Ультразвуковой эхо-импульсный измеритель размеров

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфвз СоветскихСоциалистическихРвслублик л 11991164(22) Заяалено 02. 12,80 (2) 3211310/18-,28 РЦМК з 0,01 В 17/02 с присоединением заявки йо -Государственный комитет СССР ио делам изобретений н открытийДата опубликования описания 23.01. 83 В.А,Калинин, А.А,Костин и В.Л.ТарасднкаВсесоюзный научно-исследовательский институтпо"разработкенераэрушающих методов и средств контроля качества материалов(54) УЛЬТРАЗВУКОВОИ.ЭХО-ИМПУЛЬСНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬРАЗМЕРОВ Изобретение относится к измерительной технике и может найти приме" нение для измерений излучения в трубной промышленности, например, 5 для контроля диаметров.Известен ультразвуковой измеритель размеров, содержащий генератор ймпульсов, эхо-локационные измерительные каналы и Формирующий каскад с амплитудной отсечкой 11.Недостатком измерителя является то, что обработка информации ведетсй: в аналоговой форме, что ограничивает производительность и точность измерений, Осуществление циФровой обработ 5 ки ведет к значительному усложнению измерителя.Известен ультразвуковой измеритель наружного диаметра трубы, содержащий . :два измерительных канала, пьеэопре- .20 обраэователи которых размещены диаметрально противоположно, и, третий компенсационный канал.с пьезопреобразователем, взаимодействующим в процессе измерения с отражателем, синх- . 25 рониэатор и блок цифровой индикации 2 .Лвдостатком измерителя является :значительная температурная погрешность.30 Наиболее близким к изобретению техническим решением является ультра".,звуковой эхо-импульсный измеритель размеров, содержащий синхронизатор и три измерительных канала, каждый из которых содержит ультразвуковой преобразова- тель и соединенные с ним генератор и последовательно подключенные усилитель и селектор-формирователь, и подключенные к последнему вовтором и третьем каналах два измерительных триггера, синхронизатор подключен к управляющим входам генераторов первого и третьего каналов, к первому входу измерительного триггера .третьего канала и вторым входам селекторов"формирователей всех каналов, выход селектора"формирователя первого канала соединен с управляющим входом генератора и первым вхо" :дом измерительного триггера второго канала, выходы селекторов-формирователей второго и третьего каналов соединены о вторыми входами соответствующих измерительных триггеров:.Синхронизатор запускает первый и третий канал одновременно. Вхо-импульсе, принятый пьеэопреобраэователем первого канала, запускает второй канал. Разность временных интервалов нэме 991164ренных вторым и третьим каналами песет информацию аб измеряемом размереиэделия 3;),Недостатком измерителя являетсязначительная, температурная погрешиность, возрастающая с увеличениемизмеряемого .размера.Цель изобретения - повышение точ ности измерения,Поставленная цель достигается тем,что ультразвуковой эха-импульсный иэ- рмвритель раэмерон, содержащий синхронизатор и три измерительных канала., каждый из которых содержит ультразвуковой преобразователь и соединенные.с ним генератор и последовательно подключенные усилитель и селектор-формирователь, и подключенные к последнему во втором и третьем каналах дна измерительных триггера, сини"раниэатор подключен к унранлякшим входам генераторов первого и третье-. го каналов, к первому входу измерительного триггера третьего канала и вторым входам селекторон"Формирователей всех каналов, выход селектора- формирователя первого канала соединен с управляющим входом генератора и первым входом измерительного триггера второго канала, выходы селекторон-Формирователей второго и третьего каналов соединены с вторыми входами соответствующих измерительных каналов, снабжен соединенным с синхронизатором реверсивным счетчиком, соединенными с ними эадатчиком цифроного кода и цифровым индикаторам, двумя иннертораьи, пятью схемами И, схемой ИЛИ, Р 5 -триггером, генератором счетных