Ультразвуковой толщиномер (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСГУБЭН а) ЯОии 1 ЗсЯ 0 01 В 17 02 Е ИЗОБРЕТ ПИСА ИДЕТ ЕЛЬСТВ НОЮ-2 Бюл.нов6(088.в М.В.1Мас. 98(56)т,олщи 980,Эхо-импульсны нностроение",амеры,9 2 02 (прото ам же ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) 1. Ультразвуковой толщиномерсодержащий последовательно соединенные синхронизатор, первые генераторзондирующих импульсов с пьезопреобразователем, формирователь исчетчик, последовательно соединенныевторые генератор зондирующих импульсов с пьезолреобразователем и формирователь, третий пьезопреобразователь подключенный к второму входувторого формироватегя квантующий генератор и подключенный к выходу первого счетчика индикатор, о т л и ч аю щ и й с я тем что, с целью новыщения точности измерений, он снабженсдвигающим регистром вторым счетчиком с подключенным к его выходамфункциональным преобразователем кодкод, мультиплексором и элементом задержки, выход второго формирователясоединен с первым входом второгосчетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с выходом квантующего генератора, первая и втораягруппы входов мультиплексора подключены соответственно к выходам разрядов сдвигающего регистра и функционального преобразователя,код-код,.а выход мультиплексора - к третьемувходу первого счетчика, вход сдвигающего регистра соединен с выходомсинхронизатора, а выход "Перенос" -с входами "Установка в 0" обоих счетчиков и через элемент задержки свходом второго генератора зондирующих импульсов,20652. Ультразвуковой толщиномер, содержащий синхронизатор, последовательно соединенные первые генератор. . зондирующих импульсов с пьеэопреобра. эователем, формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые . генератор зондирующих импульсов .с пьеэопреобразователем и формирователь, подключенный к второму входу второго формирователя, третий пьеэопреобразователь, квантующий генератор и соединенный с выходом .первого счетчика индикатор, о т л и ч а ю-, щ и й с я тем, что, с целью повыше- . ния точности измерений, он снабжен элементом задержки и последовательно соединенными вторым счетчиком,первым элементом И, триггером и вторым элементом И, выход второго фор- .мирователя подключен к первомувходу второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с выходом квантующего генератора, второйвход триггера и третьи входы обоихсчетчиков подключены к выходу элемента задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента И,второй вход второго элемента И соединен с выходом синхронизатора, авыход - с входами обоих генераторовзондирующих импульсов.1Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использовано для измерения .толщины изделий иэ различных материалов беэ калибровки по эталонныммерам при одностороннем доступе.Известен ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательносоединенные синхронизатор, генераторзондирующих импульсов с пьезопреоб- Оразователем, формирователь, счетчи" .ки, квантующий генератор и индика"тор 1,3.Недостатком толщиномера являетсянеобходимость калибровки.по эталонным мерам толщины перед измерениемдля каждого материала.Наиболее близким по.техническойсущности к изобретению являетсяультразвуковой толщиномер, позволяю" 20щий производить измерение толщиныиэделий из различных материаловбеэ предварительной калибровки поэталонам с использованием поперечныхи поверхностных ультразвуковых колебаннй,Известный толщиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор, первые генератор зондирующих.импульсов с пьезопреобразователем,30формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые генераторзондирующих импульсов с пьезопреобразователем и формирователь, третийпьезопреобраэователь, подключенныйк второму входу второго формировате- Зф 2ля, квантующий генератор и подключенный к выходу первого счетчика индикатор ,2.Недостатком известного толпиномера является низкая точность измерения, связанная с непостоянством отношения скоростей распространения попе" речных и поверхностнык колебаний для разных материалов. Целью изобретения является ловышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем, формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобраэователем и формирователь, третий пьезопреобразователь, подключенный к второму входу второго формирователя, квантующий генератор и подключенный к выходу первого счетчика индикатор, снабжен сдвигающим регистром, вторым счетчиком с подключенным к его выходам .функци" ональным преобразователем код-код, мультиплексором и элементом задержки, выкод второго формирователя соеди" нен с первым входом второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с .выходом квантующего генератора, первая и вторая группа вхо" дов мультиплексора подключены соот3 1120ветственно к выходам разрядов сдвигающего регистра и функционального.