Ультразвуковой резонансный толщиномер Советский патент 1975 года по МПК G01N29/04 

1

Изобретение относится к технике ультразвукового неразрушающего контроля качества материалов и изделий.

Известен ультразвуковой резонансный толщиномер, содержащий генератор качающейся частоты, электроа кустический нреобразователь, фильтры, детектор, усилитель, резонансных импульсов промежуточного иммерсионного слоя, формирователь и усилительограничитель резонансных измерительных имнульсов, выходной регистрирующий блок и блок контроля.

предлагаемый толщиномер отличается от известного тем, что выходной регистрирующий блок выполнен в виде кинеско пического блока, к модулятору и катоду .которого подключены параллельно выходы усилителя-ограничителя резонансных измерительных импульсов и оконечного каскада усилителя резонансных импульсов промежуточного иммерсионного слоя. Кроме того, он снабжен установленными перед его экраном измерительными шкалами толщин, развернутыми вдоль кадровой развертки луча кинескопа, а поверхность экрана измерительного кинескопа покрыта слоем светочувствительного материала, обеспечивающим затемнение световых линий-указателей, одиночно возникающих в разных местах экрана по кадровой развертке луча кинескопа, соответствующих неровностям поверхностей контролируемого изделия, и выделение световых линий-указателей, соответствующих измеряемой толщине.

Это позволяет повысить точность контроля изделий с различной чистотой обработки поверхности.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого толщиномера на фиг. 2 приведены вре.менные диаграммы работы толщиномера; на фиг. 3 дай пример расположения по длине измерительной части экрана кинескопа световых линий-указателей толщины, возникающих от резонансных импульсов контролируемого слоя при каждом периоде кадровой развертки за /г-ое количество последовательных .кадров; на фиг. 4 - график зависимости суммарной интенсивности свечеиия отдельных мест светочувствительного фильтра, нанесенного на внешнюю поверхность экрана кинескопа.

Толщиномер состоит из генератора 1 касающейся радиочастоты, в контур которого включен пьезоэлектрический преобразователь 2 (фиг. 1). Пространство между контролируемым изделием 3 и пьезоэлектрическим преобразователем 2 запол.няется водой 4, которая является промежуточным контактирующим слоем, проводящим ультразвуковые колебания. Контур генератора радиочастоты состоит из конденсаторов с регулируемой емкостью, которыми производится настройка

прибора на заданный диапазон контролируемых толщин, и из катушек с переменной индуктивностью (не показаны), входящих в состав частотного модулятора о модуляторного блока 6. Последний служит для изменешп индуктивности контурных катушек и, следовательно, для качания радиочастоты генератора 1. Модуляторный блок состоит из частотного модулятора 5 и электроиного усилите.ая 7 пилообразиых имнульсов тока. В а подную цепь усилителя включены катушки под: 1ап1ичива1ния, которые насажены на магннтонрсвод модулятора. В зазоры магнитопровода вставлены камеры, внутри которых помещены контурные катушки генератора качающейся частоты, причем все их внутреннее пространство зянолнепо ферритовым иорошкон.

Для управления работой модуляторного блока служит генератор 8 пилообразиых импульсов, выход которого подключен па вход усилителя 7.

Для выделения, формирования и усиления резонансных имиульсов из высокочастотного сигнала генератора 1 применен усил тельно-нреобразовательпый блок 9. На выходе генератора 1 качающейся частоты нмсегся детектор, к которому подключен фильтр 10, предназначенный отфильтровывать высокочастотную составляющую сигнала и выделять резонансные импульсы воды (промежуточного иммерсионного слоя, находящегося между пьезопреобразователем 2 и контролируемым изделием 3).