импульсов, расширителем временного интервала и Формирователем строба, к выходам измерительных триггеров подключены последовательно соединенные соответственна иннер тор и схема И, вторые входы первойи второй схем И соединены с выходами измерительных триггеров перекрестно: второго канала - с второй схемой И, третьего - с первой схемой И, выход селектора-формирователя первого канала соединен с входом Формирователястроба, выход которого подсоединенк третьему входу второй схемы И, вы"ходы первой и второй схем И соединены соответственно с двумя входами Й 5- триггвра исхемы ИЛИ, выходом падсоединенной к расширителю временногоинтервала, третья схема И подсоедине" 55на входами соответственно к выходурасширителя и к генератору счетныхимпульсов, выход вв соединен с первымивходами четвертой и пятой схем И, вторыв входы которых соединены с саотввтствующими выходами Рь -триггера, а выходы - с входами реверсивногосчетчика.На фиг.1 представлена принципиальная схема измерителя; на Фиг.2, - временныв диаграммы, иллюстрирующив работу измерителя,Ультразвуковой эхо-импульсный измеритель (Фиг.1) содержит синхронизатор 1 и три измерительных канала,каждый из которых содержит ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 2 - 4 и соединенныв с ним генератор 5 - 7 и последовательно подключенные усилитель 8 - 10 и свлектор-формирователь 11 в .13, к которому вонтором и третьем канале подключены,цва измерительных триггера 14 и 15,ренерсивный счетчик 16, входы парал"лельной записи которого соединены сзадатчиком 17 циФрового кода, выходы - с цифровым индикатордм 18, дваиннертара 19 и 20, пять схем И 2125,схему ИЛИ 26, йб - триггер 27,генератор 28 счетных импульсов, расширитель 29 нременного интервала и формирователь 30 строба.Измеряемое изделие31 размещено между првобраэователяьи 2 и 3, третий преобразователь 4 установлен на расстоянии от отражателя 32, равном суммарному расстоянию между преобразователями 2 и 3 эа вычетом номинального размера иэделия 31,Синхронизатор 1 подключен к управляющим входам генераторов 5 и 7 первого и третьего каналов, к первому входу измерительного триггера 15 третьего канала и вторым входам се" лекторон-Формирователей 11 - 13 всех каналов, выход селектора-формирователя 11 пеРвого канала соединен с управляющим входом генератора 6, первым входам измерительного триггера 14 второго канала и входом Формиро" нателя 30,строба,выходы селекторов" Формирователей 12 и 13 второго и третьего каналов соединены со вторыми входами соответствующих измерительных триггеров 14 и 15, к выходам которых подключены последовательно соединенныв инввртор 19 и 20 и схема И 21 и 22.Вторые входы первой и второй схем И 21 и 22 соединены с выходами измерительных триггеров пврекрвстно: выход измерительного триггера 14 второго канала соединен со входом второй схемы И 22,а выход измерительного триггера 15 третьего канала - с входом.первой схемы И 21, Выход селектора-формирователя 11 первого канала соединен со нходом формирователя 30 строба, выход которого подсоединен к третьему входу второй схемы И 22. Выходы первой и второй схем И 21 и 22 соединены соответственно с днумя входами Р 5-триггвра 27 и схемы ИЛИ 26, выходом подсоединенной к расширителю 29 временного интервала. Третья схема И 23 подсоединена соответственно к выходу расширителя 29 и к генератору 28 счетных импульсов, выход991164втвля Л, принимается тем же пьезоэлектрическим преобразователем и оступает на вход усилителя 10, а е еговыхода - на вход селектора-формирователя 13, управляемого синхронизатором 1,На первый вход измерительноготриггера 15 поступает импульс синхронизатора 1, на второй - импульс(фиг.2 д), сформированный селекторомщ формирователем 13 с задержкой С 3относительно импульса (фиг.2 а) синх"рониэатора 1. С выхода измерительного триггера 15 импульс (фиг.2 е) пос,тупает на первый вход инвертора 20и первый вход схеьы И 21.Значение 13 устанавливается прикалибровке измерителя путем изменения расстояния между отражателем 32,и пьезоэлектрическим преобразовате.