Ультразвуковой толщиномер (его варианты)

(11) 3 002835 ОП ИСАНИЕИ 306 РЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 25.02.81 (2 3253520/18 25с присоединением заявки РЙ 3253521/18-28,179,16 (088,8) Опубликовано 07,03,83. Бюллетень 9 ле делам эааретеннй и атерытнй . Дата опубликования описания 07,03,83с(72) Лвто И, Янковский изобретен СсТомский ордКрасного Знам а Октябрьской РеволюциИ и одпена ТсрудовогЬсени политехнический инстиг," Й; ИКиро аявит Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может использоваться для автоматизированного контроля размеров изделий, преимущественно толщины, в процессе их обработки или транспортировки на конвейере.Известен ультразвуковой голшиномер, содержащий два основных эхо-локационных канала, располагаемых по обе стороны контролируемого иэделия, каждый из которых включает импульсный генератор, подключенные к одному его выходу ультразвуковой преобразователь и усилитель,.а к выходу усилителя - входселектора, причем выход селектора первого канала подключен к управляющему входу импульсного генератора второго канала, дополнительный эхо-локационный канал, включающий установленные в одной плоскости с основными ультрозвуковыми преобразователями рефлектор и ультразвуковой преобразователь, усилительелекгор, выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора первого канала,входом - к выходу тог е генера ые время атор. Один лока подк рого кана и послед мерител вательно сьный блок и яизмеригел инеи гисг вход врем чен к вы ла 1.Недос является или налич ьногора вго оду селекго сгного голшиноме отсутствии изде возных отверстийы первого каналавуковым преобра и поступают на а гком из то, что прии в нем с зондтприним е им аль тра елем второго канал времяизмеригельного бл качес твевод жного сиг к перегр Кроме того этоген ера тора. известном тол за счет сравни очность изм н ш снижена такжевысокой крутизнимпульсов, поступвремяизмериге тельно 20 фронта из вхонего ы п ающих на одинльного блока совагеля,в полни Бель льного преобра зобрегения - повышениений и устранение перегру нос ти измтельного блока, а выход триггера подключен к управляющему входу усилителя-селектора второго канала,Кроме того, согласно третьему варианту он снабжен включенным между выходом усилителя-селектора первого каналаи управляюшим входом импульсного генератора второго канала ключом, управляющий вход которого подсоединен к второму выходу усилителя-селектора дополнительного канала,с которым также соеди -нен второй вход времяизмерительного бло,ка двумя блоками задержки и триггеромс разделительным запуском в каждомосновном канале, входы первых блоков задержки в каждом канале подключены квторым выходам соответствующих импульсных генераторов, а входы вторых блоковзадержки - к выходам соответствуюшихусилителей-селекторов, выходы блоковзадержки в каждом канале подключены квходам соответствующих триггеров, а вы -ходы последних - к входам усилителейселекторов,На фиг, 1 изображена структурная схема ультразвукового толшиномера, первыйвариант, на фиг. 2 - то же, второй вариант; на фиг, 3 - то же, третий вариант,По первому варианту ультразвуковойтолшиномер содержит первый эхо-локационный канал, включающий импульсный генератор 1, подключенный к одному его выходу ультразвуковой преобразователь 2и усилитель 3, к выходу которого подключен вход селектора 4.Второй эхо-локационный канал включает импульсный генератор 5, подключенный к одному его выходу ультразвуковой преобразователь 6 и усилитель 7, квыходу которого подключен вход селектора 8.