Ультразвуковой резонансный толщиномер Советский патент 1982 года по МПК G01B17/02 

() УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковом контроле материалов и изделий при измерении толщины. Известен ультразвуковой резонансный толщиномер, содержащий последовательно соединенные блок синхронизации, блок коммутации, генератор качающейся частоты, второй вход которого связан с пьезопреобразователем, детёк тор, измерительный усилитель, второй вход которого соединен с блоком комму тации и электронно-лучевую трубку, второй вход которой через блок развертки связан с вторым выходом блока синхронизации, подключенный к второму входу блока коммутации измерительный генератор и связанный с его выходом индикатор Недостатком толщиномера является низкая точность, обусловленная трудностью определения оператором точки перехода через ноль продифференцированного импульса, соответствующей вершине резонансного пика, так как резонансный импульс имеет не треугольную форму с четко выраженной вершиной, а , колоколообразную форму. Неточное совмещение резонансных импульсов с измерительными приводит к неточной установке частоты измерительного генератора. Вследствие этого возникает большая погрешность, так как регистрируемая толщина определяется частотой измерительного генератора. Цель изобретения - повышение точности измерений. Указанная цель достигается тем, что ультразвуковой резонансный толщиномер, содержащий последовательно соединенные блок синхронизации, блок коммутации, генератор качающейся частоты, второй вход которого связан с пьезопреобразователем, детектор, измерительный усилитель, второй вход которого соединен с блоком коммутации, и электронно-лучевую трубку. второй вход которого через блок развертки связан с вторым выходом йлока синхронизации, подключенный к второму входу блока коммутации измерительный генератор и связанный с его выходом индикатор, снабжен опера ционным усилителем и подключенной к одному из его входов фазосдвигающей цепью, включенными между детектором и измерительным усилителем На фиг. 1 изображена блок-схема толщиномера;, на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Ультразвуковой резонансный толщиномер содержит последовательно соединенные блок 1 синхронизации, блок 2 коммутации, генератор 3 йгачающейся частоты, второй вход которого связан с пьезопреобразователем 4, детек тор 5, операционный усилитель 6, один из входов которого связан с детектором 5 через фазосдвигающую цепь 7, из мерительный усилитель 8, второй вход которого соединен с блоком 2 коммутации, и электронно-лучевую трубку 9, второй вход которой через блок 10 раз вертки связан с вторым выходом блока 1 синхронизации, подключенный к второму входу блока 2 коммутации измерительный генератор 11 и связанный с его выходом индикатор 12„ Толщиномер работает следующим образомВ блоке 1 синхронизации вырабатываются импульсы, которые запускают блок 10 развертки и генератор 3 кама ющейся частоты и открыва19Т вход измерительного усилителя 8„ Преобразователь k установлен на контролируемом изделии Сигнал 13 (фиг 2) с блока синхронизации запускает генератор 3 качаюи4ейся частоты и на пьезопреобразователе формируется напряжение При качании высокой частоты генератора 3 качающейся частоты в момент, когда Тол1чина контролируемого изделия кратна половине длины волны ультразву ковых колебаний, в изделии возникают стоячие волны ури этом высокочастот ный --сигнал генератора 3 качающейся стоты модулируется по амплитуде резо нансными импульсами изделия. Модулированный высокочастотный сигнал Н подается на детектор 5, на выходе ко торого выделяется напряжение 15. На инвертирующий вход операционного у си лителя 6 подается напряжение 16, на неинвертирующий вход - напряжение 17 имеющее некоторый сдвиг по фазе за 9 ч Счет фазосдвигающай цепи 1, При возрастании сигнала на выходе детектора 5 напряжение на инвертирующем входе больше, чем на неинвертирующем. 8 момент перехода через точку экстремума сигнал на инвертирующем входе начинает уменьшаться и между входами операционного усилителя 6 возникает разность потенциалов противоположной полярности, которая переводит его из одного насыщенного состояния в другое На выходе операционного усилителя 6 выделяется импульс 18 напряжения, передний фронт которого, независимо от резонансной частоты, имеет фиксированное положение. Генератор 3 качающейся частоты при поступлении на него запирающего напряжения (отрицательный полупериод сигнала 13) работает как анализатор горМОНИК. В это время с измерительного генератора 11 на колебательный контур генератора 3 качающейся частоты поступают прямоугольные импульсыо Гармонические составляющие прямоугольного импульса выделяются генератором 3 кача- . ющейся Частоты в виде высокочастотных . биений и претерпевают в дальнейшем те же преобразования, что и резонансные импульсы. Разность частот соседних биений павня частоте измерительного гене1ратора 11. Во время действия сигнала 13 измерительный усилитель 8 открыт, а блок 1(1 развертки дважды отклоняет луч злекэлектронно-лучевой трубки 9. В первый период развертки на экране электронно-лучевой трубки 9 высвечиваются резонансные импульсы, во второй период - измерительные импульсы За счет послесвечения электронно-лучевой трубки 9 оба вида импульсов наблюдаются на экране одновременно При изменении частоты измерительного генератора 11 меняется положение измерительных импульсов относительно резонансных. Положение передних фронтов прямоугольных импульсов, выделенных на выходе операционного усилителя 6, строго фиксировано и не зависит от резонансной частоты, а.значит и от толщины контролируемого изделия Благодаря этому можно осуществить точное совмещение резонансных и измерительных импульсов, и, таким образом, осуществить более точное измерение толщины контролируемого изделия. Использование предлагаемого толщиномера позволит повысить точность

и значительно снизить погрешность измерений .

Формула изобретения

Ультразвуковой резонансный толщиномер, содержащий последовательно соединенные блок синхронизации, блок коммутации, генератор качающейся частоты, второй вход которого связан с ю пьезопреобразователем, детектор, измерительный усилитель, второй вход которого соединен-1С блоком коммутации и электронно-лучевую трубку, второй вход которого через блок р азверт- 5 ки связан с вторым выходом блока синхронизации, подключенный к второму входу блока коммутации измерительный генератор и связанный с его выходом индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снаЬжен операционным усилителем и подключенной к одному из его входов фазосдвигающей цепью, включенными между детектором и измерительным усилителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе ,

1. Калинин В.А., Праницкий AiA., Цеслер Л.Б.,Современные ультразвуковые толщиномеры. М:,, Машиностроение, 1972. с. 32-36 (прототип).