Ультразвуковой толщиномер

пйтцт658857 ОП АНИЕ ИЗОБР ЕТЕ Н И Я Союз СоввтСИИХ Социалистических Республик(72) Автор ц 3 о о 1) с 1 ец и 5 М. В. Ко 71) Заявггсль 54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИИОМЕ к выходамгенератора вход котороготриггера, ц ременц, реги- вязан с выхообратно прооединен с вызного напря 1 представлена бл ца фцг, 2 - врскработы; на фцг. 3рсобразоватсля ок-схема то:- синая дцаг - упрощенасштаба врс 1Изобретение относится к церазрушающсму контролю изделий.Известны эхо-импульсные ультразвуковые толщиномеры, работающие при одностороннем доступе к измеряемым объектам и способныс измерять толщину изделий из металлов ц твердых неметаллов 111.Известно устройство, содержащее генератор, подключенный к цсму датчик, возбуждаощцй в контролируемом изделии сдвиговыс ц цовсрпостные волны и цринимаощий эхо-импульсы сдвиговой волны, последовательно сосдиценныс амплитудный ограничитель, вход которого подключен к датчику, первый усилитель и измеритель временных интервалов, второй датчик, принимающий повсрхностную волну, расположенный ца фиксированном расстоянии от первого, подключенный через второй усилитель к второму входу измерителя временных цтсрвалов, ц индикатор 121.Однако для цзмсрсцця толщины толщицомсры должны быть предварительно прокалибровацы по издслио с известной толщиной, т. с. цо эталону.Цель изобретения - обеспечение бсзэталонного контроля толщины изделий.Для этого измеритель временных интервалов выполнен в виде подключенных к гснсратору двух триггеров, входы которых подключсны соответственнопервого ц второго усилителейпилообразного напряжения,соединен с выходом второгопреобразователя масштаба встрирующцц вход которого сдом первого триггера, а входпорционального управления сходом генератора пцлообрагения.Иа фцг,щиномера;рамма егоцая схема т5 мени. Блок-ссма состоит цз двух электроакустических каналов ц измерителя временны интервалов. Г 1 срвый канал приема ц излучения сдвиговых (поперечных) ультразвуковых колебаний состоит цз генератора 1, датчика 2, амплитудного ограничителя 3 ц г,ервого усилителя 4. Второй элсктроакустический канал состоит цз того жс генератора 1, того жс датчика 2, датчика 5 ц второго усилителя 6. Измеритель временных интервалов состоит цз триггеров 7, 8, подключенных к первому ц второму усилителям, генератора 9 пилообразного напр- женич и преобразователя 10 масштабавремени, регистрирующий вход которого(2) 3связан с выходом триггера 7, а вход обратно пропорционального управления соединен г выходом генератора 9.Тол 1 циномер работает следующим образом.Генератор 1 короткими электрическими импульсами (фиг. 2, а) возбуждает датчик 2 (излучатель-приемник), излучающий через тонкий слой контактной жидкости, например машинного масла, импульсы сдвиговых ультразвуковых колебаний в измеряемое изделие 11 толщиной д Эти импульсы распространяются по изделию, как показано вертикальными стрелками на фиг, 1, отражаются от нижней поверхности изделия и возвращаются на датчик 2 через время где сг - скорость сдвиговых колебаний вматериале изделия (фиг, 2, б),Одновременно с возбуждением сдвиговых колебаний датчик 2 возбуждает и по. верхностные волны Рэлея, которые, распространяясь в направлении, показанном горизонтальной стрелкой, по поверхности изде. лия, принимаются вторым датчиком 5 (фиг, 2, г), расположенным на фиксированном расстоянии с 12 от датчика 2, через время где с, - скорость распространения волныРэлея для данного материала изделия,Генератор 1 одновременно с возбуждением датчика 2 запускает триггер 7(фиг. 2, в),Импульсы (фиг. 2, б), отраженньи; огнижней поверхности изделия, пройдя амг.лнтудный ограничитель 3 высоковольтныхимпульсов генератора 1, усиливаются усилителем 4. С выхода усилителя 4 они поступают на другой вход триггера 7 и возвращают его в исходное состояние. Такимобразом, на входе триггера 7 формируетсяпрямоугольный импульс (фиг. 2, в), длительность которого для данной скоростис, пропорциональна толщине 4 контролируемого изделия. Этот импульс поступаегна вход преобразователя 10 масштаба времени, длительность импульсов на выходекоторого прямо пропорциональна длительности входных импульсов, а значит, и толщине измеряемого изделия, Измеряя длительность этих импульсов любым известным радиотсхническим способом при шкале, градуированной в единицах длины,получают значения толщины измеряемогоизделия.Однако из выражения (1) видно, чтопрн изменении скорости с, показания изменяются. 4Зависимость показаний прибора от 11 менений скорости с, с высокой точностью искчючается в предлагаемом приборе следующим образом.5 Известно, что отношение скоростей повер. постных и сдвиговых ультразвуковых колебаний сг 0,87 + 1,12 н10с, 1+игде 1 г - коэффициент Пуассона материала измеряемого изделия. Б реальных средах С (гг(0,5, а практически для всех нсжидких металлов 0,25 , р ,0,44. Прп значенп ях гг = 0,25+0,44 отношение К. - .=0,933++ 1,4 % .