преобразователя код-код, а выходмультиплексора - к третьему входупервого счетчика, вход сдвигающего5регистра соединен с выходом синхронизатора, а выход "Перенос" - с входами."Установка в 0" обоих счетчиков и через элемент задержки с входом второго генератора зондирующих 10импульсов.Поставленная цель по второму варианту исполнения достигается тем,что ультразвуковой толщиномер, содержащий синхронизатор последоваЭ 15тельно соединенные первые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем, формирователь исчетчик, последовательно соединенные вторые генератор зондирующих им.20пульсов с пьезопреобразователем иформирователь, подключенный к второму входу второго формирователя, третий пьезопреобразователь, квантую.щий генератор и соединенный с выхо 15дом первого счетчика индикатор,снабжен элементом задержки и последовательно соединенными вторым счетчиком, первым элементом И, триггероми вторым элементом И, выход второгоформирователя подключен к первомувходу второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с выходом квантующего генератора, второйвход триггера и третьи входы обоихсчетчиков подключены к выходу элемен" З 5та задержки, вход которого соединенс выходом первого элемента И, второйвход второго элемента И соединен свыходом синхронизатора, а выход - свходами обоих генераторов эондирующих импульсов. На фиг.1 изображена функциональная схема первого варианта ультразвукового толщиномера, иа фиг.2 - схема второго варианта ультразвукового толщиномера.По первому варианту толщиномер содержит синхронизатор 1, первые генератор 2 зондирующих импульсов, сое-. диненнйй с пьезопреобразователем 3, формирователь 4 и счетчик 5, последо- . вательно соединенные вторые генератор 6 зондирующих импульсов с пьезопреобразователем 7 и формирова. тель 8, третий пьезопреобразователь . 5 9, подключенный к второму входу вто рого формирователя 8, квантующий генератор 10, индикатор 11, входом 165 . 4подключенный к выходу первого счетчика 5, сдвигающий регистр 12, второй счетчик 13, подключенный к еговыходам функциональный преобразователь 14 код - код, мультиплексор 15,первая и вторая группа входов которого подключена соответственно к выходам сдвигающего регистра 12 и функ.ционального преобразователя 14, авыход - к третьему входупервогосчетчика 5, и элемент 6 задержки,соединяющий выходПеренос" сдвигающего регистра 12 с входом генератора 6 зондирующих импульсов.Пьезопреобразователи 3,7 и 9 размещаются на поверхности изделия 18,По второму варианту толщиномерсодержит синхронизатор 1, последо-вательно соединенные с ним первые ге-нератор 2 зондирующих импульсов,пьезопреобразователь 3, формирователь 4 и счетчик 5, последовательно соединенные вторые генератор 6зондирующих импульсов с пьезопреобразователем 7 и формирователь 8,третий пьезопреобразователь 9, квантующий генератор 10 и соединенный Свыходом счетчика 5 индикатор 11,элемент 12 задержки, последовательно .;соединенные второй счетчик 13, пер-.вый элемент И 14, .триггер 15, второйэлемент И 16.Пьеэопреобраэователи 3,7 и 9 размещаются на поверхности иэделия 17.Толщиномер по первому варианту выполнения работает следующим .образо.м.Импульсы синхронизаторапериодически запускают генератор 2 зондирующих импульсов и производят сдвиг кода в сдвигающем регистре 12. Пьезопреобраэователь 3, возбуждаемый импульсом. генератора 2, излучает в из"делие 18 и принимает отраженные отпередней и задней поверхности изделия ультразвуковые импульсы продоль".ных колебаний, Эти импульсы, преобразованные в пьезопреобразователе 3в электрические, вырабатывают на выходе формирователя 4 временной инал Т , который заполняется импульсами квантующего генератора 10,а их количество записывается в счет-чик 5, Число квантованных интерваловТ 1, определяется объемом выборки иустанавливается через третий входсчетчика 5. Значение объема выборки определяется соотношением:2где . " фиксированное расстояниемежду пьезопреобраэователями 7 и 9; 5Й " целое число, определяющееточность измерения;М - числовое значение результата квантования временного интервала, соответствующего расстоянию Числовое значение результата измерения толщины (й определяется соот" ношением5Й =пТ Е - щи .сгде Тя " время прохождения ультразвуком двойной толщины;Х - частота квантования;С - .скорость распространения .20продольных ультразвуковыхволн в изделии;- толщина изделия.