Для усиления этих импульсов нрименеп усилитель 11, на выходе которого усгаповлены детекторы с фильтром 12 п следующий за ним усилитель 13, нредназначенные выделять резонансные импульсы контролируемо1о слоя из сигнала, получаемого на выходе усилители М. С целью нолучения калиброванных рабочих измерительных имнульсов нужной д.тктельности из сигналов, снимаемых с выхода усилителя 13, и для уменьшения помех, соответствующих всякого рода неровностям поверхностей контролируемого изделия, применен формирователь 14 имнульсов, состоящий из усилителя-ограничителя амплитуд п дкфференпирующей цепи. Для успления рабочих измерительных имнульсов до необходимо амплитуды служит усилитель 15, подключенный к выходу формирователя 14.

Для правильного визуального отсчета толщины контролируемого изделия с различной чистотой обработки новерхпостей иримепеп электронно-лучевой измерительный блок 16. Для изображения формы резонансных импульсов воды служит электроипо-лучевой блок 17, который выполиен па электр;лп10-лучевой трубке 18. Для горизонтальной раззергки луча трубки служит парафазный усилитель 19. С целью синхронизации горизонтальной развертки с качанием частоты гсперато за 1 вход усилителя 19 подключен к выходу генератора 8 пилообразного папряжеппн. Дли вертикальной развертки луча трубки примеИы::()лио:: 1:;мерителы;ын олок выполпе) ; на К1П1ССКОНС 21.

лк)лул;ггсру и катоду кинескопа нодклюк-кы 11Г:раллел1)110 усилителя 5пзмеритол; пых ; М1 ульсои И ВЫХОД усилитсля 11 рез;)П;;нсиь;х ли1ул15сов воды. Для повышения

иа;1еи. контроля вненп1яя поверхность 3iq);ina i-ciniccKona покрыта светочувствительным (ijn;ii)TpoM. состоягцнм пз светочувствительного материал; пеобход1:мой толщипы. Для у;,()бстпа отсчета толп;ппы экран трубки закр1)Гг зпсло:1кой, На которой имеются измеритсл1 пые щели и шкалы. Через измерительные гщ.-;; пр(хмг трпва отся отсчетные световые лиши;, создаваемые лучом кппескопа на его экране. Весь дпаназоп измеряемых гс;лщип разбит на 1;од;и1апазс 1Ы, причем каждый поддиапазон перекрывает соседпис па 40-50%, чтобь; пом1;и;1льная тслп1пна контролируемого изделия находилась па середине шкалы 1 ыбранпого поддиапазона или вблизи от нее.

Для горизонтальной и вертикально разверток луча ;змср;1тельпого кинескопа служит э.л(м-;т юмги-питиа5 отклоняю -1,ая система. Для оГ)зазоЕа ;ия си.а,тов вертикальиого отклоне п:5 пспол зуется iC scpaTOp 22 строчной

развсртк, создагоипп пи.тообразныс импульсы с частотой 7-20 -сгц а выходе которого

BK,) 1 Ь;СОКОВОЛЬ 1 1 СТрОЧ)Й -раНСфОрMaiop. Для получспия С1П1 алов горизопталь iun развертки применеп генератор 23 кадро 5{)ii );:31 Сртки, созд, имиульсы пилообразной с час1отой около 50 гн.

С 1слыо обеспсчсиия синхрон 1ой работы геijcparojja 8 1П1Лообрезиых импульсов и генератора 23 адрово11 развертки примене 1Ы синхропнзато) 24, созда1О1ДИЙ импульсы синхроппзам.ии, и yc pOiic во 25 задержки этих им ;ульс(И5 ISO врсмспи. Спнхроннзатор 24 состо гг из Одран ;ч 5теля амплитуд, дифференцируюиСЙ , и усилителя импульсов. На вход С1 хронизатора 24 с блока 26 нитапия подается напряжение сипусоидальной формы с ноСТОЯ1ПТОЙ частотой 50 гц. Устройство 25 времсипой задержки служит для создания импульсов С пгхропнз;;и 5и, которыми запускается 1енсрсггор ка;1ровой развертки.

Для п гг;1ния ci:o, кинескопа применен высоковольт 1ЫЙ выпрямитель 27, на который подается высокое напряжение с высоковольтного строчного трансформатора генератора 22. Блок 26 служит для питания всего прибора стаб 1Л зирова1 пыми напряжениями.