Если из выражения (3) выразить с, через сг и из выражения (2) получить сг = - (5)Аг ГГг 25 и подставить выражение (5) в (4), а результат затем подставить в выражение (1),получим новое выражение для толщиныизмеряемого изделия30 4= ==В,сгг ггг )2 К гг где В = . При фиксированном А, и22 Кд, в выражении (6) В зависит при смене 35 материала контролируемых изделий толькоот величины К, т. е. изменяется для всех металлов всего на + 1,4%,Из выражения (6) видно, что если сделать длительность импульса на выходе пре образователя 10 масштаба времени обратно пропорциональной времени 12 (времени 1, она, как было показано, прямо пропорциональна), можно измерять толщину изделий, в частности, из металлов с любой 45 скоростью распространения ультразвука безспециальной калибровки прибора с принци.пиальной погрешностью не более +1,4%.Б предлагаемом толщиномере это осугцествляют следующим образом.50 Генератор 1 одновременно с запускомтриггера 7 запускает и триггер 8, которь 1 й приводится в исходное состояние импульсом сдвиговых колебаний (фиг. 2, г), принятым 55 датчиком 5 и усиленным усилителем 6. На выходе триггера 8 форми руется прямоугольный импульс (фиг. 2, д) длительностью 1 равной времени распространения волны Рэлея от датчика 2 к дат чику 5 и не зависящей от толщины измеряемого изделия. Этим импульсом запускает ся генератор 9 пилообразного напряжения, на выходе которого формируется импульс (фиг. 2, е) с амплитудой У, прямо пропор циональной времени 1.(7),гв где 1 в,.- длительность импульса навыходе схемы;в в = 11 ДЛИТСЛЫ 1 ОСТЬ ИМПуЛЬСа Н 1се первом входе (вход 1);1 - ток, создаваемый этим импульсом в цепи первого входа (вход 1);1, - ток, создаваемый генератором постоянного тока иа транзисторе Т.ИЗ ВЫРажЕНИЯ (7) ВИДНО, Что 1 ц выв грямо пропорционально времени 11,На второй вход схемы (фиг. 3) поступа 1 от пилообразные импульсы генератора 9, затягиваются практически до постоянного напряжения У, = У = А 12, где А - постоянный коэффициент на цепочке 01, с 1, Р 1, которое, поступая на базу Т, задает величину токаЕО У/(Й 2 + ЙЗ) = А 2/(Р 2 + 3) . Поставив это значение 1 О и (7), получимв 1. (Йг+ Рв 1и ввх -Л 1 в ь,где В = 1 в(Й 2+ Й;,)/А =- В,Совпадение выражений (6) и (8) говорит о том, что схема фиг. 3, а значит и прн. бор в целом, выполняет функцию (6). Этот импульс поступает на второй (управляющий) вход преобразователя 10 масштаба времени, который выполнен так, то его коэффициент преобразования, как было ПОКаваНО ВЫШЕ, ПряМО ПрОПОрцИОНаЛЕН Времени 1 т, е. длительности импульса триггера 7, и обратно пропорционален времени 12, т. е. длительности импульса триггера 8.Исходя из выражения (6), именно эту функцию и должен выполнять прсдлагасмыи толщиномер.На фиг. 3 показана принципиальна схема управляемого прсобразоватсля временного масштаба - одного из основных узлов предлагаемого толщиномера. Часть схемы, справа от пунктирной линии, представляет собой собсгвенио преобразователь время - время, часть схемы выполняет следующу 1 о функцию: 6Экспериментальный макет бсзэталонного толщиномсра с цифровой индикацией ири измерении образцов изделий из нескольких марок стали и алюминисвых сплавов, латуни, вольфрама и органического стекла в диапазоне толщин 2 - 50 мм имеет погрешность ие более 1,8 - 2 от измеряемой величины при частоте поверхности измеряемых изделий ис хуже 4. Перс стройки прибора нри переходе с одного материала на другой нс требуется.Формула изобретения15 Ультразвуковой толщнномср, содержащий генератор, подключенный к нему датчик, возбуждающий в контролируемом изделии сдвиговыс и поверхностныс волны и принимающий эхо-импульсы сдвиговой вол ны, последовательно сосдинснныс амплитудный ограничитель, вход которого подключен к датчику, первый усилитель и измеритель временных интервалов, второй датчик, принимающий поверхностную вол ну, расположенный на фиксированном расстоянии от исрвого, подключенный через второй усилитель к второму входу измерителя временных интервалов, и индикатор, отличающийся тем, что, с целью обеспечения безэталонного контроля толщины изделий, измеритель временных интервалов выполнен в виде подключенных к генератору двух триггеров, входы которых подклю чены соответственно к выходам первого и з; второго усилителей, генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом второго триггера, и преобразователя масштаба времени, регистрирующий вход которого связан с выходом первого 40 триггера, а вход обратно пропорционального управления соединен с выходом генератора пилообразного напряжсния.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Гребенков В. С. Физические основыультразвуковых методов измерения толщины, М Машиностроение, 1968.502. Авторское свидетельство СССРЛ 2 169858, кл, 6 О 1 Х 29/04, 1962.658857 Риг 3 Составитель Н. Разыграев Текред Л, Куклина Коррек ор 3, Тарасова Редактор Е, Хейфиц Подписное Изд, Ъо 125 Тираж 883 ВНИИП 1 Государственного комитета СССР но дел а гн изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рау;нская наб., д. 45Заказ 2792 Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполкоиа