Ультразвуковой эхо-импульсный измеритель размеров Советский патент 1983 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерений излучения в трубной промышленности, например/ для контроля диаметров.

Известен ультразвуковой измеритель размеров, содержащий генератор импульсов, эхо-локационные измерительные каналы и формирующий каскад с гмшштудной отсечкой til.

Недостатком измерителя является то, что обработка информации ведется в аналоговой форме, что ограничивает производительность и точность измерений. Осуществление цифровой обработки ведет к значительному усложнению измерителя..

Известен ультразвуковой измеритель наружного диаметра трубы, содержащий два измерительных канала, пьезопраг. образователи которых размещены диаметрально противоположно, и третий компенсационный канал.с пьезопреобразователем, взаимодействующим в процессе измерения с отражателем, синх- . ронизатор и блок цифровой индикации 23.

Недостатком измерителя является :значительная температурная погреш ность..Наиболее близким к изобретению техническим решением является ультра-, звуковой эхо-импульсный измеритель размеров,содержащий синхронизатор и три измерительных канала,каждый из которых содержит ультт азвуковой преобразова тель и соединенны с ним генератор и последовательно подключенные усилитель и селектор-формирователь, и

10 .подключенные к последнему во втором и третьем каналах два измерительных триггера, синхронизатор подключей к управляющим входам генераторов первого и третьего каналов, к

15 первсжу входу измерительного триггера третьего канала и вторым входшл селекторов-Формирователей всех каналов, выход селектора-формирователя первого кангша соединен с управляю20щим входом генератора и первым вхо; дом измерительного триггера второго канала, выходы селекторов-форвитрователей и третьего каналов соединены о вторыми входами соответ25 ствукхцих измерительных триггеров. Синхронизатор запускает первый и третий кансш одновременно, дхо-шпульаf принятый пьезопреобразователем первого канала, запускает второй канал.