Дополнительный эхо-локационный каналвключает установленные в одной плоскости с основными ультразвуковыми преобразователями 2 и 6 рефлектор 9 и ультразвуковой преобразователь 10 и усилительселектор 11, выходом подключенный куправляющему входу импульсного генератора 1 первого канала, а входом - к первому выходу этого же генератора 1,Времяизмерительный блок 12 двумясвоими входами подключен к третьему выходу генератора 1 первого канала и выходу селектора 8 второго канала. Выходвремяизмерительного блока 1 2 соединенс входом регистратора 13,К третьему выходу генератора 1 подключен входом блок 14 задержки, выходом соединенный с входом триггера 3 1002835 4генератора второго канала при отсутствии,контролируемого изделия,Поставленная цель достигается тем,что ультразвуковой толщиномер, содержащий два основных эхо-локационных канала, располагаемых по обе стороны отконтролируемого изделия, каждый из которых включает импульсный генератор, подключенные к одному его выходу ультразвуковой преобразователь и усилитель, а квыходу усилителя - вход селектора, причем выход селектора первого канала подключен к управляющему входу импульсногогенератора второго канала, дополнительный эхо покационный канал, включающийустановленные в одной плоскости с основными ультразвуковыми преобразователямирефлектор и ультразвуковой преобразователь, усилитель-селектор, выходом подключенный к управляющему входу импульс 20ного генератора первого канала, а входомк выходу этого же генератора, и последовательно соединенные времяизмерительный блок и регистратор, а один входвремяизмерительного блока подключен квыходу селектора второго канала,снабжс н блоком задержки и триггером с раздельным запуском в каждом основномканале, один вход триггера первого канала подключен к выходу блока задержкитого хсе канала, его второй вход - к выходу усилителя второго канала, вход блока задержки первого канала подключен ктретьему выходу генератора первого канала, с которым соединен также входтриггера второго канала, второй входтриггера второго канала подключен к блоку задержки второго канала, входом подключенного к выходу генератора второгоканала, выходы триггеров обоих каналовподключены к управляющим входам селек торов соответствующих каналов, а второйвход времяизмерительного блока подключен к третьему выходу генератора первого канала,Кроме того, согласно второму вариан ту толщиномер снабжен ключом, включенным между выходом усилителя-селектора первого канала и выходом импульсного генератора второго канала, блокомзадержки и триггером с раздельным запуском, вход блока задержки подключенк выходу импульсного генератора второгоканала, а его выход - к одному из входов триггера, второй вход которого подключен к второму выходу усилителя-се- илектора дополнительного канала, к которо-рому также подсоединены управляющийвход ключа и второй вход времяизмери5 1002815 с раздельным запуском, второйвход которого соединен с выходомусилителя 7 второго канала. Выход генератора 5 второго канала через блок 1 6задержки соединен с одним входом триггера 17, другой его вход подключен к третьему выходу импульсного генератора 1, выход триггера 17 второго канала подключен к управляющему входу селектора 8второго канала, а выход триггера 15 пер вого канала подсоединен к управляющемувходу селектора 4 первого канала.Ультразвуковые преобразователи 2 и 6.в процессе работы лоцируют контролируемое изделие 18. 15По второму варианту толщиномер содержит первый эхо-локационный канал,включающий импульсный генератор 1,к одному выходу которого подключеныультразвуковой преобразователь 2 и усилитель-селектор З,второй эхо-локационный канал, включающий импульсный ге.нератор 5, к одному выходу которогоподключены ультразвуковой преобразова-тель 6 и усилитель-селектор 7. Дополни-дтельный эхо-локационный канал образуютустановленные в одной плоскости с основными преобразователями 2 и 6 рефлектор 9 и ультразвуковой преобразова -тель 10,30К преобразователю 10 подключен выход генератора 1 первого канала и входусилителя-селектора 11, соединенныйпервым выходом с управляющим входомэтого же генератора 1.35Второй выход усилителя-селектора 11дополнительного канала соединен с входом времяизмерительного блока 12, ккоторому подсоединен регистратор 13.