Ультразвуковой способ определения толщины пленочных изделий

(46) (21) (22) (71) стит 30,04 43971 25.03 Киевс т лег Ю.А.С ,Здор н ехнологичес ромышленнос ик, Н,И,Бра ов и В,.87,Ее мерииспольеренияматери" повыше ы плелючения арак- реключе- кустиГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(Щ Авторское свидетельство СССР Р 627697, кл. С 01 В 17/02, 1971.Авторское свидетельство СССР й 1422798, кл, С 01 В 17/02, 16.02 (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛ НИЛ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОЧНЫХ ИЗДЕЛИИ(57) Изобретение позволяет осуществлять измерение толщины пленочных ма" териалов с высокой точностью. Целью изобретения является повышение точности измерения. Создают опорныйи измерительный электроакустические каналы. Вводят контролируемое изделие между излучателем и приемником , измерительного канала, принимают прошедшие контролируемое изделие акустические колебания и определяют соот" Изобретение относится к тельной технике и может быт эовано для бесконтактного и и контроля толщины пленочны алов,Целью изобретения являет ние точности измерения толщ ночных материалов за счет и влияния физико-механических теристик материала иэделия зультат измерения, а также ния дифракционных искажений ческих колебаний,2 ношение амплитуд принимаемых и иэлу" чаемых акустических колебаний. Измеряют также разность фаз колебаний опорного и измерительного каналов. Толщину контролируемого изделия определяют иэ выражения Ефагс 1 В-О/ы)- ьс/2 аГ, где ысоотношение амплитуд прошедщих конт ролируемое изделие и излучаемых коле- . баний; 6 - разность фаз колебаний опорного и измерительного каналов, вызванная введением контролируемого изделия; с - скорость распространения акустических колебаний в воздухе; 2 - частота акустических колебаний. Для увеличения амплитуды прошедших Е контролируемое изделие акустических колебаний их частоту выбирают из со" отношения й с 0,01(с,/Ь ,), где с скорость распространения. акустических колебаний в материале контролируемого изделия; Й макс максимально возможная толщина контролируемого изделия.Май 1 э.п. ф"лы, 1 ил.СЛ На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующегопредлагаемый способ.Устройство содержит генераторстабильной частоты, усилитель 2 мощности, излучающий 3 и приемныйэлектроакустические преобразователиизмерительного канала, излучающий 5иприемный 6 электроакустические преобразователи опорного канала, усили.,тель 7 с автоматической-регулировкойюусиления (АРУ), фазовый преобразователь 8, регулируемый фазоврацатсль 93 1535139регулируемый аттенюатор 10, блок 11 отношения, аналого-циФровой преобразователь (АЦП) 12, микроЗОИ 13, АЦП 1 ч и цифровой индикатор 15.Предлагаемый способ заключается в следующем.Контролируемое иэделие 16 вводят между излучателем и приемником изме" рительного электроакустического кана" 0 ла. При этом разность фаз измеритель- його и опорного (аналогичного измерительному, в акустическом канале кото" рого находится только воздух) электро акустических каналов не зависит от параметров воздушной среды (темпера" туры, влажности) и может быть представлена в виде ЬС 1 сЬ+атсйд- йд 1 с,Ь, (1)ЙИ 2 ю 2где 1 с - -ф 1 с ". -- " коэфФициентыс фс9с , 1 - скорости распространения акустических колебаний 25в материале контролируемого иэрелия и в среде соответственно;о" плотности материала контролируе"мого изделия исреды свответст"венно;рОсв-в " отношение акустисческих сопротив"лений материалаконтролируемогоиэделия и средысоответственно;Ь " толщина контролируемого изделия;,- частота акусти"-.ческих колебанийТак как окружающей средой являетсявоздух, имеющий значительно меньшееакустическое сопротивление, чем контролируемый материал (ос,я(с), томожно считать 1/ц 0, Тогда1 50Щ ф 1 сЬ.+агсцфсЬ; (2)Амплитуда принимаемых акустическихколебаний, прошедших воздушные промежутки и контролируемое изделие,может быть представлена в виде 552А А(Э)ер иН г 1г4 совг Ы Ь+-в Ыг ЕЬ Определяют соотношение амплитуд принимаемых и излучаемых акустических колебаний1,щ ,и лысов. - .ю(4)сов" с Ь+-" в 1.лг 1 с Ьо 4 оТак как амплитуда прошедших контролируемое иэделие акустических колебаний значительно меньше амплитуды излучаемых акустических колебаний, то для ее увеличения (увеличения соотношения сигнал/помеха) с учетом того, что м 1, выбираютв 1 п КЬ(с 1или1 с, Ь-. (6)Обычно выбирают 1 Ь с 0,02-, тогда2 л" - Ь - (7)с "Офооткуда частота акустических колебаний2 "- 0,01. (8) при выполнении выражения (5) выражения (2) и (ч) можно представить какОРЬягсц-М,Ь, 19)1Ы=- (10)г (1 с Ь) гВыразйв из выражения (10) величи 1ну рК Ь и ггодставив ее в выражение(агс 1 Д --- УР, сЧт р ю м(12)22Из выражения (12) следует, чтотолщина контролируемого изделия независит от Физико-механических харак"теристик материала изделия. Определе"ние соотношения амплитуд