Способ измерения толщины ленточных материалов

(59 4 17 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГНН СССР АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.,сд) . К АВТОРСКОМУ СВИ ЕЛЬСТ 027/25-287,871,89, Бюлно-произвюзцветметекрасов,рашов717(088,8рское свидкл. С О 1ОБ ИЗМЕРЕТЕРИАЛОВ одственное объедиавтоматика" Н.И,Бражников ельство ССС 17/02, 1978 ТОЛЩИНЫ ЛЕ 119 47940 (54) СП ТОЧНЬБ (57) Из развуко щины ма я к ультоля толбретения сит ретение о ю способа ериалов, Ц из тавленный коэффицимате а имеет внд, пр же В общем случощения волны оп ся к ультроля толщин бретение откос ым методам кон а черт нт пог тся по иалов,ль изобретения - повьельности измерений,чертеже представлена ат ормул е тви Н1 А)е е с А, зависимост Йфициента поглощения от соотношенины полистироловой ленты и длиныультразвуковых колебаний в лолщи коэффициент прохо ны через слой мат соответственно.ам падающеч волны и волны, прошедшей материала; ния,вол- Л Ььво риала; листироле.Способ осуществляется следующим образом,Посредством акустического преобразователя перпендикулярно поверхностиконтролируемого материала излучаютимпульсы ультразвуковых колебаний.С помощью другого акустического преобразователя принимают импульсы с противоположной стороны листа,Зависимость коэффициента поглощения волны от толщины контролируемого амплитуда через сло устический соотве импеда руемог толщин твенно воздуха атериалуем онтроли о лисого матерна 1я в олнь олновое онтролир ло длом м ериале,(21) 4275повысить чувствительность измерений. Излучают импульсы ультразвуковых колебаний по направлению кплоскости контролируемого материала, принимают ультразвуковые импульсыпрошедшие через контролируемый материал, и по отношению амплитуд излученного и принятого импульсов судят отолщине материала, при этом длинуволны излучаемых ультразвуковых колебаний выбирают из условия 2 д еЪственно максимальная и минимальнаятолщины контролируемого материала,% 41 15 Акустические импедансы воздуха и контролируемого материала, а также волновое число обычно можно считать постоянными. При больших изменениях температуры листа или воздуха можно ввести соответствующую температурную коррекцию в результаты измерений.В известном акустическом бесконтактном способе контроля толщины лис товых материалов измерения осуществляют на участке: Смгде 9- длина волны в.контролируеГмом материаленГ - частота ультразвуковых колебаний,В этом случае коэффициент поглощения волныувеличивается с увеличением толщины материала (см,чертеж),В рассматриваемом способе измерения толщины ленточных материалов длину волны излучаемых ультразвуковыхколебаний подбирают такой, чтобы измерения осуществлялись на участке:1 Й,1с4 Ъ 2 ЗО Как видно из приведенной на чертеже зависимости, на этом участке коэффициент поглощения уменьшается с увеличением толщины контролируемого материала, Для того, чтобы обеспе- З 5 чить однозначность измерений, последнее неравенство должо соблюдаться при любых измейениях толщины материала в пределах диапазона измерения,40 4 ймна2 йщ, с%Дальнейшее увеличение частотыультразвуковых колебаний, а следовательно, изменение длины волны нецелесообразно, так как резко увеличивается затухание ультразвуковых волнв воздухе и сужаются возможные диапазоны измерений,П р и и е р, При изготовлении полистироловой ленты необходимо контролировать ее толщину по всей ширине, Диапазон измерения 5-7 мм,Располагают излучатель и приемник соосно с противоположных сторон 55ленты таким образом, чтобы пучок ультразвуковых колебаний падал перпендикулярно поверхности контролируемого материалаЙэмерение толщины в каж -дый отдельный момент времени осуществляют в точке пересечения оси, проходящей через центры излучателя и приемника, и поверхности ленты,Частоту излучаемых ультразвуковыхколебаний в известном акустическомбесконтактном способе контроля толщины листовых материалов обычно выбираюттак, чтобы обеспечить максимальнуючувствительность измерений, Для этогонеобходимо подобрать оптимальное соотношение й/ФАлгоритмы расчета заключаются