Ультразвуковое устройство измерения толщины ленты Советский патент 1983 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к неразрушаюшему контролю и может быть использовано для бесконтактного измерения толщины движущейся ленты с помощью ультразвука. Известно ультразвуковое устройство измерения толщины леНты по авт. св. № 7О28ОЗ, содержащее излучатель и .измерительный приемник, расположенные в одной плоскости акустической головки дополнительный приемник, генератор ультразвуковых колебаний, выход котор гчэ соединен с излучателем, задающий reHepaixjp и регулируемый усилитель, выход которого подключен к входу генер тора ультразвуковых колебаний, а вход соединен с выходом задающего генератора, интегратор, выход которого подключен к управляющему входу регулируе мого усилителя, источник опорного напр жения, выход которого соединен с вторым входом интегратора, корректирующий усилитель, вход которого подключен к дополнительному приемнику, блок обработки и регистрации, измерительный усилитель, вход которого соединен с измерительным приемником, а выход подключен к входу блока обработки и регистрации Г1 J . Недостатком этого устройства являет ся низкая точность измерения толщины ленты, особенно в случае лент, материа которых обладает большим затуханием ультразвука и&-за дестабилизирующего влияния воздущлых потоков в зоне изме рения. Целью изобретения является повышение точности измерения. Цель достигается тем, что устройст снабжено двумя квадраторами, входы ко торых соединены с выходами измеритель ного, и корректирующегоусилителей, а выходы с первым входом и1Ргегратора, дополнительный приемник установлен параллельно плоскости, проходящей через излучатель и измерительный приемник, и смещен перпендикулярно этой плоскости на четверть длины волны ультразвуко вых колебаний излучателя. На чертеже представлена блок-схема устройства, содержащего излучатель 1 и измерительный приемник 2, расположенные в одной плоскости акустической гчэловки 3, дополнительный приемник 4, расположенный в непосредственной близости от излучателя 1 и измерительного Приемника 2, генератор 5 ультразвуковых колебаний, выход которого соедине с излучателем 1, задающий генератор И регулируемый усилитель 7, выход которого подключен к входу генератора 5 ультразвуковых колебаний, а вход подсоединен к выходу задающего генератора 6, интегратор 8, выход которого подключен к управляющему входу регулируемого усилителя 7, источник 9 опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом интегратора, корректирую щий усилитель 10, вход которого подключен к дополнительному приемнику 4, блок 11 обработки и регистрации, измерительный усилитель 12, вход которого подключен к измерительному приемнику 2, а выхоД соединен с первым входом блока 11 обработки и регистрации, первый квадратор 13 и второй квадратор 14, входы которых соединены соответственно с выходами измерительного и корректирующего усилите, лей 12, 1О, а выходы квадраторов 13, 14 подключены к первому входу интегратора 8. Устройство работает слеаующим образом. Перед началом работы производят настройку устройства. Устанавливают плоскость акустической головки 3, содержащей излучатель 1 и измерительный приемник 2, параллельно поверхности контролируемой ленты 15, чем обеспечивается возникновение с-Ерячей волны в зоне между этими поверхностями при возбуждении излучателя 1. Устанавливают акустическую головку 3 на исходном расстоянии от поверхности ленточного материала при номинальной (требуемой) толщине. При этом вместо контролируемого материала устанавливается на базовую плоскость калибровочная контрольная пластина с требуемой номинальной толщиной (рассматривается случай, когда противоположная не облучаемая ультразвуковыми колебаниями поверхность материала находится на жесткой базе, не допускающей смещения материала в вертикальном направлении, т.е. по оси излучения и приема ультразвуковых колебаний). Исходное расстояние между поверхностью контролируемого, изделия при его номинальной толщине и плоскостью акустической головки 3 выбирается с учетом частоты исходной ультразвуковой волны, геометрических параметров плоскости акустической головки, излучателя 1 и приемников, а также дифракционного расширения ультразвуковых лучей таким, чтобы давление стоячей волны на приемник было максимально возможным в пределах изменения расст ния между плоскостью акустической головки и поверхностью материала на величину t -(весь диапазон измерения ; равен длина волны) от выбранного исходного расстояния. Исходное расстояние определяется также из условия выбранного четвертьволнового участка в качестве измерител ного, т.е. используется в измерении прямая ветвь .стоячей -волны, когда с уменьше 1ием расстояния между плоскост акустической головки и поверхностью ленты в пределах- давление стоячей волны на плоскость акустической головки, например, монотонно увеличивается от Нуля до максимального значения. В память блока 11 обработки и регистрации вводится номинальное значени толщины ленты 15. Возбуждается излучатель 1 по цепи задающей генератор регулируемый усилитель 7 - генератор ультразвуковых колебаний- 5 - излучатель 1. В зоне измерения между плоскостью акустической головки 3, в которой находятся излучатель 1 и приемники 2, 4, и поверхностью ленты 15 образуется стоячая ультразвуковая волна, которая иэ-за дифракционного расширени воздействует и на измерительный 2, и -на дополнительный 4 приемники. Устройством измеряется отклонение толщины от требуемого номинального значения. Увеличение толщины ленты 15 приводит к уменьшению расстояния между поверхностью ленты и плоскостью акустической головки, увеличению давле ния стоячей волны на плоскость акусти ческой головки (рассматривается исполь зование прямой ветви стоячей волны), где расположен измерительный приемник 2, сигнал приемника 2 увеличивается по сравнению с сигналом, принимаемым в качестве нулевого; на исходном расстоянии. Сниже}1ие толщины ленты вызывает обратный эффект, Сигнал приекшика 2 усиливается и детектируется в измерительном усилите.ле 12 и поступает в блок 11 обработки и регистрации, где преобразуется с одновременной линеаризацией в код, который алгебраически в зависимости от знака отклонения толщины, суммируется со значением номинального калибра, хрангн щегося в памяти. Одновременно блок 11 регистрирует истинное значение толщины ленты по аналогии с блоком обработки и регистрации прототипа. Интегратор 8 используется в устройстве и как элемент сравнения. Отклонение .суммарного токового сигнала на первом входе интегратора 8 вызывается только дестабилизирующим влигшием помехи. Для исключения влияиия помехи в ус- ройстве поддерживается сигнал на первом входе интегратора, равным задающему . сигналу по второму входу интегратора, Выбор задающего сигнала равным единичному исключил влияние цепи компенсации помехи на сам процесс измерения. Увеличение скорости воздушного потока в зоне измерения снижает давление в стоячей волне и соответственно приводит к снижению ампл{туды синусоидального сигнала на измерительном приекгаике, а также амплитуды косииусоидального сигнала на дополнительном приемнике. Уменьщаются выходные сигналы и усилителей 12, 1О, и квадраторов 13, 14, Уменьшается суммарный токовый С1$гнал на первом входе интегратора 8 по отношению к единичному задающему, Таким образом, размещение в устройстве дополнительного приемника и включение квадраторов в цепи измерения позволяет существенно повысить точность измерения толщины.

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛЕНТЫ по авт. СБ. № 7О28ОЗ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено двумя квадраторами, входы которых соединены с выходами измерительного и коррекгирун щего усилителей, а выходы - с первым входом интегратора, дополнительный приемник установлен параллельно плоскости, проходящей через излучатель и измерительный приемник, и смещен перпендикулярно этой плоскости на четверть длины волны ультразвуковых колебаний излучателл (Л СХ) 4;: СП ел ел 00