Выход усилителя-селектора 3 первого40канала через ключ 19 соединен с управляющим входом импульсного генератора 5второго канала,Второй выход генератора 5 соединенчерез блок 16 задержки с одним из вы 45ходов триггера 17 с раздельным запуском, а его второй вход соединен с выходом усилителя-селектора 11 дополнительного канала. Своим выходом, триггер 17подключен к управляющему входу усилителя-селектора 7-8 второго канала. Вто 50рой вход времяизмерительного блока 12соединен с выходом усилителя-селектора7-8 второго канала.По третьему варианту толшиномер содержит первый эхо-локационный канал,включающий импульсный генератор 1, кодному входу которого подключен ультразвуковой преобразователь 2 и усилитель 35 Ьселектор 3-4. Второй эхо-локационныйканал содержит импульсный генератор 5,к выходу которого подсоединен ультразвуковой преобразователь 6 и усилительселектор 7-8,Дополнительный эхо-локационный каналобразуют установленные в одной плоскостис основными преобразователями 2 и 6рефлектор 9 и ультразвуковой преобразователь 10.Соединенный с преобразователем 10выход генератора 1 первого канала через усилитель-селектор 11 соединен суправляющим входом этого же генератора1, Второй выход усилителя-селектора 11соединен с одним входом времяизмерительного блока 12, к выходу которого подключен регистратор 13,Выход усилителя-селекгора 3-4 первого канала через ключ 19 соединен суправляющим входом импульсного генерагора 5 второго канала, второй выход которого подключен через блок 16 задержки к одному из входов триггера 17 с раздельным запуском.Второй вход триггера 17 через блок20 задержки подключен к выходу усипигелял:електора 7-8 второго канала и второму входу времяизмерительного блока 12.Выход триггера 17 подключен к управляющему входу усилителя-селектора 7-8.К второму выходу усилителя-селектора 11подключен управляющий вход ключа 19.Третий выход генератора 1 первогоканала через блок 21 задержки соединенс одним входом триггера 22, второй входкоторого через блок 23 задержки соединен с выходом усилителя-:електора 3-4первого канала. Выход триггера 22 соединен с вторым входом усилителя-селектора 3-4 первого канала,По первому варианту работает толшиномер следующим образом.Генератор 1 возбуждает дополнительный преобразователь 10, осуществляющий эхо-локации реФлектора 9. Эхоимпульс усиливается усиюштелем 11 и пос.гупает на управляющий вход генератора1, В резульгаге, в дополнительном эхолокационном канале формируется синхропоследовагельносгь импульсов, периодследования кот.рых определяется акустической базойи скоростью звука,Импульсами генератора 1 возбуждается также преобразователь 2, осуществляющий эхо-локацию изделия 18. Эхо-импульс от изделия 18 усиливаегся усилием 3 и Формируется для подачи на селектор 4,7 1002835 8 который служит для временной селекции через запертый селект эхо-импульса от зондирующего импульса. ние генератора 5,Импульсом генератора 1, задержан-Тем самым исключ ным в блоке 14 задержки на время, пре- рого эхо-локационного вышающее длительнос ть зондирующего им синхрокольца и сопутс пульса, триггер 15 перебрасывается и сос грузка генератора 5,тояние,соответствующее отпиранию се- ствие отсутствия на в лекгора 4, который в результате пропус- импульсов с генератор кает на выход .только эхо-импульс от из- тоянно заперт, и прин делия 18, Этим сигналом возбуждается 10 лем 6 зондирующий генератор 5, формирующий зондирующий теля 2 ложный сигна импульс преобразователя 6. Зондирующим на вход времяизмери импульсом, прошедшим через усилитель В результате показани 7, тРиггер 15 перебрасывается г в состо- ответствуют действите яние, соответствующее запиранию селек толщины, равному ну тора 4. Запирание селектора 4 вскоре По второму вариан после приема преобразователем 2 перво- ботает следующим обр го эхо-импульса облегчает в первом ка- Импульсный генера нале селекцию импульсов многократного преобразователь 2, пр отРажения, которые вплоть до начала слеется эхо-локация Реф дующего цикла не проходят через селек- пульс усиливается и ф тор 4 лем-селектором 11 и Триггер 17 второго канала импульсом ет генератор 1. генератора 1 установлен в состояние, со- В результате, в до ответствующее запиранию селектора 8 у 5 ,локационном канале ф Импульс с генератора 5, задержанный последовательность им в блоке 16, перебрасывает его в состоя которых определяется ние, вызывающее открывание селектора 8, Ь и скоростью звука Время задержки сигнала в блоке 16 за- Импульсами с гене держки несколько больше длительн ся также ультразвуков цмпульса генератора 5. 