Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер Советский патент 1982 года по МПК G01B17/02 

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХО-ИМПУЛЬСНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может еьаъ использовано для ультразвуковой дефектоскопии и толщинометрии изделий . Известен эхо-импульсньай толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор, пьезоэлектрический преобразователь, связанный входом с последним предварительный усилитель, подключенные входами к его выходу усилитель-форми рователь и усилитель соответственно первого и второго эхо-сихналов от стенок контролируемого изделия, илходы последних связаны со входами формирователя измерительного импульса, третий вход которого связан с вы ходом синхронизатора, а выход - с преобразователем время - цифровой код, блок цифровой индикации и блок автоматической сигнализации Недостатком толщиномера является отсутствие элемента защиты от во действия электрических и электромаг нитных полей, а также элемента защиты блока цифровой индикации от на рушения условий ввода и распространения ультразвука в стенке изделия Цель изобретения - обеспечение помехозащищенности от воздействия электрических и электромагнитных полей, а также обеспечение помехоэащиты от локальных нарушений условий ввода и распространения ультразвука в стенке изделия. Указанная цель достигается тем, что ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор, пьезоэлектрический преобразователь, связанный входом с последним предварительный усилитель, подключенные входами к его выходу усилитель-формирователь и усилитель соответственно первого и второго зхосигналов от стенок контролируемого изделия, выходы последних связаны со входами формирователя измерительного импульса, третий вход которого связан с шлходом синхронизатора, а выход - с преобразователем время - цифровой код, блок цифровой индикации и блок автоматической сигнализации, снабжен RS-триггером, первый BXO,V которого связан с выходом синхронизатора, блоком сигнала помехи, выходом связанным со вторым входом RS-триггера, формирователем управляющих и№1ульсов, вход которого подключен к выходу формирователя измерительных импульсов, схемой И, два входа которой связаны соответственно с выходами формирователя управляющих импульсов и RS-триггера, и блоком памяти, два входа которого соединены соответственно с выходами схема И и преобразователя время - цифровой код, второй вход последнего связан с выходом синхронизатора, а выходы блока памяти соединены со входами блока цифровой индикации и блока автоматической сигнализации. Кроме того, толщиномер снабжен ждущим мультивибратором, вход которого связан с выходом усилителяформирователя первого эхо-сигнала. от стенки контролируемого изделия, а выход - с третьим входом схемл И. На фиг.1 представлена блок-схема толщиномера; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Ультразвуковой эхо-импульсный тол щиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2, пьезоэлектрический преобразователь 3, связанный входом с последним предварительный усилитель 4, под ключенные входами к его выходу усилитель-формирователь 5 , вторым входо связанный с синхронизатором, и усилитель 6 соответственно первого и второго эхо-сигналов от стенок контролируемого изделия, выходыпоследних связаны со входами формирователя 7 измерительных импульсов, третий вход которого связан с выходом синхронизатора 1, а выход - с преобразов телем 8 время - цифровой код, RSтриггер 9, первый вход которогосвязан с. выходом синхронизатора 1, блок 10 сигнала помехи, выходом связанный со вторым входом RS-триггера 9, формирователь 11 управляющих импульсов, вход которого подключен к выходу формирователя 7 измерительных импульсов, подключенный,входом к выходу усилителя-формирователя 5,.ждущий мультивибратор 12, схему 13 И, три входа которой связаны соответственно с выходами формирователя 11 управляющих импульсов, RS-триггера 9 и ждущего мультивибратора 12, блок 14 памяти, два входа которого соединены соответственно с выходами cxe№i 13И и преобразователя 8 время цифровой код, второй вход последнего связан с выходом синхронизатора 1, блок 15 цифровой индикации и блок 16 автоматической сигнализации, входы которых соединены с выходсши блока 14памяти. Толщиномер работает следующим образом. Синхронизатор 1 вырабатывает синх роимпульсы а (фиг.2), запускающие генератор 2. Импульсы б генератора 7 возбуходают пьезоэлектрический преобразователь 3, излучающий ультразвуновой импульс по нормали к передней грани контролируемого изделия в слой промежуточной жидкости. Ультразвуковой импульс претерпевает отражение от передней грани и многократные отражения между передней гранью изделия и поверхностью пьезоэлектрического преобразователя 3, после чего принимается пьезоэлектрическим преобразователем 3, преобразуется им в соответствующие электрические эхоимпульсы 17 и 19 (фиг.2), которае усиливаются предварительным усилителем 4, а затем усилителем-формирователем 5 и усилителем 6 соответственно первого и второго эхо-сигналов от стенок контролируемого изделия. Эпюра в представляет собой сигнал на выходе усилителя-формирователя 5 первого эхо-сигнала от стенки контролируемого изделия. При контроле изделий со стенкой, имеющей малую толщину, сигнал на выходе усилителя 6 второго эхо-сигнала от стенки контролируемого изделия имеет вид приведенный на эпюре г; при большой толщине стенки и неблагоприятных условиях ввода и распространения ультразвука сигнал принимает вид з, а при нарушениях условий распространения ульт развука в стенке - вид, .