Ультразвуковой толщиномер

)5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ большую кривизну бретения - повыш ния за счет форм тельности временны которых осуществля реднему и заднему Применение в схем рователя фронта ра, триггера и вто необходимыми фу ми позволяет фикс тервал прохожде колебаний в издели совпадает с вершин са, а также контро контакт между прео лием. 3 ил. ВОЙ ТОЛЩИНОМЕР тносится к измерительт быть использовано для онтроля при односторонны иэделий, иэготовленвысоким коэффициентом ука, а также имеющих(54) УЛЬТРАЗВУК (57) Изобретение ной технике и мож нераэрушающего нем доступе толщ ных из материалов затухания ультра 4, последовательно соединенные первый счетчик 5 и индикатор 6, последовательно соединенные формирователь 7 интервалов времени, первый вход которого подключен к выходу синхронизатора 1, СЬ первый регулируемый одновибратор 8 и второй счетчик 9, генератор 1 О счетных О) импульсов, выход которого подключен к ф счетным входам первого и второго счетчиков 5 и 9, последовательно соединенные формирователь 11 фронта импульса и коммутатор 12, триггер 13 и второй одновибратор 14, вход которого подключен к первому входу первого счетчика и выходу формирователя 7 интервалов времени, выход - к вторым входам первого и второго счетчиков 5 и 9 и входу "Сброс" триггера 13, второй вход коммутатора 12 подключен к входу формирователя 11 фронта импульса и к выходу усилителя 4, управляющий вход - к прямому выходу триггера 13, выход - к второму входу ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Королев М. В, Эхо-импульсные толщиномеры. - М.: Машиностроение, 1980, с,79-87Авторское свидетельство СССР3 Ф 1536203, кл. 6 01 В 17/02, 1988,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для нераэрушающего контроля при одностороннем доступе толщины изделий, изготовленныхх из материалов с высоким коэффициентом затухания ультразвука, а также имеющих большую кривизну поверхности.Цель изобретения - повышение точности измерения за счет формирования последовательности временных интервалов, окончание которых осуществляется поочередно по переднему и заднему фронтам эхосигнала.На фиг. 1 изображена структурная схема ультразвукового толщиномера; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Толщиномер содержит последовательно электроакустически соединенные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, преобразователь 3 и усилитель поверхности, Цель изоение точности измереирования последовах интервалов, окончание ется поочередно по пефронтам эхо-сигнала, е толщиномера формиимпульса, коммутаторого одновибратора с нкциональными связяировать временной инния ультразвуковых и, окончание которого ой приемного импульлировать акустический бразователем и иэде 1670401формирователя 7 ингервалов времени, асчетный вход триггера 13 подключен к выходу синхронизатора 1,Позициями 15 - 30 обозначены выходысигналов с блоков ультразвукового (УЗ) толщиномера.Толщиномер работает следующим образом,Перед началом измерения толщины, пока преобразователь 3 не установлен на поверхность контролируемого изделия, навыходе одновибратора 14 присутствуетсигнал "0", а выходной сигнал счетчика 9соответствует "1". В этом случае входы счетчиков 5 и 9 закрыты, а триггер 13 приведенв устойчивое начальное состояние с "0" напрямом выходе, Сигнал "1" с выхода счетчика 9 разрешает работу синхронизатора1, который, в свою очередь, периодическигенерирует короткие прямоугольные импульсы.Каждый импульс синхронизатора 1 запускает генератор 2 зондирующих импульсов и одновременно поступает на входытриггера 13 и формирователя 7 интерваловвремени, Триггер 13, закрытый сигналом "0"от одновибратора 14, не реагирует на этотимпульс. Импульс синхронизатора 1, являющийся старт-сигналом, своим переднимфронтом переключает формирователь 7 интервалов времени в состояние "1" на выходеили подтверждает это состояние.От первого импульса синхронизатора 1(фиг, 2, 15), сформировавшегося после установки преобразователя 3 на поверхностьизделия, также запускается генератор 2,Выходной импульс последнего через преобразователь 3 излучается в изделие в виде короткого ультразвукового импульса(фиг. 2, 16). Ультразвуковой импульс, отразившись от противоположной поверхностиизделия, принимается преобразователем 3и преобразуется в электрический сигнал(фиг. 2, 17; первый радиоимпульс соответствует измерению малой толщины, второй радиоимпульс - большой толщины, пунктирнойлинией показана кривая затухания ультразвука в контролируемом иэделии).Выходной сигнал преобразователя 3поступает на вход усилителя 4, имеющегоуровень отсечки входных сигналов О. Наличие в усилителе 4 уровня отсечки повышает достоверность результатов измеренийисключением ложных его срабатыванийот постоянно присутствующих на выходепреобразователя 3 различных шумов(фиг, 2, 17),Усилитель 4 усиливает входные сигналы уровень ко 1 орых превышает Оп, достандартной для логических элементов ам 45 50 55 10152025303540 плитуды (фиг, 2, 18). На фиг, 2, 17 точками показаны моменты включения и выключения усилителя 4.