30 3зность временных интервалов измеренных вторым и третьим какалами песет информацию об измеряемом размере изделия СЗ J. Недостатком измерителя язляется значительная; температурная погреш™ ность, йозрас.таюадая с уваличеяием измеряемого .размера. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что ультразвуковой эхо-импульсный из меритель размеров/ содержащий синхро низатор и три измерительных канала. каждый из которых -содержит ультразвуковой преобразователь и соединенные, с ним генератор и последовательно подключенные усилитель и селектор-формирователь, и подключенные к последнему во втором я третьем каналах два измерительных тр.иггера, синк ронизатор подключен к управляющим входам генераторов первого и третьего каналов, к первому входу измерительного три.ггера третьего канала и входам селекторов-формирователей всех каналов, выход селектораформирователя первого канала соединен с управляющим входом генератора и первым входом измерительного триггера второго канала, выходы селекто ров-формирователей второго и третьего каналов соединены с вторыми входами соответствующих измерительных каналов, снабжен соединенным с синхронизатором реверсивным счетчиком, соединенными с ними задатчиком цифрового кода и цифровым индикатором, двумя инверторами, пятью схемами И, схемой ИЛИ, RS -триггером, генератором счетных импульсов, расширителем временного интервала и формирователем строба, к выходам измерительных триггеров подключены последовательно соединенные соответственно инвертор и схема И, вторые входы первой и второй схем И соединены с выходами измерительных триггеров перекрестно; второго канбша - с второй схемой и, третьего - с первой схемой И, выход селектора-формирователя первого канала соединен с входом формирователя строба, выход которого подсоединен ктретьему входу второй схемы И, выходы первой и второй схем И соединен соответственно с двумя входами КЗтриггера исхемы ИЛИ, выходом подсое диненной к расширителю временного интервала,третья схема И подсоедине на входами соответственно к выходу расширителя и к генератору счетных импульсог,выход 1 ва соединен с первым входами четвертой и пятой схем И, вторые входы которых соединены с сЬответствунщими выходами Rs-триггера, а выходы - с входами реверсивного счетчика. На фиг.1 представлена принципиаль )1ая схема измерителя на Фиг.2 - вре менныа диаграммы, иллюстрирующие работу измерителя. Ультразвуковой эхо-импульсный измеритель (фиг.1) содержит синхронизатор 1 и три измерительных канала, каждый.из которых содержит ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 2 - 4 и соединенные с ним гене|5атор 5 - 7 и последовательно подключенные усилитель 8 - 10 и селектор-; формировател, 11 -.13, к которому во втором и третьем канале подключены два измерительных триггера 14 и 15, реверсивный счетчик 16, входы парашлельной записи которого соединены с задатчиком 17 цифрового кода, выходы - с цифровым индикаторам 18, два инвертора 19 и 20, пять схем И 21 25,схему ИЛИ 26,RS - триггер 27,генератор 28 счетных импульсов, расширитель 29 временного интервала и формирователь 30 строба.Измеряемое изделие 31 размещено между ПреЪбразователями 2 и 3, третий преобразователь 4 установлен на расстоянии от отражателя 32, равном суммарному расстоянию между преобразователями 2 и 3 за вычетом номинального размера изделия 31. Синхронизатор 1 подключен к управляющим входам генераторов 5 и 7 первого и третьего каналов, к первому входу измерительного триггера 15 третьего канала и вторым входам селекторов-Формирователей 11 - 13 всех каналов, выход селектора-формирователя 11 первого канала соединен с управлягадим входом генератора 6, первым входом измерительного триггера 14 второго канала и входом формирователя 30 .строба, выходы селекторовформирователей 1,2 и .13 второго и третьего каналов соединены со вторыми входами соответствующих измерительных триггеров 14 и 15, к выходам которых подключены последовательно соединенные инвертор 19 и 20 и схема И 21 и 22. Вторые входы первой и второй схем И 21 и 22 соединены с выходами измерительных триггеров перекрестно вы ход измерительного триггера 14 второго канала соединен со входом второй схемы И 22,а выход измерительного триггера 15 третьего канала - с входом, первой cxeNW И 21. Выход селектора-формирователя 11 первого канала соединен со входом формирователя 30 строба, выход которого подсоединен к третьему входу второй схемы И 22. Выходы первой и второй схем И 21 и 22 соединены соответственно с двумя входами RS-триггера 27 и схемы ИЛИ 26, выходом подсоединенной к расширителю 29 временного интервала. Третья схема И 23 подсоединена соответственно к выходу расширителя 29 и к генератору 28 счетных импульсов, выход ее соединен с первыми входами той и пятой схем И 24 и 25, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами RS-триггера 27, а выходы схем И 24 и 25 соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 1б вход управле ния параллельной записью которого, подключен к выходу синхронизатора 1. Ультразвуковой эхо-импульсный измеритель размеров работает следующим образом. Синхронизатор 1 вырабатывает импульсы (фиг.2 а) , .запускающие генера тор 5 первого канала. Импульсы гене(ратора 5 амплитудой несколько десятков вольт, и длительностью менее 0,1 МКС возбуждают пьезозлектрический преобразователь 2. Ультразвуковой импульс, излучаемый пьезоэлектрическим преобразователем 2, отражается от поверхности контролируемого изделия 3.1 и поступает на вход усилителя 8 , а с его выхода - на вход .селектора-формирователя 11, управляемого синхронизатором 1. Сформирован ный селектором-формирователем 11 импульс (фиг.2 б) с задержкой ij, относительно импульса синхронизации (фиг.2 а)- запускает генератор б второго канала, который вырабатывает электрический импульс с таким же параметром, что и генератор 5 первого измерительного канала. Этот импульс возбуждает пьезоэлектрический преобразователь 3. Ультразвуковой импульс излучаемый пьезоэлектрическим преобразователем 3, отражается от поверхности контролируемого изделия 31 и поступает на вход усилителя 9, а с его выхода - на вход селектора-форми рователя 12, управляемого синхронизатором 1. Сформированный селектором-формирователем 12 импульс (фиг.2 в) с задержкой is, относительно импульса (фиг.2 б), полученного на выходе селектора-формирователя 11 первого канала, поступает на первый вход измерительного триггера 14 второго канала. На вгторой вход измерительного триггера 14.