прошедшихконтролируемое изделие и излучаемыхакустических колебаний позволяетзначительно повысить их частоту. Так,для пленочных материалов, имеющихтолщину 200-400 мкм, согласно выражению (8) частота акустических колебаний не должна превышать 60"120 кГц(скорость распространения акустических колебаний в материале контролируемого изделия принята равной2100 м/с), что почти на два порядкдвыше максимально возможной частотчв способе-прототипе. Это позволяетувеличить значение первого слагаемого - Ю правой части выражения (9)также на два порядка и учитывать егопри определении толщиныконтролируемого изделия, что позволяет исключитьвлияние физико-механических характеристик материала контролируемого из делия на результаты измерения. Крометого, измерение разности фаз принимаемых колебаний опорного и измерительного каналов исключает влияниенепостоянства параметров воздушнойсреды (температуры, влажности) на результат измерения толщины,Устройство работает следующим образом.Электрические колебания цастоты Гс выхода генератора 1 стабильной частоты усиливаются усилителем 2 мощности и поступают на первый электродизлучающего преобразователя 3. Излучаемые преобразователем 3 акустицес"кие колебания принимаются приемнымпреобразователем ч, Электрическиеколебания частоты Г подаются такжена излуцающий преобразователь 5, из"лучающий акустические колебания, поинимаемше приемным преобразователем 6,Колебания с выхода преобразователя вчерез усилительс АРУ подаются напервый вход Фазового преобразователя 8, на второй вход которого подают"ся электрицеские колебания с выходапреобразователя б церез регулируемыйфаэовращатель 9. Электрицеские колеба,ния, снимаемые с второго электродапреобразователя 3, амплитуда которыхпропорциональна амплитуде излучаемыхпреобразователем 3 акустицеских колебаний, через регулируемый аттенюатор1 О поступают на один вход блока 11отношения, на другой вход которогопоступают электрические колебанияс выхода преобразователя 1, амплитуда которых пропорциональна амплитудепринимаемых акустических колебаний,Выходное напряжение блока 11, равноесоотношению амплитуд принимаемых иизлучаемых акустических колебаний,преобразуется в цифровой код при по"мощи АЦП 12 и поступает на шину дан"ных микроЭВМ 13. Выходное напряжениефазового преобразователя 8, равноеразности фаэ прижимаемых акустическихколебаний опорного и измерительногоканалов, также преобразуется в цифро-вой код при помощи АЦП 1 ч и поступает на шину данных микроЭВМ 13, кото рая производит вычисление толщины контролируемого изделия по выраже " 5нию (12). С помощью цифрового индикатора 15 отображается результат вычис.лений - толщина Ь контролируемого иэделия 1 б, В память микроЭВМ 13,в вйде констант введены цастота Г акустических колебаний и скорость с распростра нения акустицеских колебаний в воздушной среде, При отсутствии контров руемого иэделия 16 в измерительном канале (перед началом измерений) с пс мощью регулируемого Фазовращателя 9 производится уравнивание Фазовых набегов в опорном и измерительном каналах (6 о=-0) а при помощи регулируемого аттенюатора 10 - уравнивание ам" 20 плитуд на входах блока 11 В=1), Приэтом согласно выражению (12) Ь=О. Формула изобретения 25 1. Ультразвуковой способ определения толщины пленочных изделий, за"кпючающийся в излучении и приеме улЬтразоуковых сигналов в опорном канале,излучении и лоиеме ультразвуковыхЗО сигналов, прошедших контролируемоеи;г:ел:,.е в измерител; ном к;.:,аде определении соотношения амгиз уд прини"маемых и изпуцаемшх коп,".б;.,ний. Иэ"мерении разности Фазолеба,:й,:, оп"радиоле"ии толщинь онтролроного,35изделия с учетом измеренной разностиФаз и соотношения амплитуд, о т л и"ц а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения тоцности измерения, опреде":О ляют соотношение амплитуд проведшихконтролируемое изделие и излучаемыхколебаний, измеряют разность Фаз ко"лебаний в опорном и измерительном каналах, а толщину контролируемого45 изделия определяют из выражения1,1 г(агс д ---- А ( )сИЬ- -------271где И - соотношение амплитуд прошед 50 ших контролируемое изделиеи иэлуцаемых колебаний;6 - разность Фаз колебаний вопорном и измерительном каналах;с - скорость распространенияакустицеских колебаний в воз.духе;й - частота акустицеских колеба"ний,Составитель В.Кольцов,Редактор Л.8 олкова ТехредЛаСердюкова Корректор СаЧерни ввВааВвввввв в в в в а в в в аа в аа в в аа в В ваа Заказ 170 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, 3-35, Раущская наб., д. /5Производственно-издательский комбинат Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина,10 2. Способ ло и. 1, о т л и ч а ю в и й с я тем, что,частоту акустических колебаний выбирают из соотно" аения- скорость распространенияакустических колебаний в мавтериале контролируемого изделия:- максимально возможная толеина контролируемого изделия