показанный на эпюре л (пропадание донных эхо-сигналов). Импульсы 18 (фиг.2) представляют собой усиленную электрическую наводку от генератора 2; 17 - эхо-импульсы, от передней грани; 19 - эхо-импульсы, образующиеся в результате многократных отражений ультразвукового импульса в промежутке передняя стенка контролируемого изделия - поверхность пьезоэлектрического преобразователя 3. В формирователе 7 измерительных импульсов из сигналов виг путем пересчета эхо-импульсов формируются импульсы д (в случае измерения малых толщин) или и (при измерении больших толщин), длительность которых пропорциональна толщине стенки изделия. Импульсал д или и расширяются по длительности формирователем 7 измерительных импульсов и преобразуются им в импульсы соответственно е и к, поступающие на вход преобразователя 8 время - цифровой код. В последнем временной интервал с заданной дискретностью измерений преобразуется в значение измеряемой толщины, заданное в параллельном цифровом коде. Выходы каждого из разрядов преобразователя 8 .врегля - цифровой код подключены к соответствующим входам блока 14 памяти. Перезапись результатов в блоке 14 памяти производится путем параллельного переноса подачей на соответствующие его входы управляющих импульсов р (или с). Эти импульсы формируются формирователем 11 управляющих импульсов из заднего фронта измерите льного импульса е (или к) и коммутируются схемой 13 И. При отсутствии помех электрических, электромагнитных полей и нарушений условий ввода и распространения ультразвука в стен ке схема 13 И открыта для импульсов р (или с) , поступающих на первый ее вход, потенциалом логическая , поступающим на второй вход с выхода RS-триггера 9 и поступающим ка третий вход со ждущего мультивибратора 12 импульсом н, длительность которого устанавливается несколько большей длительности измерительного импульса е (или к), соответствующей максимально-допустимой толщине стенки изделия. При воздействии на толщиномер единичной электрической или электромагнитной помехи выше определенного уровня, который может регулироваться , она принимается блоком 10 сигнала помехи и преобразуется им в импульс у, который опроки№1вает RS-триггер 9. На выходе RS-триггера 9 появляется потенциал логический схема 13 И закрывается, и в блоке 14 памяти сохраняется результат предыдущего такта измерений, при условии, что указанная помеха поступила до момента формирования управляющего импульса р (или с) и привела к погрешности измерений. Возврат RS-триггера 9 в исходное состояние производится синхроимпульсом а. Если помеха у поступила после формирования управляющего импульса р (или с), т.е. после записи результатов измерений в блоке 14 памяти, то она не влияет на нормальный процесс из1мерений в данном такте. Если в процессе измерений толщины наблюдаются локальные нарушения условий ввода и распространения ультразвука в стенке изделия, приводящие к пропаданию донных эхо-импульсов (см. эпюру л), то длительность импульса на выходе формирователя 7 измерительных импуль сов становится значительно больше длительности импульсов н, Форьлируекый из него управляющий импульс т не пропускается схемой 13 И и в блоке 14 памяти, подобно описанному, сохраняются резуль таты предыдущих измерений. С выходов блока 14 памяти результаты измерений поступают на входы блока 15 цифровой индикации и блока 16 автоматической сигнализации. Использование толщиномера позволяет с высокой точностью измерять толщину изделий, так как он не чувствителен к помехам, связанным с воздействием электрических и электромагнитных полей, а также с н рутиением условий ввода и распространения ульт-развука в стенке изделия. Формула изобретения .. Ультразвуковой эхо-импульсный Т 1щиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор, пьезоэлектрический преобразователь, связанный входом с последним предварительный усилитель,подключенные входами к его выходу усилительформирователь , вторым входом связанный с синхронизатором, и усилитель соответственно первого и второго эхосигналов от стенок контролируемого изделия, выходы последних связаны со входами формирователя измерительных импульсов, третий вход которого связан с выходом синхронизатора, а выход - с преобразователем время - цифровой код,- блок цифровой индикации |И блок автоматической сигнализации, о тличаюцийся тем, что, с целью обеспечения помехозащищенности от воздействия электрических и электромагнитных полей, он снабжен RS-триггером, первый вход которого связан с выходом синхронизатора, блоком сигнала помехи, выходом связанным со вторым входом RS-триггера, .формирователем управляющих импульсов, вход которого подключен к выходу формирователя измерительных импульсов, схемой И, два входа которой связаны соответственно с выходами формирователя управляющих импульсов и RS-триггера, и блоком памяти, два входа которого соединены соответственно с выходами схемы И и преобразователя время - цифровой код, второй вход последнего связан с выходом синхронизатора, а выходы блока памяти соединены со входами блока цифровой индикации и блока автоматической сигнализации. 2. Толщиномер по п.1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с цел1ью обеспечения помехозащищенности от локальных нарушений условий ввода и распространения ультразвука в стенке изделия, он снабжен ждущим мультивибратором, вход которого связан с выходом усилителя-формирователя первого эхосигнала от стенки контролируемого изделия, а выход - с третьим входом схемы И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Стукельман Л-.Л „, Калинин В./. Ультразвуковой прибор Метал-л-б для непрерыБКОго контроля толщины. Дефектоскопия 1977, № 3, с, 4752 (прототип).