Импульсно-фазовое устройство для контроля толщины

. СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК 4 СЫ 4 П 9 В 17/02 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИДЕТЕЛ ВУТОРСКОУУ СВ ЬСТ оНедостатком ется невысокая больших погреш сти фаз между им сутствие серийн ных фазометров з данного устройс контроле.йства являтроля из-за ения разноналами. Отх импульсольэование логическом к контрольно- ожет быть исого измерения ых материалов картона, линоданного устро точность кон настей измео пульсными си о выпускаемь атрудняет исп тва при техно контроля толль ультразвукольтразвуковых ьное устройст- ьтразвукового ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Киевский технологический институт легкой промышленности(56) Авторское свидетельство СССРМт 270261, кл. 6 01 В 17/00. 1968.Бергман Л, Ультразвук и его применение в науке и технике, М,: Издательство иностранной литературы, 1957; с,444 - 453,Бражников Н,И. Ультразвуковая фазо- . метрия, МЭнергия, 1968, с,156.(54) ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ(57) Изобретение относится к измерительной технике, Цель изобретения - повышение чувствительности и точности за счет исключения "мертвой зоны" и непостоянства амплитуд излучаемого и принимаемого импульсов. Генерируют высокочастотные Изобретение относится измерительной технике и м пользовано для бесконтактн и контроля толщины рулонн(ткани, искусственной кожи,леума и т,д.). Известно устройство дл щины, содерЖащее иэлучате вых импульсов, приемник у импульсов и фазоизмерител во, реализующее способ у контроля толщины.колебания фиксированной частоты, которые разделяют на зондирующие и опорные, Иэ зондирующих колебаний формируют следующие с низкой частотой радиоимпульсы, возбуждают и принимают соответствующие акустические импульсы с помощью излучателя и приемника, установленных соосно на фиксированном расстоянии, усиливают принятые импульсы до постоянного уровня, перемножают усиленные импульсы с опорными колебаниями, выделяют видеоимпульсы, следующие с низкой частотой, размещают между излучателем и приемником материал с номинальной толщиной, изменяют фазу зондирующих колебаний до исчезновения видеоимпульсов. Далее заменяют материал с номинальной толщиной на материал с контролируемой толщиной и фиксируют наличие видеоимпульсов, изменяют фазу опорных колебаний до исчезновения видеоимпульсов, по фазовому сдвигу опорных колебаний судят об отклонении контролируемой толщины от номинальной.2 ил. Известно также импульсно-фазовое устройство для контроля толщины, содержащее генератор импульсов, излучающий иприемный пьеэопреобразователи. задерживающее устройство и осциллограф,Наличие эталонного преобразователя сизлучателем и подвижным приемником повышает точность контроля толстостенных 5изделий.Однако при койтролетонкостенных изделий и рулонных материалов практическиневозможно перемещением приемникакбмпенсировать изменения толщины контролируемого изделия.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является импульсно-джазовое устройство контроля толщины,содержащее последовательно соединенные задающий высокочастотный генераторрегулируемой частоты, селекторный блокинг-генератор, модулирующий блокинт-генератор, регулятор глубины модуляции имодулятор, включенный между задающим 20генератором и излучающим пьезоэлементом, а также последовательно соединенныеселекторный усилитель детектор и измерительный прибор. подкл. ченные к пьезоэлементу. 25Недостатком данного устройства является невысокая точность контроля толщины, Так, при изменении частотывысокочастотных колебаний. заполняющихрадиоимпульс, возникают дополнительные 30фазовые сдвиги в пьезоэлементе и усилителе из-за нелинейности и неравномерностиих частотных характеристик. Для повышения эффективности и помехозащищенностипреобразования электрических колебаний в 35ультразвуковые и наоборот необходимо сужение полосы пропускания этих элементов.Однако с сужением полосы пропусканияувеличиваются неконтролируемые дополнительные фазовые сдвиги при изменении 40частоты. При изменении толщины контролируемого изделия меняется амплитуда отраженных импульсов, что затрудняет.индикацию минимума амплитуды суммарных колебаний, а следовательно, снижает 45точность измерения второй частоты и толщины контролируемого изделия.При использовании совмещенного пьезопреобразователя диапазон контроля толщины ограничен наличием "мертвой зоны", 50которая длится с момента начала зондирующего импульса до его окончания, когдаприем отраженных сигналов невозможен,Поэтому контроль изделий малой толщины,к которым относятся рулонные материалы. 55производится данным устройством с невысокой точностью и чувствительностью.Цель изобретения - повышение чувствительности и точности контроля толщинырулонных материалов путем исключения"мертвой зоны" и непостоянства амплитуд излучаемых и принимаемых импульсов.