Способ измерения толщины металлического листа и датчик для его осуществления

ЕТЕНИ Е ИЗО тор вод ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт проблем управления(56) Авторское свидетельство СССРМ 1193462, кл, 6 01 В 15/00, 1984,Яоца Н. А пеа щсгоааче тЬс 1 пезздаоце - 3 оигпао 1 М сгоюаге Ровег, 1973, чо,М 3, р.р. 253 - 266,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ МЕТАЛЛИЧ ЕСКОГО Л ИСТА И ДАТЧИК ДЛЯЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для Изобретение относится к области СВЧизмерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения. толщины металлических листов.Целью изобретения является повышение чувствительности за счет увеличенияполезного фазового набега при взаимодействии электромагнитного поля с поверхностью металлического листа,На фиг,1 - 4 изображены условные схемы, поясняющие варианты осуществлениязондирования объекта волнами по предлагаемому способу; на фиг,5 и 6 - вариантыфункциональных схем датчика, реализующих данный способ измерения.Датчик содержит волноводные резонаы 1, трехплечие циркуляторы 2 и волноы 3 с открытыми торцами,Способ заключается в многократном одновременном зондировании поверхностей бесконтактного измерения толщины металлических листов. Целью изобретения является повышение чувствительности за счет увеличения полезного фазового набега при взаимодействии электромагнитного поля с поверхностью контролируемого металлического листа. Информативным параметром является собственная частота электромагнитных колебаний резонатора. Датчик для достижения поставленной цели содержит К = 1,2 трехплечих циркуляторов, включенных в резонатор своими первым и вторым плечами, к третьему плечу каждого из которых подсоединен волновод с открытым торцом, направленным в сторону соответствующей поверхности листа. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. металлического листа электромагнитными волнами, возбуждаемыми в волноводных резонаторах. При этом обеспечиваются условия для многократного увеличения чувствительности к измеряемой величине, т.е, происходит фактическое возрастание крутизны кривой 1(х), характеризующей зависимость собственной частоты Г электромагнитных колебаний объемного резонатора от расстояния х между его торцом и поверхностью металлического листа.На фиг,1 показана условная схема образования в волноводном резонаторе стоячей волны при многократном зондировании контролируемой поверхности одной.из встречных волн в резонаторе, образующих стоячую волну, На фиг,2 и 3 показаны схемы, соответствующие случаям, когда для получения полезной информации используются не одна,а обе встречные волны в резонато 1679185ре, взаимодействующие поверхностью листа вместе или раздельно. Собственная частота колебаний каждого из таких резонаторов изменяется при одновременном многократном взаимодействии поля стоячей волны резонатора с поверхностью листа. Если для получения информации о толщине листа с помощью схем, показанных на фиг.1, 2 и 3 необходимы два резонатора, то с помощью схемы на фиг.4 необходим один резонатор С-образной формы.Операцию зондирования поверхности листа в указанных схемах повторяют такое число раз, которое необходимо для получения требуемой чувствительности. Для схем на фиг.1 - 3 условие резонанса в таких синтезирующих резонаторах может быть записано следующим образом:2 д 1 +К 2 Д х=2 ж (1)где- общая длина волноводного тракта вне области зондирования, т.е. выше пунктирной линии на фиг,1 - 3: ф= 2 й ЬЧф - фаэовая постоянная, Чф - фазовая скорость волны в резонаторе, равная скорости волны С на участках длиной х, т,е. в пространстве между резонатором и контролируемым листом; 1 - собственная частота колебаний резонатора и-го типа; К 1,2,. - число зондирований, т,е. число раз, которое волны, образующие стоячую волну в резонаторе, взаимодействуют с поверхностью листа при падении на нее и отражении от этой поверхности, в частности зондирования могут быть произведены по нормали к поверхности листа.Из соотношения (1) следуетСи у+(2)Число и соответствует номеру возбуждаемого типа колебаний.Чувствительность Яп = бЬйх к измеряемому расстоянию х, как следует иэ выражения (2) естьСпМ СпМ2( +М х) 2 1.где х .По сравнению с известными способами измерений толщины металлического листа чувствительность возрастает в К раз, так как изменение расстояния х в предлагаемом способе приводит к большему в К раз изменению собственной частоты. Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройств, в которых организовано многократное взаимодействие с поверхностями контролируемого металлического листа. На фиг.5 и 6 приведены схемы датчика для осуществления предлагаемого способа. В нем обеспечено взаимодействие с поверхностями листа одной(фиг,5) и обеих (фиг.6) встречных волн в волноводных резонаторах 1 раздельно. Для обеспечения такого раздельного взаимодействия волн в состав каждого резонатора 1 введены трехплечие циркуляторы 2, Подсоединение циркуляторов 2 к волноводам осуществлено их первыми и вторыми плечами, места включения этих циркуляторов в разрыв Волноводного резонатора может быть произвольным, т,е. как эквидистантным, так и с разными интервалами между соседними циркуляторами. Число циркуляторов выбирается с учетом требуемой чувствительности к толщине листа, оно соответствует числу осуществляемых зондирований, для чего к третьему плечу каждого циркулятора 2 подсоединен одним иэ торцов волновод 3, другой торец которого открыт и направлен в сторону соответствующей поверхности листа.Датчик на фиг.5 соответствует схеме зондирования на фиг.1, датчик на фиг,6 соответствует схеме на фиг,З Как видно из схем на фиг.5 и 6, они отличаются друг от друга включением циркуляторов, на этих схЕмах направления прохождения волк через циркуляторы обозначены стрелками, показывающими путь волны от Одного плеча циркулятора к другому.Схема зондирования обеих сторон листа с помощью одного датчика может быть реализована на основе датчика на фиг.5 или 6, которым придана С-образная форма.Схема зондирования при взаимодействии с поверхностью листа обеих встречных волн вместе (см,фиг.2) может быть реализована, например, с применением системы зеркал, отражающих многократно волны от датчика к контролируемой поверхности(поверхностям) листа,Описанный способ измерения толщины металлического листа и датчик для его осуществления позволяют значительно (многократно) увеличить чувствительность по сравнению с чувствительностью, обеспечиваемой в известных решениях, указанные технические решения могут быть реализованы не только с применением элекромагнитных волн СВЧ-диапазона частот, но и других диапазонов волн на основе соответствующей этим диапазонам элементной базы.Формула изобретения 1, Способ измерения толщины металлического листа, заключающийся в том, что контролируемый лист с каждой из сторон зондируют электромагнитным полем стоячей волны с помощью волноводного резо 1679185натора и по изменению характеристик этого поля судят о толщине листа, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, контролируемую поверхность зондируют дополнительно К-раз одновременно в нескольких заданных точках, при этом каждый раз в качестве зондирующей волны используют отраженную стоячую волну. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, при дополнительном зондировании раздельно используют отраженные волны от поверхности листа и от поверхности резонатора. 3. Датчик для измерения толщины металлического листа, содержащий два волноводных резонатора, расположенных встречно с зазором для установки контроли руемого листа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтоон снабжен в каждом резонаторе К-трехплечими циркуляторами и волноводами с открытым торцом по числу циркуляторов, резонаторы выполнены составными, а каж дый циркулятор двумя из своих плеч сопрягает смежные отрезки резонаторов, а третьим плечом соединен с соответствующим волноводом, открытый торец которого направлен в процессе измерения в сторону 15 поверхности листа.1679185 Составитель П,ЛапшинРедактор А.Бер Техред М,Моргентал Корректор Т.Малец оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина Заказ 3200 ВНИИПИ Тираж 353 Подписноеударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5