лем 4 третьего измерительного канала до получения равенства:1 ++. 1 . При этом в качестве к 8 нтроли 32руемого изделия 31 должен быть установлен образец с номинальным знаке"нием геометрического размера.Выделение интервала 1 =3 -1 +1,Э31 3происходит йа второй логической схемеИ 22. При этом на ее входы поступаютимпульс (фиг.2 г) с измерительноготриггера 14 второго канала, импульс(фиг.2 ж) с выхода второго инвертора20, на вход которого, в.свою очередь,поступает импульс (Фиг.2 е) с измерительного триггера 15 третьего канала и импульс (Фиг.2 э) с выхода формирователя ЗР строба, запускаемогоимпульсом (Фиг.2 б), поступающим сселектора-Формирователя 11. В результате, на выходе второй логической схемы И 22 формируются импульс(фиг. 2 и) длительностью 1=,-С, +С, ) ее соединен с первыми входами чвтввртой и пятой схем И 24 и 25, вторыевходы которых соединены с соответствующими выходами Рэ -триггера 27, авыходы схем И 24 и 25 соединены ссуммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 16, вход управления параллельной записью которого, подключен к выходу синхронизатора 1.Ультразвуковой эхо-импульсный измеритель размеров работает следующим образом.Синхронизатор 1 вырабатывает импульсы (Фиг,2 а), .запускающие гвнератор 5 первого канала. Импульсы генератора 5 амплитудой несколько десятков вольт и длительностью менее0,1 мкс возбуждают пьезоэлектрический преобразователь 2. Ультразвуковой импульс, излучаемый пьезоэлектрическим преобразователем 2, отражается .от поверхности контролируемогоизделия 31 и поступает на вход усилителя 8, а с его выхода - на вход.селектора"Формирователя 11, управляемого синхронизатором 1. Сформированный селектором-формирователем 11 импульс (фиг.2 б) с задержкой 1, относительно импульса синхронизации(фиг.2 а) запускает генератор б второго канала, который вырабатываетэлектрический импульс с таким же параметром, что и генератор 5 первогоизмерительного канала. Этот импульсвозбуждает пьезоэлектрический преобраэователь 3. Ультразвуковой импульс,излучаемый пьезоэлектрическим преобразователем 3, отражается от поверхности контролируемого изделия 31 и поступает на вход усилителя 9, а с его выхода - на вход селектора-формирователя 12, управляемого синхронизатором 1,Сформированный селектором-формирователем 12 импульс (Фиг.2 в) с задержкойотносительно импульса(фиг.2 б), полученного на выходе свлектора-формирователя 11 первого канала, поступает.на первый вход измерительного триггера 14 второго канала. На второй вход измерительноготриггера 14.поступает импульс(фиг.2 б) с выхода селектора-Формирователя 12, С выхода измерительноготриггера 14 импульс (фиг,2 г) поступает на первый вход схемы И 22 и навход инвертора 19.Одновременно.с запуском генератора 5 первого канала синхронизатор1 запускает генератор 7 третьего канала, который вырабатывает электрический импульс с такими же параметрами, что и генератор 5. Этот импульсвОвозбуждает пьезоэлектрический преобразователь 4 третьего канала,.Ультразвуковой импульс, излучаемыйпьезоэлектрическим преобразователем4, отражается от поверхности отража 1Если 13 с 3+ Ф, то выделение интервала осуществляется на первой логической. схеме И 21Ври этом ,на ее входы поступают: импульс (Фиг.2 е) с измерительного триггера 15 третьего канала и импульс (фиг.2 к) с выхода инвертора .19 на вход кото" рого поступает импульс с измеритель" ного триггера 14 второго канала.В результате, на выходе первой логической схеьы И 21 формируется им" пульс (Фиг;2 л) длительностью =( з+ 3) зэ.В обоих случаях полученный импульс (фиг.2 и) или (Фиг.2 л) через логическую схему ИЛИ 26 поступает на вход расширителя 29 временного интервала. Коэффициент расширения устанавливается при калибровке,С выхода расширителя 29 временно" го интервала расширенный импульс(фиг.2 м) паатупавт на вторОЙ вход третьей логичвской схемы И 23, на пврлый.,вход которой подаютая импуль" сы с генератора 28 счетных импульсов.