Сдвигающий регистр 2, имеющий в разрядов, работает циклически по 25 кольцевой схеме. После каждого цикла формируется импульс переноса регистра и устанавливается единичное состояние на всех разрядах. Импульсы синхронизатора 1, поступающие на . З 0 регистр 12 вслед за импульсомпере- нома, приводят к продвижению нулевого состояния от первого по ь-й раз" ряды включительно с последующим формированием нового импульса переноса, Первыми К разрядами (КЪм кс регистра 12, связанными с первой группой входов мультиплексора 15, вырабатывается объем выборки и,. вре" мя индикации результата измерения определяется временем продвижения нулевого состояния от в -го по-й разряд.Импульс переноса .регистра 12 устанавливает нулевое состояние на счет.- чиках 5 и 13 и через элементы 16 задержки запускает генератор 6 зондирующих импульсов для возбуждения продольных головных волн в изделии при помощи пьеэопреобраэователя 7. Задержка импульса переноса обусловлена необходимостью предварительной очистки счетчика 13 перед новым заполнением.Эондирующий импульс генератора5 6 поступает на формирователь 4 как старт-импульс. Распространяющийся импульс продольных головных волн при нимается пьеэопреобразователем 9,расположенным на фиксированном расстоянии . от излучающего пьезопреобраэователя 7 и преобразуется н электрический стоп-импульс формирователя 8. Временной интервал Т, выработанный формирователем 8, заполняется импульсами квантующего генератора 10, а их количество записывается в счетчик 13. Выходной код М счетчика 13 преобразуется функциональным преобразователем 14 в код в соответствии с законом формирования объема выборки ъ, Кодфункционального преобразователя 4 через вторую группу входов мультиплексора 15 устанавливает связь третьего входа счетчика 5 с выходом в-го разряда регистра 12.. Процесс измерения интервалов Т продолжается до установления нулевого состояния на выходе п -го разряда регистра 12. Масштабированный код М,записанный в счетчик 5 как результат измерения толщины, регистрируется индикатором 1. Необходимая десятичная дольная единица размерности результата устанавливается переносом запятой на индикаторе. Толщиномер по второму варианту выполнения работает следующим образом,В начале каждого цикла измерения выходной импульс элемента 12 задержки обнуляет счетчики 5 и 3 и через второй вход триггера 15. открывает элемент И 16. Начальный запуск толщиномера осуществляется внешним импульсом, сформированным, например, при помощи кнопочного выключателя 1 не показан).Импульсы синхронизатора 1, пройдя через открытый элемент И 16, запускают генераторы 2 и б зондирующих импульсов, выходные импульсы которых при помощи пьезопреобраэователей 3 н 7 возбуждают соответственно ультразвуковые импульсы продольных объемных и головных волн в изделии. Пьеэопреобразователь 3 принимает и преобразовывает отраженные от передней и задней поверхностей изделия ультразвуковые импульсы в электрические, Эти импульсы вырабатывают на выходе формирователя 4 временной интервал Т , соответствующий двойной измеряемой толщине. Распространяю. щийся ультразвуковой импульс продоль ных головных воли принимается пьезопреобразователем 9, расположенным от пьезопреобраэователя 7 на фиксиОе УагРодЗл.йроекткая, 4 7 11201 рованном расстоянии и преобразуется в электрический.Ъ формирователе 8 от зондирующего импульса генератора 6 ипринятого импульса пьезопреобразователя 9 вырабатывается временной интервал Т , Аналогичное формирование интервалов Т 1, и Тг производится от каждого импульса синхронизатора 1. Эти ин. тервалы Т 11 и Тр заполняются импуль сами кваятующего генератора 10 с частотой , а количество импульсов М=ТУ и К Т Е подсчитывается соответственно счетчиками 5 и 13.Процесс заполнения интервалов Т 11 и Ти подсчета импульсов про.должается до установления на счет-. чике 13 кода, равного числу Во, определяемого соотношениемн - - "о= 2 1020 где д - целое число, определяющееточность измерения.Установление кода, равного числу Ьана разрядах счетчика 3 фиксирует импульс, формирующийся на выходе. элемента И 14. Этот импульс через первый вход триггера 15 закрывает элемент И 16, а также поступает на вход элемента 12 задержки для формирования нового цикла измерения.Количество измеренных интервалов30 толщины Т равное ИИПИ Заказ 7726 8 Т 65 8й, 1 О ь й 21 Т устанавливается автоматически,Уравнение измерения толщиномераимеет вид й =вТ 1=Ь 10и 11 фгде М - числовое значение результа"та измерения2 ЬТн сРезультат измерения толщины, за- . писанный в счетчик 5, регистрируется индикатором . Время индикации определяется временем задержки в элементе 12. Необходимая десятичная дольная единица размерности результата измерения устанавливается переносом запятой в индикаторе,Выполнение ультразвукового толщи- номера в соответствии с описываемыми вариантами позволяет автоматизировать процесс измерений, результат измерений получать в десятичной системе счисления в заданном масштабе линейных единиц длины. Использование при измерении продольных головных волн исключает необходимость предварительной калибровки толщиномера по эталонным мерам.