Ультразвуковой толщиномер (его варианты)

 

1. Ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем , формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем и формирователь , третий пьезопреобразователь , подключенный к второму входу второго формироватеггя, квантующий генератор и подключенный к выходу перА вого счетчика индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен сдвигающим регистром, вторым счетчиком с подключенным к его выходам функциональным преобразователем кодкод , мультиплексором и злементом задержки , выход второго формирователя соединен с первым входом второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с выходом квантующего генератора, первая и вторая группы входов мультиплексора подключены соответственно к выходам разрядов сдвигающего регистра и функцио§ нального преобразователя .код-код,: а выход мультиплексора - к третьему (Л входу первого счетчика, вход сдвигающего регистра соединен с выходом синхронизатора, а выход Перенос с входами Установка в О обоих счета чиков и через элемент задержки с входом второго генератора зондирующих импульсов. Ю О GR) сл

ССЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБУМН

3c3D C 0 1 В 17 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ HOMHTET СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPHTHA (2 1) 3298965/1 8-28; 3298968/1 8-28 (22) 11.06.81 (46) 23.10.84. Бюл. 11> 39 (72) Д.Д.Балданов (53) 620.179.16(088.8} (56) 1. Королев M.Â. Эхо-импульсные толщиномеры, М., "Машиностроение", 1980, с. 79-87.

2. Там же, с. 98-102 (прототип). (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕР (ЕГО

ВАРИАНТЫ) . (57) 1. Ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем, формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые генератор зондирующих импульсов с пъезолреобразователем и-формирователь, третий пьезопреобразова.тель> подключенный к второму входу

- второго формирователя, квантующий генератор и подключенный к выходу первого счетчика индикатор, о т л и ч аю шийся тем> что, с целью новышения точности измерений, он снабжен сдвигающим регистром> вторым счетчиком с подключенным к его выходам

-функциональным преобразователем кодкод, мультиплексором и элементом задержки, выход второго формирователя соединен с первым входом второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с выходом квантующего генератора, первая и вторая группы входов мультиплексора подключены соответственно к выходам разрядов сдвигающего регистра и функционального преобразователя,код-код,. а выход мультиплексора — к третьему входу первого счетчика, вход сдвигающего регистра соединен с выходом синхронизатора, а выход "Перенос" — с входами "Установка в О" обоих счетчиков и через элемент задержки с входом второго генератора зондирующих импульсов.

20165

1!

2. Ультразвуковой толщиномер, содержащий синхронизатор, последовательно соединенные первые генератор. . зондирующих импульсов с пьеэопреобраэователем, формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые . генератор зондирующих импульсов .с пьеэопреобразователем и формирователь, подключенный к второму входу второго формирователя, третий пьеэопреобразователь, квантующий генератор и соединенный с выходом .первого счетчика индикатор, о т л и ч а ю-. шийся тем, что, с целью повыше- . ния точности измерений, он снабжен элементом задержки и последовательно соединенными вторым счетчиком, первым эпементом И, триггером и вторым элементом И, выход второго фор- . мирователя подключен к первому входу второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с выходом квантующего генератора, второй вход триггера и третьи входы обоих счетчиков подключены к выходу элемента задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом синхронизатора, а выход — с входами обоих генераторов зондирующих импульсов.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения . толщины изделий иэ различных материалов беэ калибровки по эталонным мерам при одностороннем доступе.

Известен ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов с пьезопреоб- 0 разователем, формирователь, счетчи" . ки, квантующий генератор и индика" тор f),3.

Недостатком толщиномера является необходимость калибровки.по эталонным мерам толщины перед измерением для каждого материала. Наиболее близким по.технической сущности к изобретению является ультразвуковой толщиномер, позволяю" 20 щий производить измерение толщины иэделий из различных материалов беэ предварительной калибровки по эталонам с использованием поперечных и поверхностных ультразвуковых коле- 2 баннй.

Известный толщиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор, первые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем, 30 формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем и формирователь, третий пьезопреобраэователь, подключенный к второму входу второго формировате- 3>

2 ля, квантующий генератор и подключенный к выходу первого счетчика индикатор t 2 ).

Недостатком известного толщиномера является низкая точность измерения, связанная с непостоянством отношения скоростей распространения попе" речных и поверхностнык колебаний для разных материалов.

Целью изобретения является ловышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем, формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобраэователем и формирователь, третий пьезопреобразователь, подключенный к второму входу второго формирователя, квантующий генератор и подключенный к выходу первого счетчика индикатор, снабжен сдвигающим регистром, вторым счетчиком с подключенным к его выходам .функци" ональным преобразователем код-код, мультиплексором и элементом задержки, выкод второго формирователя соединен с первым входом второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с .выходом квантующего генератора, первая и вторая группа входов мультиплексора подключены соот3 1120 ветственно к выходам разрядов сдвигающего регистра и функционального .преобразователя .код-код, а выход мультиплексора - к третьему входу первого счетчика, вход сдвигающего

5 регистра соединен с выходом синхронизатора, а выход "Перенос" — с входами."Установка в 0" обоих счетчиков и через элемент задержки с входом второго генератора зондирующих fp импульсов.