Толпииюмср работает следующем образом.

)о1 изатор 24 преобразовывает синус(,чг;л ое напряжение с частотой 50 гц, поступа О ;:,се ИЗ блока 26 пн1апия, в синхрониз ;р 1;)ии;е ;.;м;Г1ульсы 28 (. 2). Эти имнульсы запускают геператор 8 пилообразного напр -жс . Имиульсы 29 пилообразной формы

иодаются ia вход арафазного усилителя 19

г(1рнзоп1альной развертки электронно-лучевой трубки 18 и на вход усилителя 7 импульсов тока модуляторного блока 6. Ммпульсы 30 тока, проходящие через катушки подмагничивания частотного модулятора 5, I-ISMCLIHют магнитную проницаемость магнитопрозода, в результате чего изменяется индуктивность контурных катун ек генератора 1 радиочастоты. Поэтому изменение радиочастоты 3 происходит в такт с импульса,1и 29 генератора 8. Радиочастота 31 генератора 1 качается в пределах, заданных амплитудой пидообразных импульеов напряжения на входе уеилнтеля 7 тока. Преобразователь 2, включенный п контур генератора радиочастоты, работает на промежуточный столб воды 4. При качаши радиочастоты, когда толщина промежуточного слоя воды между преобразователем 2 н контролируемым изделием кратна половине длины волны ультразвуковых колебаний, в нем возникают стоячие волны. При этом радиочастотный сигнал 32 генератора 1 модулируется резонансными имнульсамн 33 воды. За период качания радиочастоты, когда толщина измеряемого изделия равна или кратна ноловнне длины волны ультразвуковых колебаний, амплитуда резонансных импульсов на радиочастотном сигнале 34 значительно уменьншется. После детектирования н нрохождения сигнала через фильтр 10 и усилнтедь 11 резонанс от контролируемого изделия выделяется как провал 35 на фоне резонаненых импул-сов 36 воды. Эти имнульсы поступают на парафазный усилитель 20 вертикального отклонения и далее на электрон1ю-лучевую трубку 18, на экране которой видны их нзсбраже:тия. С вы.хода усилителя 11 резонансные имнульсы воды поступают на детектор и фильтр 12, которые выделяют резонансные импульсы 37 толщины контролируемого 1-13ДРЛНя. Да.дее этп выделенные резонансные импульсы усилиза;отся уеплителем 13 и преобразовываются шормирозателем 14 в рабочие измерительные импульсы 38. Сформирояяпиые и;пптел1- Ь е Г.тп л:1еы усиливаются усилителем 15 н подаютея на модулятор и катод кинескопа 21, многокра -но усиливая яркость луча в моменты ультразвукового резонанса коптролмруемо-о слоя, создавая на экране при строчной разпертке яркую световую линию-лказатель 39, которая служит указателем толгнины. Эта световая линия-указатель передвнга тся но экрану в соответствии с изменением толнщны контролируемого изделия. С выхода оконечного каскада усилителя 11 через двухполунериодный детектор усиленный и продектированный сигнал резонансных импульсов воды ноступает на модулятор и катод кинескопа 21. производя световую модуляцию луча. При этом па экоане кинескопа возникает световое ило Г-жение формы сигнала резонансных нмпульсо воды в виде светового фона 40, промодулпрованного темными нровалами 41, соответрезонансам контролируемого ствуюпдпми слоя. На фиг. 2 световые указатели 39 и фон 40 условно показаны в негативном изображении. Посередине светового провала 41 возникает изображение световой линии-указателя 39 толщины. От выпуклостей, внадин и прочих неровностей могут также возникать импульсы 42. создающие ложные световые линии-указатели -43, затрудняющие правильный отсчет толнтины. Соответствующие им резонансные нровэлы 44 н 45 нзображений резонансных нмпульсов В07Ы обычно менее четко выражены по сравнению с провалами 35 и 41, соответствуюпилп резонансу основной измеряемой тодТ1,-П1Ы изделия. Поэтому при одновре:ч ::;о вп.тлггт- тг экране кинескопа нескольких резонансных темных провалов со свртовь-л1и лнннямн-Хказателямн по четкости нзображентш нх опре.деляют резонансный поовал, соответстг,уюн1ий измеряемой толщине изделия, а но месту его положения делают правильный выбор светового указателя и производят правильный отсчет толщины. Основная толщина контролируемого изделия, например толщина оболочки кабеля в пронессе оппессования при его продольном движентн-1. изменяется плавно или же не изменяется. Поэтому световые линии-указатели 39 (Фиг. 3), возннкающие на измерительном экране кинескопа от резонансных им.пульеов, соответствующих измеряемых толщины, будут находиться в одном месте при измененной толп .нне н плавно смениться при изменении толщины. При выступах, впадинах и прочих неровностях могут также возникать ложные резг-панспье ИМПУЛЬСЫ и соответствующие им световые лннин-указатели 43 на измерительном экране кинескопа. Но из-за разных толнич в гестях вьтстугор. У1 впадин эти резонансы обьчно возникают на разных частотах в диапазоне качания. При продольном движении контролируемого изделия, например опрессовь;вae тoгo кабеля, лод пьезопреобразователем за кпжгнй период кадровой развертки будхт появляться все новые участки контрол 5р омой оболочки. Поэтому световые линиилкпзятели. соответствлЮ1цне резонансным импульггм, возникающим от выступов и впадин, будут появляться кратковременно в разных мостах по длине экрана вдоль развернутых шкал ТОЛТЦИН. При покрытии внешней поверхности экрана кинескопа светочувствительным фильтром им производится световое интегрирог,,По световых линий-указателей, многократно повторяюнхнхся в одном месте экрана. Световые линии-указатели 43 (фиг. 3), одиночно возникаюшле в разных местах экрана, соответс- вуюише выступам и впадинам, значительно ослабляются по интенсивности свечентя и становятся малозаметными. СветоBivo линии-указатели 39 (фиг, 3), соответству ошие резонансным импульсам основной толиишы изделия, возникающие в основном в одном и том же месте за каждый период кадревой развертки за время 0,3-0,5 сек, при интегрировании светочувствительным фильтром светятся с достаточной яркостью (фиг. 4). и позволяют производить правильный отсчет измеряемой толгцины.