Поставленная цель достигается тем, что, в импульсно-фазовое устройство для контроля толщины, содержащее генератор. последовательное соединенные усилитель мощности и излучающий пьезоэлектрический преобразователь. последовательно соединенные приемный пьезоэлектрический преобразователь, усилитель с автоматической регулировкой усиления и фазовый детектор, индикатор и регистратор, введены последовательно соединенные первый фазовращатель, вход которого подсоединен к выходу генератора, и первый ключ. выход которого связан с входом усилителя мощности, последовательно соединенные делитель частоты, вход которого подключен к выходу генератора, формирователь прямоугольных имаульсов и одновибратор, выход которого связан с управляющим входом первого ключа. и последовательно соединенные фильтр нижних частот. вход которого подключен к выходу фазового детектора. избирательный усилитель; синхронный детектор, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты. а выход - к индикатору, исполнительный узел и второй фазовращатель, информационный вход которого связан с выходом генератора, а выход" с вторым входом фазового детектора, а регистратор подключен к выходу исполнительного узла.На фиг.1 представлена блок-схема импульсно-фазового устройства для контроля толщины; на фиг,2 - эпюры напряжений на выходах блоков устройства,Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 высокочастотных колебаний фиксированной частоты, первый фазовращатель 2. первый ключ 3, усилитель 4 мощности и излучающий пьезоэлектрический преобразователь 5, последовательно соединенные приемный пьезоэлектрический преобразователь 6, усилитель 7 с автоматической регулировкой усиления, фазовый детектор 8, фильтр 9 нижних частот,избирательный усилитель 10, синхронный детектор 11 и индикатор 12, последовательно соединенные второй ключ 13. вход которого соединен с выходом синхронного детектора 11, исполнительный узел 14. регистратор 15, вход которого соединен также с управляющим входом второго Фаэовращателя 16, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 8, а вход - свыходом генератора 1 и последовательно соединенными делителем 17 частоты, выход которого соединен с вторым входом синхронного детектора 11, формирователем Я прямоугольных импульсов и одновибратором,19, выход которого соединен с. управляющим входом первого ключа 3. Позицией 20 обозначен контролируемый рулонный материал, имеющий толщину и.Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии между излучающим 5 и приемным 6 пьезоэлектрическими преобразователями размещают контролируемое изделие известной или номинальной толщины и размыкают второй ключ 13.Пьезоэлектрические преобразователи 5 и 6 установлены один против другого соосно на фиксированном расстоянии. Между пьезопреобразователями 5 и 6 находится иммерсионная среда. Высокочастотные электрические колебания фиксированной частоты в с выхода генератора 1 поступают через первый фазовращатель 2 на вход ключа 3 (фиг.2 а)О = Оп, соз (ж 1+ ср )и через второй фазовращатель 16-на один из входов фазового детектора 8 (фиг.2 б).02 = О саз ( вс + р 2 ), (2)Одновременно электрические колебания с выхода генератора 1 с помощью делителя 11 частоты понижают до низкой частоты Й (фиг.2 в); Из низкочастотных колебаний, формирователем 18 прямоугольных импульсов и одновибратором 19, формируют прямоугольные импульсы длительностью тЪ, следующие с частотой И которымиуправляется первый ключ 3 (фиг.2 г), На выходе первого ключа 3 образуются следующие с низкой частотой радиоимпульсы (фиг.2 д).Оз = Оц соз (в т + р ) при 0ттОз = О при то1-д 2 л(3)Радиоимпульсы с выхода первого ключа 3 усиливаются усилителем 4 мощности и поступают на излучающий пьезоэлектрический преобразователь 5. При помощи пьезопреобразователя 5 элекгрические импульсы преобразуются в акустические, которые проходят иммерсионную среду, контролируемое изделие 20 и поступают на пьезопреобразаватель 6, при помощи которого акустические импульсы преобразуются в электрические. При этом разность фазмежду излучаемыми и принимаемыми колебаниями можно представить в виде(4) где 3 - расстояние между пьезоэлектрическими преобразователями 5 и 6 (акустическая база);10 с и со - скорости распространения акустических колебаний соответственно в материале контролируемого иэделия и иммерсионной среде.После преобразований выражение (4) 15 можно представить в виде(4) Акустические импульсы, прошедшиеиммерсионную среду и контролируемое изделие 20, преобразуются в электрические при помощи приемного пьезоэлектрического преобразователя 6 и нормируются па амплитуде (усиливается до постояннога по уровню значения напряжения) при помощи усилителя 7 с автоматической регулировкой усиления, выходное напряжение которого можно представить в виде30 04 = Оо саз ( ш 1 + 1 + Л 1+ Р 2) при 0 ф т;где 0 - уровень стабилизации амплитуды;Лу - дополнительные фазавые сдвиги, 40 возникающие в процессе преобразованияэлектрических колебаний в акустические иобратно.