2, Зондирующий импу Эхо-импульс с выхода селектора 8 и, изделия 18, эхо-импу следующий за ним выходной импульс ге- преобразователем 2, у нератора 1 поступают на времяизмеритель- тируется амплитудной ный блок 1 2, Крутизна переднего фронта сов многократного отр импульса на третьем выходе генератора 1, ся усилителем-селекто 35 не нагруженном преобразователями 2 и го поступает на вход 10, значительно выше. мя формирования на в В блоке 12 определяется отношение селектора 3-4 зондир временных интервалов между входными ключ 19 заперт выхо импульсами к периоду их следования, о усилителя-селектора 1 равному периоду синхронопоследователь- Эхо-импульс от п нос ти, 18 проходит через кл Поступающий на регистратор 13 вы-генератор 5, который ходной сигнал блока 12 прямо пропорцио- зователь 6. нален толщине изделия 18 и не зависит ф 5 Импульс с выхода от скорости звука в окружающей изделие блок 16 задержки пос 1 среде. 17 кото ый п еб асПосле этого эхо-импульс поступает на времяизмерительный блок 12, На второй вход времяизмерительного блока 12 поступает импульс с выхода усилителя- ,селектора 11,При отсутствии изделия 18 в зоне контроля преобразователь 6 принимает зондирующий импульс преобразователя 2. Этот импульс усиливается и формируется усилием 7, после чего поступает на триггер 15, устанавливая его в состояние, соответствующее эапиранию селекто ра 4, Поэтому отраженный от поверхности преобразователя 6 эхо-импульс после приема преобразователем 2 не проходит р 4 на возбуждеается вхождение втоканала в режиметвуюшая ему переКроме того, вследходе триггера 17а 5 селектор 8 посятый преобразоватеимпульс преобразовал) не поступаеттельного блока 1 2я толшиномера сольному значениюту толшиномер раазом.тор 1 возбуждаети этом осушесгвлялектора 9. Эхо-имормируется усилитеповторно возбуждаполнительном эхоормируется синхропульсов, периодакустической базойвнутри базы.ратора 1 возбуждаетой преобразовательльс отражается отльс принимаетсясиливается, селекотсечкой. от импульажения и формируетром 3-4, после чеключа 10, На вреходе усилителяуюшего импульсадным импульсом1,оверхности иэделияюч 19 и запускаетвозбуждает преобрагенератора 5 черезтупает на триггерР ер р ывается в состояние, соответствующее отпиранию усилителя-селектора 7-8, При этом происходитусиление и амплитудная селекция эхоимпульса от импульсов многократногоотражения,изобретения Формула 9 10028Во времяизмеригельном блоке. 12 определяется отношение временных интервалов между входными импульсами к периоду следования этих интервалов, равномупериоду синхропоследовательности. Выход-ной сигнал блока 12, поступающий на ре. -гистрирующий блок 13,.прямо пропорционален толщине изделия 18 и не зависитот скорости звука в среде между преобразователями 2 и 6 и изделием 18. При 1 Оотсутствии изделия 18 в зоне контроляпреобразователь 2 при эхо-локации принимает эхо-импульс, отраженный от преобразователя 6 и сдвинутый относительно зондирующего импульса на время 352 /С, Этот импульс поступает на входключа 19,На запирающий .вход ключа 19 поступа.ет импульс, сдвинутый относительно зондирующего также на время 2 Ь /С сусилителя-селектора 11. Поэтому эхо-импульс от поверхности преобразователя .6не проходит через запертый ключ 19 на.запуск генератора 5, Тем самым исключается возможность возбуждения: второго 25эхо-локационного канала в режиме синхро.кольца.