Импульсы с усилителя 4 поступают на входы формирователя 11 фронта импульса и коммутатора 12. Формирователь 11 вырабатывает на своем выходе прямоугольный имг 1 ульс(фиг. 2, 19) от каждого отрицательного фронта входного импульса (фиг. 2, 18). Коммутатор 12 в зависимости от уровня сигнала на его управляющем входе соединяет второй вход формирователя 7 интервалов времени либо с выходом усилителя 4, либо с выходом формирователя11 фронта импульса, При сигнале "1" на управляющем входе коммутатора 12 последний соединяет формирователь 7 с усилителем 4, а в противном случае - с формирователем 11 фронта импульса, Приэтом любой импульс с выхода коммутатора12 для формирователя 7 интервалов времени является стоп-сигналом,В данном случае коммутатор 12 пропускает импульсы формирователя 11 на второй вход формирователя 7 интервалов времени, На выходе последнего устанавливается сигнал "0". Фронт переключения сигнала формирователя 7 с "1" на "0" запускает одновибратор 14. На выходе последнего устанавливается сигнал "1", который открывает входы счетчиков 5 и 9 и дает разрешениетриггеру 13.Таким образом, одновибратор 14 вырабатывает на выходе сигнал "1" только в том случае, когда преобразователь 3 принимаетотраженный от противоположной поверхности изделия ультразвуковой импульс. При этом одновибратор 14 имеет следующую особенность в работе - при формированиис частотой генерации синхронизатора 1 импульсов формирователем 7 интервалов времени он постоянно поддерживает на своем выходе сигнал "1", т. е. одновибратор 14 в толщиномере служит блоком контроля качества акустического контакта между преобразователем 3 и изделием. В качестве одновибратора 14 может быть использован, например, одновибратор с повторным запуском типа К 155 АГЗ. От импульса синхронизатора 1, сформировавшегося после установления на выходе одновибратора 14 сигнала "1", запускается генератор 2 и переключаются триггер 13 и формирователь 7, На выходах триггера 13 и формирователя 7 устанавливаются сигналы "1". Сигнал с выхода триггера 13, воздействуя на управляющий вход коммутатора 12, соединяет усилитель 4 с вторым входом формирователя 7. Отраженный от противоположной поверхности ульт 1670401продолждется до ереполнен 11 я счетчика 9,имеющего емкость 10, где К - целое поГ 1ложительное число, определяющее весл 1 лддшего разряда результата измерения5 толщины изделия.При достижении о счетчике 9 числа 10им вырабатывается импульс переноса. соответс 1 оующий сигналу "0", который запрещает работу синхронизатора 1. Измерение10 толщины изделия заканчивается, Содержимое счетчика 5, являющееся результатол 1 измерения толщины, выводится на индикатор6 для регистрации.При измерении длительностей ТН 1 и ТН 215 о счетчике 5 толщиномера накапливаетсярезультат, равный измерению двух длиТН 1 + ТН 2тЕЛЬНОСтЕй Тср 1 = ---- ,ОКОНЧДНИЕ2которых на временной оси совпадает с20 вершиной приемного симметричного импульса, соответствующего отраженному отпротивоположной поверхности изделияультразоуковому импульсу (фиг. 2, 17; 2, 20;2, 21).25 2 НПри этом длительность Тся 1 =сгде Н - толщина контролируемого изделия.Чтобы длительность Н,р 1 действительно была равна отношению двойной толщины30 иэделия к скорости ультразвука в материале, как обычно в ультразвуковой толщинометрии, вводят элемент задержки междувыходом синхронизатора 1 и первым входом формирователя 7 интервалов време 35 ни, Длительность задержки устанавливаютравной времени, необходимому для прохождения ультразвуковым импульсомпризм преобразователя 3, На фиг. 1 элемент задержки не показан,40 Таким образом, в толщиномере решается система уравнений где Мс - содержимое счетчика 9;Мн - содержимое счетчика 5, результатизмерения толщины,50 М - объем выборки измерения,Решив первое уравнение системы относительно обьема выборки измерения получаем10 10 А с55 --- 10,Мс Тс Го 2 ГПодставив значение М во второе уравнение системы, имеемАс 108 Тн 1 Го + ТН 2 То2 Го 2 разоукооой иг 1 пульс преобразуется преобрдзовагелем 3, усиливается усилителем 4 ипоступает на второй вход формирователя 7,От переднего Фронта выходного импульсаусилителя 4 (фиг. 2, 18) последний возвращается в исходное состояние - на его выходеформируется прямоугольный импульс с длительностью Тн 1(фиг; 2, 20)Длительность Тя 1 измеряют квантованием счетными импульсами генератора 10,следующим с частотой Г Результат изглерения 1 чн 1=Тг 11 Го в режиме сложения записывается в счетчик 5,Передний фронт импульса формирователя 7 запускает регулируемый одновибрдтор 8, а его задний фронт повторнозапускает одновибрдтор 14,Однооибрдтор 8 на своем выходе формирует прямоугольный импульс с длительностыю2Тс = - ,Асгде А=/м - размерный коэффициент;с - скорость распрострднения ультразвукового иглпульса в материале контролируемого изделия.