Наряду с рабочими импульсами 38, соответствующими резонанса толщины контролируемого изделия, постоянно возникают импульсы 46, соответствующие началу и концу девиации радиочастоты. От этих импульсов в конце кадровой развертки на экране кинескопа возникают световые линии-указатели 47. Для устранения их видимости измерительные шели 48 и щкалы 49, устанавливаемые перед экраном кинескопа (условно показанные на фиг. 2), делают короче длины экрана.

Предмет изобретения

1. Ультразвуковой резонансный толщиномер, содержащий генератор качающейся частоты, электроакустический преобразователь, фильтры, детектор, усилитель резонансных импульсов промежуточного иммерсионного слоя, формирователь и усилитель-ограничитель резонансных измерительных имнульсов,

выходной регистрирующий блок и блок контроля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля изделий с различной чистотой обработки поверхностей, выходной регистрирующий блок выполнен в виде кинескопического блока, к модулятору и катоду которого подключены параллельно выходы усилителя-ограничителя резонансных измерительных импульсов и оконечного каскада усилителя резонансных импульсов промежуточного иммерсионного слоя.

2. Толнииюмер по н. 1, о т л и ч а ю HI, и и с я тем, что он снабжен установленными перед его экраном измерительными щкаламн толщии, развернутыми вдоль кадровой развертки луча кинескона, а поверхность экрана измерительного кинескопа покрыта слоем светочувствительного материала, обеспечивающим затемнение световых линий-указателей, одиночно возникающих в разных местах экрана по кадровой развертке луча кинескопа, соответствующих неровностям поверхностей контролируемого изделия, и выделение световых линий-указателей, соответствующих измеряемой толщине.