Полученная пачка импульсов (фиг.2 н) поатупавт на пврвыв входы чвтввртой и пятой лОГичваких схвм И 24 и 25, На вторые входы этих ахвм поступают сигналы а прямого и инвврсного выходов й 5 -триггера 27. Таким образом, нри 1+импуль- (О сы (фиг,2 н) с Выход 4 ахвмь И 24 поступают на вход суммирования рввврсивногосчетчика 16, При 1Ф+ + 1 з импульсы (Фиг.2 н) с выхода схвьй И 24 поступают на вход вычита ния рввврсивного счетчика 16.Управлвнив РЪ-триггером 27 осущвствлявтся подачей на вго вход сигналов с выхода первой и второй логичваких схем И 21 и 22. 2 Ов началв каждого такта иэмврвния импульсом (фиг.2 а) синхронизатора осущвствлявтся првдваритвльная,запись в рввврсивный счетчик 16 номинального эначвния контролирувмого размера а 25 эадатчика 17 цифрового кода, в котором оно устанавливается при наатройке.Информация о результатах измврвний с выходов рввврсивного ачвтчика 16 поступает ва цифровой индикатор 18. В предлагаемом эхо-импульсном измеритвлв раэмвров изделий доатигавтся повышение точности измерений за .счвт полной компвнаации температурной погрешности измврвний при номинальном значении размера измеряемого объекта. Твмпвратурная погрешность измерений в данном алучае возникает при отклонвнии гвомвтричвского размера издвлия от номинального значения и одновременном с ним отклонвнии температуры промежуточной жидкости от значения, которов она имела в момент настройки измвритвля на нами иальный размвр. При измерении наружного диамвтра рвальиых особотонкостенных труб првдлагавмым измвритвлвм твмпвратурная погрешность в 5 раз меньше, чвм в известном измвритвлв 50 (.2 3, и болвв, чвм на порядок мвньшв, чвм в известном измвритвлв 133.Формула изобрвтвнияультразвуковой эхо-импульсный измеритель размвров, содвржащий аинхрониэатор и три измвритвльных канала, каждый иэ которых содвржит ультразвуО ковой првобраэоватвль и аовдинвнные с ним генератор и послвдоватвльно подключвнныв уаилитвль и свлвктор Формирователь, и подключвнныв к послвднвму во втором и трвтьвм каналах два измерительных триггвра, синхронизатор подключвн к управлянзаим входам гвнвраторов пврвого и третьего каналов, к первому входу измвритвльного триггера трвтьвго канала и вторым входам свлвкторов-формироватвлвйвсех каналов, выход свлвктора"формк" роватвля первого канала соединен с управляющим входом генератора и пврвым входом измьритвльного триггвра второго канала, выходы селекторовФормирователей второго и третьвго кавалов совдинвны с вторыми входами соответствующих измерительных триггеров, о т л и ч а ю щ и й с я твм,что, а целью повышения точности иэмврвйий, он снабжвн совдинвнным а синхронизатором реверсивным счвтчиком, соединенными с ними задатчиком цифрового кода и цифровым индикатором, двумя инвврторами, пятью схвмами И, схвмой ИЛИ, Р 5 -триггвром, гвнератором счетных импульсов, расширителем временного интврвала и Формирователем строба к выходам иэмвритвльных триггеров подключвны послвдоватвльно соединвнныв соответственно инввртор и схема И, вторыв входы пврвой и второй схем И совдинвны с выходами иэмв"ритвльных триггвров пврвкрвстно:второго канала - с второй схвмой И,третьего - с первой схемой И, выходселектора-Формирователя пврвого канала соединен с входом Формироватвлястроба, выход косрого подсовдинвнк третьему входу второй схемы И, выхо"ды первой и второй схем И соединвнысоответственно с двумя входами 85 триггера и схвмы ИЛИ, выходом подсоединенной к расширителю врвмвнногоинтервала, третья схема И подсовдииена входами соотввтстввнно к выходу расширители и к генератору счетных импульсов, выход вв совдинвн спервыми входами четвертой и пятойсхвм И, вторыв входы которых совдинвны с соответствующими выходами й 5 триггера, а выходы - с входами рввврсивного счвтчика.Источники инФормации,нринятыв во внимание при экспвртизв1. Ьвторсков свидетельство СССР9 560139, кл, 6 01 В 1702, 19712. Патвнт США 9 3980404,кл. 73-67.8 Я,1976,3. Патент Франции 9 1547473,кл. С, 01 В, 1968 (прототип),991164ВНИИПИ Заказ 107/54 Тираж 600 Подписное Филиал ППП "Патеит г.Ужгород,ул.Проекая