Длительность Т, также измеряют квантованием счетными импульсами генератора10 и результат измерения Мс= Тс Гс о режиме сложения записыоается в счетчик 9,От следующего импульса синхронизатора 1 вновь запускается генератор 2, переключаются триггер 13 и формирователь 7.На выходе триггера 13 устанавливаетсясигнал "0", второй вход формирователя 7соединяется с выходом формирователя 11. Вэтом случае на выходе формирователя 7 интервдлоо времени формируется прямоугольныйй импульс с длительностью Тн 2 (фиг. 2, 21),которую также измеряют квантованиемсчетными импульсами генератора 10, а реЗультдт иэмЕрЕния КН 2= ТН 2 Го Суммируется с содержимым в счетчике 5,Передним фронтом импульса с длительностью Тн 2 также запускается одновибратор 8, Длительность его выходногоимпульса Т 2 измеряют квантованием с частотой Го и суммируют с содержимым счетчика 9.Такой периодический процесс запускагенератора 2 зондирующих импульсоо, переключения триггера 13. поочередного формирования на выходе формирователя 7интервалов времени прямоугольных импульсов с длительностял 1 и Тн 1 и Тн 2, формированияна выходе одновибратора 8 прямоугольногоимпульса с длительностью Тс, измеренияДлительностей Тн 1, Тн 2 и Тс, сУммиРованиЯрезультатов о соответствующих счетчиках М=ММс=10ИМИ +М.И:М+. д 21 10 Р - ЛН 10 Б2 сТребуемая раз .р ость результата измерения ГЗн мм и т, д) обеспечивается переносом эзплтпй в индикаторе б со стороны мл, дших разрядов. Например для представления результата измерения в мм запятая переносится на (В-З) разряда,Необходимую длительность выходного импульса одновибратора 8 устанавливают псред измерением толщины при калибровке тилщиномера с помощью эталонного образца, изготовленного из материала контролируемого иэделия, Для этого преобразователь 4 устанавливают на поверхность эталонного образца, имеющего толщину Нс и регулировкой длительности выходного импульса одновибратора 8 добиваются покая зания на индикаторе б числа АНс 10, т.е,1, осущес гвляется традиционная методика калибровки ультразвукового толщиномера, В этом случае длительность ТС=2 А с,На фиг. 2 и 3 также иллюстрируется отличительная особенность толщиномера, которая заключается в том, что момент окончания длительности Т,р, соответствующей любой измеряемой толщине, на временной оси всегда совпадает с вершиной приемного импульса, отраженного от противоположной поверхности изделия, независимо от затухания ультразвука в материале или кривизны поверхности контролируемого обьекта, На фиг. 2, 17: 2, 22 и 2, 23 приведены диаграммы измерения большой толщины изделия с высоким коэффициентом затухания ультразвука. На фиг, 3 для сравнения показаны случаи измерения одинаковой толщины плоско, го и выпуклого изделий. Импульс синхронизатора 1, определяющий начало Тср, представлен на фиг. 3, 24. При этом импульсы, приведенные на фиг. 2, 26 и 2, 29, сформированы от переднего фронта, а импуль,.;ы, приведенные на фиг. 2, 27 и 2, 30, - от заднего фронта приемного импульса пре 5 10 15 образователя 3. Отсюда видно совпадение окончания длительности Тср с вершинами приемных импульсов (фиг, 3, 25. 2, 28),Таким образом, введение в схему толщиномера формирователя фронта импульса, коммутатора, триггера и второго одновибратора с необходимыми функциональными связями между блоками позволяет фиксировать временной интервал прохождения ультразвуковых колебаний в изделии, окончание которого совпадает с вершиной приемного импульса, а также контролировать акустический контакт между преобразователем и изделием,20 25 30 35 40 45 Формула изобретения Ультразвуковой толшиномер, содержащий последовательно электроакустически соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, преобразователь и усилитель, последовательно соединенные первый счетчик и индикатор, последовательно соединенные формирователь интервалов времени, первый вход которого подключен к выходу синхронизатора, первый регулируемый одновибратор и второй счетчик и генератор счетных импульсов. выход которого подключен к счетным входам первого и второго счетчиков, а выход формирователя интервалов времени подключен к первому входу первого счетчика, о тл и ч а ю щ и й с я, тем, что, с целью повышения точности измерения. он снабжен последовательно соединенными формирователем фронта импульса и коммутатором, триггером и вторым одно- вибратором, вход которого подключен к выкоду формирователя интервалов времени, выход - к вторым входам первого и второго счетчиков и входу "Сброс" триггера, второй вход коммутатора подключен к входу формирователя фронта импульса и к выходу усилителя, управляющий вход - к прямому выходу триггера, выход - к второму входу формирователя интервалов времени, а счетный вход триггера подключен к выходу синхронизатора,1670401 Составитель В, Белозеровдактор М. Кобылянская Техред М.Моргентал Кор фО. Кундрик иэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 акаэ 2738 Тираж 357 Подписное ВНИИПИ Государственноо комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж, Раущская наб 4/5