Нормированные по амплитуде радиоимпульсы (5) поступают на первый вход фазово го детектора, на второй вход которогопоступают непрерывные опорные колебания02 (фиг,2 б) через второй фазовращатель 16. Вкачестве фазового детектора 16 использованперемножитель. В результате перемноже ний входных напряжений фазового детектора .16 на его выходе образуются импульсы, которые можно представить в виде4 й фазовый сдвиг, ания вторым фа - Ь рз при 0сто . О 7 =О при 2 РГГ=(ДЪ, (14) читывая, что 4=в(и.+ ЬЬсо с Со Сциональности. оэффициент пропорСо Ь со Сс,с соотношения (13) ис переходит в устаноПри выполненполнительный узе имеем где О, = оО П 2произведение амплитуд сравниваемых напряжений.Из выходных импульсов фазового детектора 8 фильтром 9 нижних частот выде ляются видеоимпульсы (фиг,2 ж) Ов = Осов ( р 1 - рг + Ь р 1 которые усиливаются избирательным усилителем 10, настроенным на низкую частоту Й Усиленное напряжение частоты следования импульсов (фиг 2 з) выпрямляется синхронным детектором 11, который управляется выходным прямоугольным на- .20 пряжением делителя 17 частоты (фиг,2 в). Выпрямленное напряжение поступает на индикатор 12, При помощи первого фазовращателя 2 изменяют фазовый сдвиг зонди-. рующих колебаний на величину Ьфз до 25 получения нулевого показания индикатора 12. При этомЬР =Р 1 - р+Ьр +Ьр - Ьр =,30 кустический канал между пьевателями 5 и 6 вводят иэделиеемой толщиной, которое вносдвиг, равный Ьр,:о Ь 1 С -с+(9) где ЬЬ - отклонение толщины контролируемого изделия от номинальной.При этом на выходе фильтра 9 нижних частот образуются видеоимпульсыО 7 - Оо О сов ( р 1 р + Ьр 4 + О 7 = О О 2 сов ( р - рг + Ь р 1 + Ьу - Ьрз вЬь с с ) =.с,с Оо Оо,2 сов( - +ОЬЬ ) =Л Со С 2 с,с В идеоимпульсы (12) усиливаются усилителем 10 и выпрямляются синхронным детектором 11. Постоянное напряжение с выхода детектора 11, амплитуда которогосо - с пропорциональна величине зп в Ьсо с поступает на исполнительный узел 14, в качестве которого может быть использован электродвигатель, интегратор электрического напряжения, аналого-цифровой преоб разовател ь (АЦП), В ыходной сигнал исполнительного узла 14 (угол поворота вала, электрическое напряжение или цифровой код) поступает на регистратор 15 и второй фазовращатель 16. Под воздействием управляющего сигнала фазовращатель 16 изменяет фазовый сдвиг опорного напряжения на величину, при которой выпрямленное напряжение на выходе синхронного детектора 11 становится равным нулю, т,е. выполняется соотношение зп ( щЬй -Ьро) =с,с де Ьъ - регистрируемыносимый в опорные колеовращателем 16,Откуда получаемвившийся режим, а фазовый сдвиг Лро, вносимый вторым фазовращателем 16 в опорные колебания, фиксируется регистратором 15, Таким образом, регистратором 15 фиксируется отклонение ЬЬ толщины контроли. руемого изделия от номинальной,В предлагаемом устройстве отсутствует "мертвая зона", так как измеряется разность фаз несущих колебаний радиоимпульсов относительно непрерывных опорных 10 колебаний независимо от длительности зондирующих, При этом изменение амплитуды ультразвуковых колебаний, связанное с изменением толщины контролируемого изделия, не влияет на результат контроля, 15 так как выходной сигнал фазового детектора 8. пропорциональный произведению перемножаемых сигналов, обращает в нуль при установке между ними сдвига фаз 90 фазовращателями 12 и 16 неэависимо от 20 соотношения амплитуд перемножаемых сигналов, Поскольку устройство работает на фиксированной частоте. то отсутствуют фазочастотные искажения от неравномерности и нелинейности частотных 25 характеристик электроакустического тракта.Макет данного устройства использован для контроля отклонений толщины линолеума, имеющего номинальную толщину 3 - 5 30 мм, при этом погрешность не превышала + 3% Формула изобретения Импульсно-фаэовое устройство для контроля толщины, содержащее генератор. последовательно соединенные усилитель мощности и излучающий пьезоэлектрический преобразователь, последовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь, усилитель с автоматической регулировкой усиления и фазовый детектор, индикатор и регистратор, о т л и ч а ю щ е е ся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, оно снабжено последовательно соединенными первыми фазовращателем, вход которого подключен к выходу генератора, и ключом, выход которого связан с входом усилителя мощности, последовательно соединенными делителем частоты, вход которого подключен к выходу генератора, формирователя прямоугольных импульсов и одновибратором, выход которого связан с управляющим входом первого ключа, и последовательно соединенными фильтром нижних частот. вход которого подключен к выходу фазового детектора, избирательным усилителем, синхронным детектором, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, а выход - к индикатору, вторым ключом, исполнительным узлом и вторым фаэовращателем, информационный вход которого связан с выходом генератора, выход - с вторым входом фазового детектора, а регистратор подключен к выходу исполнительного узла.1747894Составитель В.Клушин едактор М,Петрова Техред М,Моргентал Корректор Э,Лончаковэ 2493 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10