поступает импульс (фиг.2 (5) с выхода селектора-формиро вателя 12. С выхода измерительного триггера 14 импульс (фиг.2 г) поступает на первый вход схемы И 22 и на вход инвертора 19. Одновременно с запуском генератора 5 первого канала синхронизатор 1 запускает генератор 7 третьего канала, который вырабатывает электрический импульс с акими же параметрами, что и генератор 5. Этот импуль возбуждает пьезоэлектрический преобразователь 4 третьего канала. Ультразвуковой импульс, излучаены пьезоэлектрическим преобразователем 4, отражается от поверхности бтража46 . теля 55, принимается тем же пьвзозлектрическим преобразователем и поступает на вход усилителя 10, ас его выхода - на вход селектора-Формирователя 13, управляемого синхронизатог ром 1. На первый вход измерительного триггера 15 поступает импульс синхронизатора 1, на второй - импульс (фиг.2 д), сформированный селекторомформирователем 13 с задержкой -t - - - .Эз относительно импульса (фиг.2 а) синх ронизатора 1, С выхода и.змерительного триггера 15 импульс (фиг.2 е) пос.тупает на первый вход инв ертрра 20 |.и первый вход cxeiuEJ И 21. I Значение tj устанавливается при калибровке измерителя путем изменения расстояния между отражателем, 32 ,и пьезоэлектрическим преобразоватеijjeM 4 третьего измерительного канала до получения равенства t,j..-tj 1+. tj- . При этом в качестве контролируемого изделия 31 должен быть установлен образец с номинальным знаЧением геометрического размера. Выделение интервала t-tj --tg 4tj при происходит на второй логической схеме И 22. При этом на ее входа поступают импульс (фиг.2 г) с измерительного триггера 14 второго канала, импульс (фиг.2 ж) с выхода второЛ инвертора 20, на вход которого, в.сво очередь, поступает импульс (фиг.2 е) с измерительного триггера 15 третьего канала и импульс (фиг.2 з) с выхода формирователя 3D строба, запускаемого импульсом (фиг.2 б), поступающим с селектора-формирователя 11. В результате, на выходе второй логической схемы И 22 формируются импульс (фиг. 2 и) длительностью - (t, з Ь Vi Ч Если Зз 3i 32 ° выделение интервала осуществляется на первой логической схеме И 21. При этом ;на ее входцл поступают: импульс (фиг.2 е с измерительного триггера 15 третьего канала и импульс (фиг.2 к) с выхода инвертора 19, на вход которого поступает импульс с измерительного триггера 14 второго канала. .В результате, на выходе первой логической схемы И21 формируется импульс (фиг.2 л) длительностью t ( 3.+ Ч2 .э.В обоих случаях полученный импульс (фиг.2 и) или (фиг.2 л) через логическую схему ИЛИ 26 поступает на вход расширителя 29 временного интервала, Коэффициент расишрения устанавливается при калибровке. С выхода расширителя 29 временного интервала расширенный импульс (фиг.2 м) поступает на второй вход третьей логической сквлш И 23, наl первый.. которой подаютоя импуль сы с генератора 28 счетных импульсо Полученная пачка импульсов (фиг.2 и) поступает на пераые входи четвертой и пятой логических схем И 24 и 25. На вторые входы этих схем поступают сигналы о прямого и инвер ного выходов R5-триггера 27. Таким образом, при t, tg ъ) импуль сы (фиг.2 н) с ЗыходА схвмьГ И 24 поступгиот на вход суммирования реве сивного счетчика- 16. При эч Э-i + 32 импульсы (фиг.2 н) с выхода схемы И 24 поступают на вход вычита ния реверсивного счетчика 16. Управление R -триггером, 27 осуще ствляется подачей на его вход сигна лов с выхода первой и второй логиче ких схем И 21 и 22. В начале каждого такта измерения импульсом (фиг.2 а) синхронизатора осуществляется предварительная запи в реверсивный счетчик 16 номинально значения контролируемого размера с (эадатчика 17 цифрового кода, в кото ром оно устанавливается при настройке. Информация о результатах измереНИИ с выходов реверсивного счетчика 16 поступает на цифровой индикатор 18. В предлагаемом эхо-импульсном из мерителе размеров изделий достигается повышение точн.ости измерений за счет полной компенсации температурной погрешности измерений при номи нальном значении размера измеряемого объекта. Температурная погрешность измерений в данном случае возникает при отклонении геометрического размера изделия от номинального значения и одновременном с ним отклонении температуры промежуточной жидкости от значения, которое она имела в момент настройки измерителя на номинальный размер. При измерении наружного диаметра реальных особотонкрстенных труб предлагаемым измерителе температурная погрешность в 5 раз меньше, чем s известном измерителе t23, и более, чем на порядок меньше чем в известном измерителе СЗ. Формула изобретения Ультразвуковой эхо-импульсный измеритель размеров, содержащий синхронизатор и три измерительных канала каждый из которых содержит ультразву ковой преобразователь и соединенные с ним генератор и последовательно подключенные усилитель и селекторформирователь, и подключенные к последнему во втором и третьем каналах два из мерит ель ньах триггера, синхронизатор подключен к управляющим входам генераторов первого и третьего каналов, к первому входу измерительного триггера третьего канала и вторым входам селекторов-Формирователей всех каналов, выход селектора-формирователя первого канала соединен с управлякядим входом генератора и первьш входом измьрительного триггера второго канала, выходы селекторовформирователей второго и третьего каН5ШОВ соединены с вторыми входами соответствуилцик измерительных триггеров , отличающийся тем, чтр, с целью повышения точности измерений, он снабжен соединенным с синхронизатором реверсивным счетчиком, соединенными с ними задатчиком цифрового кода и цифровым индикатором, двумя инверторами, пятью схемами И, схемой ИЛИ, RS-триггером, генератором счетных импульсов, расширителем временного интервала и формирователем строба, к выходам измерительных триггеров подключены последовательно соединенные соответственно инвертор и схема И, вторые входы первой и второй схем И соединены с выходами измерительных триггеров перекрестно второго канала - с второй схемой И, третьего - с первой схемой И, выход селектора-формирователя первого канала соединен с входом формирователя строба, выход которого подсоединен к третьему входу второй схемы И, выходы первой и второй схем И соединены соответственно с двумя входаг ш PS триггера и схеки ИЛИ, выходом подсоединенной к расширителю временного интервала, третья схема И подсоединена входами соответственно к выходу расширителя и к генератору счетных импульсов, выход ее соединен с первыми входами четвертой и пятой схем И, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами PSтриггера, а выходы - с входами реверсивного счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 560139, кл. G, 01 В 17/02, 1971. 2.Патент ОНА 3980404, кл. 73-67.8 R,1976. 3.Патент Франции W 1547473, кл. G 01 В, 1968 (прототип).