Одновременно исключается появлениена выходе усилителя 7 пожньк сигналовот зонцируюшегс импульса преобразовате- зопя 2, принятого преобразователем 6,так как при отсутствии открывающих. импульсов с генератора 5 усилительселектор 7-8 постоянно находится взапертом состоянии, Показания регистра- З 5тора при этом равны нулю.По третьему варианту толшиномер работает следующим образом.йополнительный эхо-локационный каналработает также, как и во втором вариантетолщиномера. При эхо-локации изделия 18 впервом эхо-локационном канале усилительселектор 3 заперт на время зондирующегоимпульса до тех пор, пока импульс генератора 1 перебросит триггер 22 в состоя-,ние, соответствующее отпиранию усилите,ля-формирователя 3.Вносимое блоком 21 время задержкидолжно быть больше или равно длительности зондирующего импульса,Первый эхо-импульс с выхода усилителя 3, с задержкой, определяемой блоком 23 задержки, перебрасывает триггер 22 в состояние, соответствующее запиранию5 усилителя 3, Путем задирания усилителя 3 осуществляется надежная селекция эхо-импульса от последующих импульсов многократного отражения в течение дан 35 10ного цикла работы:независимо от их амплитуды.Эхо-импульс от изделия 18 проходит через ключ 19 и запускает генератор 5 второго канала. При этом осуществляется эхо-локация изделия 18 справой стороны и селекция эхо-импульса от зондирующего импульса и импульсов многократного отражения.Эхо-импульсы с выходов усилителей- селекторов 11 и 7-8 поступают на время- измерительный блох 12, работающий также, как по второму варианту.При отсутствии изделия 18 эхоимпульс от поверхности преобразователя 6 усиливается и поступает. на вход ключа 19, Как и во втором варианте, одновременно с этим импульсом на запирающий вход ключа 19 поступает импульс с усилителя 11. Параметры усилителей- селекторов 3 и 11 выбраны таким образом, что длительности эхо-импульсв на их выводе одинаковы. Таким образом, эхо-импульс от преобразователя 2 к преобразователю 6 не проходит на запуск генератора 5.При отсутствии огпирающих импульсов с генератора 5 усилитечь 7 постояннс заперт и ложный сигнал от принятого преобразователем 6 зондирующего импульса преобразователя 2 на времяизмерительный блок 12 не поступает. Показания. регистратора равны нулю.Применение изобретения позволяет существенно упростить процесс измерения, цаэг возможность осушествлять в случае необходимости сканирование поверкности обь1 екта с целью регистрации его рельефа, при которой уменьшение показаний до нуля при выходе основных преобразователей за пределы объекта служит сигналом для перемены направления сканирования.Кроме того, за счет устранения пере-грузок генератора второго канала в отсутствие объекта повышаегся надежность аппаратуры. 1. Ультразвуковой голшиномер, содержащий два основных эхо-локационных канала, располагаемых по обе стороны контролируемого изделия, каждый из которых включает импульсный генератор, подключенные к одному его выходу ультразвуковой преобразователь ц усилитель- селектор, а х выходу усилителя - вход. селектора, причем выход селектора первого канала подключен к управляющему вхо11 100283 ду импульсного генератора второго канала, дополнительный эхо-лохационный ка-нал, включающий установленные в одной плоскости с основными ультразвуковыми преобразователями рефлектори ультразву ковой преобразователь, усилитель-селектор, выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора первого канала, а входом - к выходу этого же генератора, и последовательно соеди о ненные времяизмерительный блох и регист ратор, а один вход времяизмерительного блока подключен,к выходу селектора второго канала, о т л и ч а ю щ и й с я тем что, с целью повышения точности измере ний и устранения перегрузки генератора второго канала при отсутствии контроли- руемого изделия, он снабжен блоком задержки и триггером с раздельным запуском в каждом основном канале, один що вход триггера первого канала подключен к выходу блока задержки того же канала, его второй вход - к выходу усилителя второго канала, вход блока задержки первого канала подкпочен к третьему выхо ду генератора первого канала, с которым саединен также вход триггера второго канала, второй вход триггера второго канала подключен к блоку задержки второго канала, входом подключенного к выхо- ЗО ду генератора второго канала, выходы триггеров обоих каналов подключены к управляющим входам селекторов соответствующих каналов, а второй вход время- измерительного блока подключен к третьему выходу генератора первого ка- З 5 нала. 2, Уль.