход преобразователя 11.

Так как команда управляющего триггера 18 подается только на оконечный каскад рассматриваемого канала, на преобразователь 11 поступают импульсы, задающие и начало и конец измеряемого временного интервала и на табло регистрируется близкий к искомому результат.

Если амплитуда первого полупериода колебаний на выходе линейного усилителя рассматриваемого канала меньше напряжения срабатывания дискриминатора 16, на выходе последнего не формируется импульс, соответствующий первому полупериоду, и формируемый схемой антисовпадений импульс устанавливает управляющий триггер 18 в состояние, запрещающее прохождение сигнала на первый или второй ход преобразователя 11. В первом случае отсутствует импульс начала измеряемого интервала и на табло регистрируются нулевые показания, во втором случае отсутствует импульс, задающий окончание интервала, что приводит к переполнению сметчика.

Схема преобразователя 11 обеспечивает в случае переполнения установку счетчика в нулевое состояние. Для изменения амплитуды сигналов служат входные аттенюаторы линейных усилителей, а критерием установки требуемого затухания - изменение результата измерения на нулевое.

Положение аттенюаторов линейных усилителей 7 и 12 при приведенных к заданному уровню сигналах позволяет определять затухание упругих колебаний при их распространении между принимающими пьезопреобразователями первого и второго каналов.

Определяют изменения частотного спектра колебаний путем измерения длительности первых полупериодов колебаний, принимаемых пьезопреобразователями первого и второго каналов, для чего переключатель П2 устанавливается во II и III положения соответственно. При этом на фазоинвераный каскад 19 поступают выходные сигналы линейных усилителей 7 или 12 (начало измеряемого интервала времени определяется передним фронтом первого полупериода, окончание - передним фронтом второго полупериода колебаний).

Для получения усредненного результата при измерении (скорости распространения волны удара переключатель П3 устанавливается в положение III (см. фиг. 2). При этом напряжение питания на двигатель подается через нормально-замкнутые контакты микровыключателя K2, управляемого кулачком, закрепленным на оси редуктора так, что кулачок совершает один оборот за время десяти ударов устройства.

Ударное устройство работает до размыкания контактов микровыключателя. С помощью кнопки K1 осуществляется установка элементов схемы в исходное состояние, а с помощью кнопки K3 - запуск ударного устройства. После нанесения 10 ударов двигатель останавливается вследствие размыкания контактов микровыключателя K2.

В этом режиме цепь синхронного сброса обрывается, благодаря чему в цифровом счетчике суммируются результаты десяти последовательных измерений. Подсвет запятой, смещенной на один разряд влево, обеспечивает демонстрацию на табло усредненного результата.

1. Цифровой автоматический измеритель скорости распространения ультразвуковых колебаний, содержащий генератор-синхронизатор, ударное устройство возбуждения, пьезопреобразователь-излучатель, два принимающих пьезопреобразователя, два канала усиления, выполненных в виде последовательно включенных линейного усилителя, порогового каскада, схемы выделения первого полупериода и оконечного каскада, преобразователь временного интервала в цифровой код и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, обеспечения измерения затухания и определения изменения частотного спектра колебаний, он снабжен системой автоматического усреднения, фазоинверсным каскадом и системой приведения амплитуд сигналов к одному уровню, выполненной в виде последовательно включенных амплитудного дискриминатора, схемы антисовпадений и управляющего триггера, в которой с первым входом схемы антисовпадений соединены через амплитудный дискриминатор выходы линейных усилителей, со вторым входом - первые выходы схем выделения, а выход схемы антисовпадений соединен с одним из входов управляющего триггера, ко второму входу которого подключены вторые выходы схем выделения, причем выход триггера соединен с оконечными каскадами усилителей.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что система автоматического усреднения содержит выключатель в цепи сброса, редуктор с кулачком, связанным с микровыключателем в цепи питания ударного устройства, и нормально-разомкнутую кнопку, включенную параллельно контактам микровыключателя.

3. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что со входом фазоинверсного каскада соединены выходы линейных усилителей, а выходы фазоинверсного каскада - со входами пороговых каскадов каналов усиления.