вс ледующемПоследовательно задаются различными значениями д для каждого значенияопределяют соотношения 4/%, соответствующие минимальной и максимальной толщине контролируемого материала,расчетом или графически определяют соответствующие значения коэффициентапоглощения, значение % от, при котором происходит максимальное изменениекоэффициента поглощения в данном диапазоне изменения толщины материалаявляется оптимальным, Зная величинуЪ , и скорость ультразвука в контролируемом материале, определяют частоту,ультразвуковых колебаний,В данном случае оптимальная частота, при которой достигается максимальная чувствительность в известномспособе измерения, равна 50 кГц, Чувствительность измерений при этом составляет 1 = -- = 250 1/мм Длинад4волны в воздухе равна 9 =6,6 мм.Краевой эффект из-эа влияния дифракционной волны обычно (исходя иэ экспериментальных данных) начинает сказываться на расстоянии 1=89 ь. Такимобразом, на данной частоте можноконтролировать толщину не ближе, чемв 50 мм от края ленты,Аналогично для рассматриваемогоспособа измерения толщины ленточныхматериалов оптимальная частота ультразвуковых колебаний составляет 161 кГц,Чувствительность измерений равна670 1/мм, Минимальное расстояние открая ленты, при котором влияние дифракционной волны можно не учитывать,составляет 16,8 мм,Нецелесообразность дальнейшегоповышения частоты ультразвуковых колебаний рассмотрим на этом же примере,В этом случае для определения толщины1 д 3 с Ф 4 2 д.с%с 46мальная толщиныконтролируемого материала,5 , 152545 материала используют участок зависимости коэффициента поглощения от соотношения толщины материала и длины волны в контролируемом материале5 Частота ультразвуковых колебаний при работе на этом участке должна быть 237 кГц, Длина волны в контролируемом материале соответственно равна 10 мм, Иэменение толщинь материала от 5 до 7 мм вызывает соответствующее изменение соотношений 4/ от 0,5 до 0,7, коэффициент поглощения изменяется от 1 до 3317,6, Участок графика, близкий к линейному, находится между значениями д/9 от 0,5 до 0,6, а значения Й /Ф изменяются в этом случае от 1 до 2050, При дальнейшем увеличении соотношения д/ 9 эависимость становится существенно нелинейной, причем на участке д/ =0,69-0,7 чувствительность падает в 3 разаКроме 25 того, с увеличением коэффициента поглощения до 2500 и более амплитуда реального сигнала, поступающего на приемный акустический преобразователь, становится сравнимой с амплитудами собственных шумов пьезоэлементов и транзисторов Это приводит к необходимости выделения сигнала на фоне шумов, что резко усложняет аппаратурное решение прибора и ухудшает его35 метрологические характеристики. Поэтому реальный диапазон измерения прибора, работающего на рассматриваемом участке зависимости,может быть 5-6 мм,4 6т,е, в два раза уже, чем требуетсяКроме того, затухание ультразвуковыхколебаний в воздухе увеличивается пропорционально квадрату частоты, т,е.использовать данный участок зависимости практически не возможно,Следовательно, при определений толщины полистироловой ленты с применением предлагаемого способа измерениятолщины ленточных материалов увеличивается чувствительность измерений в2,8 раза, уменьшается эона влияниядифракционной волны вблизи края контролируемого материала,Формула изобретения Способ измерения толщины ленточных материалов, в соответствии с которым иэлучают уэкоспектральные импульсы ультразвуковых колебаний по направлению к плоскости контролируемого материала, принимают импульсы, прошедшие через контролируемый материал, и по соотношению амплитуд иэлученных и принятых импульсов судят о толщине материала, о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, с целью повышения чувствительности измерений, длину волны % излучаемых ультразвуковых колебаний выбирают иэ условия где д максмин - соответственно максимальная и мини1525454 2,Составитель В,КольцовРедактор М,Келемев Техред И,Ходанич Корректор И.Муск аказ 7208/32 Тираж 683 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101