тразвуковой толщиномер, содер; жащий два основных эхо-локационных ханала, располагаемых по обе стороны40 контролируемого изделия, каждый из которых включает импульсный генератор и подключенные к одному его выходу ультразвуковой преобразователь и усилитель-селек тор, дополнительный эхо-локационный 45 канал, вхлючающий установленные в одной плоскости с основными ультразвуковыми преобразова,телями рефлектор, ультразвуковой преобразователь и соединенный с ним входом усилитель-селектор, одним 5 О выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора первого канала, а входом - к выходу этого же ге. нератора, и последовательно соединенные времяизмерительный блок и регистратор, 55 а один вход времяиамерительного блока подключен к выходу усилителя-селектора второго канала, о т л и ч а ю щ и й с я 5 12тем, что, с целью повышения точности измерений и устранения перегрузки генера. тора при отсутствии контролируемого изделия, он снабжен ключем, включенным между выходом усилителя-селектора первого канала и входом импульсного генератора второго канала, блоком задержки и триггером с раздельным запуском, вход блока задержки подключен к выходу импульсного генератора второго канала, а его выход - к одному из входов григ- гера, второй вход которого подключен к второму выходу усилителя-селектора дополнительного канала, к которому также подсоединены управляющий вход ключа и второй вход времяизмерительного блока, а выход триггера подключен к управляющему входу усилителя-селектора вто-, рого канала.3, Ультразвуковой толщиномер, содержащий два основных эхо-локационных. канала, располагаемых по обе стороны контролируемого изделия, каждый из которых включает импульсный генератор и подключенные к одному его выходу ультразвуковой преобразователь и усилитель-селектор, дополнительный эхо-локационный канал, включающий установленные в одной плоскости с основными ультразвуковыми преобразователями рефлектор, ультразвуковой преобразователь и соединенный с ним входом усилитель-селектор, одним выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора первого канала, а входом - к выходу этого же генератора, и последовательно соединенные времяизмерительный блок и регистратор, а один вход времяизмерительного блока подключен к выходу усилителя- селектора второго канала, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и устранения перегрузки генератора второго канала при отсутствии контролируемого изделия, он снабжен включенным между выходом усилителя-селектора первого канала и управляющим входом импульсного генератора второго канала ключом, управляющий вход которого подсоединен к второму выходу усилителя-селектора дополнительного канала, с которым также соединен второй вход времяизмерительного блока, двумя блоками задержки и триггером с раздельным запуском в каждом основном канале, входы первых блоков задержки в каждом канале подключены к вторым выходам со,ответствующих импульсных генераторов, а входы вторых блоков задержки- к выходам13 100соответствующих усилителей-селекторов,выходы блоков задержки в каждом каналеподключены к входам соответствующихтриггеров, а выходы последних - к входам усилителей-селекторов,2835 14 Источникd информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское с чщететъство СССР Мо 393667, кл. 501 М 29/00, 1971Составитель Л, КарписоновРедактор Г. Безвершенко Техред М.гергель КорректорИ, Шуллаз 1530/20 Тираж 600 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 ал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,