Поставленная цель по второму варианту исполнения достигается тем, что ультразвуковой толщиномер, содержащий синхронизатор последоваЭ f5 тельно соединенные первые генератор зондирующих импульсов с пьезопреобразователем, формирователь и счетчик, последовательно соединенные вторые генератор зондирующих им.20 пульсов с пьезопреобразователем и формирователь, подключенный к второму входу второго формирователя, третий пьезопреобразователь, квантую.щий генератор и соединенный с выхо15 дом первого счетчика индикатор, снабжен элементом задержки и последовательно соединенными вторым счетчиком, первым элементом И, триггером . и вторым элементом И, выход второго формирователя подключен к первому входу второго счетчика, вторые входы обоих счетчиков соединены с выходом квантующего генератора, второй вход триггера и третьи входы обоих счетчиков подключены к выходу элемен- З5 та задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом синхронизатора, а выход - с входами обоих генераторов зондирую- 4ff щих.импульсов.

На фиг.l изображена функциональная схема первого варианта ультразвукового толщиномера, иа фиг.2— схема второго варианта ультразвукового толщиномера.

По первому. варианту толщиномер содержит синхронизатор 1, первые генератор 2 зондирующих импульсов, сое-. диненнйй с пьезопреобраэователем 3, формирователь 4 и счетчик 5, последовательно соединенные вторые генератор 6 зондирующих импульсов с пьезопреобразователем 7 и формирова. тель 8, третий пьезопреобразователь .

9,. подключенный к второму входу вто рого формирователя 8, квантующий генератор 10, индикатор 11, входом

165 подключенный к выходу первого счетчика 5, сдвигающий регистр 12, второй счетчик 13, подключенный к его выходам функциональный преобразователь 14 код — код, мультиплексор 15, первая и вторая группа входов которого подключена соответственно к вы ходам сдвигающего регистра 12 и функ. ционального преобразователя 14, а выход — к третьему входу первого счетчика 5, и элемент 16 задержки, соединяющий выход Перенос" сдвигающего регистра 12 с входом генератора 6 зондирующих импульсов.

Пьезопреобразователи 3,7 и 9 размещаются на поверхности изделия 18.

По второму варианту толщиномер содержит синхронизатор l, последо- вательно соединенные с ним первые ге- нератор 2 зондирующих импульсов, пьезопреобразователь 3, формирователь 4 и счетчик 5, последовательно соединенные вторые генератор 6 . зондирующих импульсов с пьезопреобразователем 7 и формирователь 8, третий пьезопреобразователь 9, квантующий генератор 10 и соединенный с выходом счетчика 5 индикатор 11, элемент 12 задержки, последовательно .; соединенные второй счетчик 13, пер-. вый элемент И 14, .триггер 15, второй элемент И 16.

Пьеэопреобраэователи 3,7 и 9 pasмещаются на поверхности иэделия 17.

Толщиномер по первому варианту выполнения работает следующим .образо.м.

Импульсы синхронизатора I периодически запускают генератор 2 зондирующих импульсов и производят сдвиг кода в сдвигающем регистре 12. Пьезопреобраэователь 3, возбуждаемый импульсом. генератора 2, излучает в изделие 18 и принимает отраженные от передней и задней поверхности изделия ультразвуковые импульсы продоль-. ных колебаний. Эти импульсы, преобразованные в пьезопреобразователе 3 в электрические, вырабатывают на выходе формирователя 4 временной инал Т>, которыи заполняется иипульсами квантующего генератора IO, а их количество записывается в счет- чик 5. Число квантованных интервалов

Т1. определяется объемом выборки и устанавливается через третий вход счетчика 5.

Значение объема выборки определяется соотношением

1 I 20165

5

L,10 1

IvI

2 где L — фиксированное расстояние между пьезопреобраэователями 7 и 9; 5

" целое число, определяющее точность измерения;

М вЂ” числовое значение результата квантования временного интервала, соответствующего расстоянию

Числовое значение результата измерения толщины (N l определяется соотношением

15 и =ъТ и где T„" время прохождения ультразву ком двойной толщины;

Х вЂ” частота квантования;

С - .скорость распространения .20 продольных ультразвуковых волн в изделии; — толщина изделия.

Сдвигающий регистр 12, имеющий е разрядов, работает циклически по 25 кольцевой схеме. После каждого цикла формируется импульс переноса регистра и устанавливается единичное состояние на всех разрядах. Импульсы синхронизатора 1, поступающие íà . 30 регистр 12 вслед за импульсом перенома, приводят к продвижению нулевого состояния от первого по и-й раз" ряды включительно с последующим формированием нового импульса пеРеноса. Первыми К разрядами (К> п„„„„ 1 регистра 12, связанными с первой группой входов мультиплексора 15, вырабатывается объем выборки е,. вре" мя индикации результата измерения определяется временем продвижения нулевого состояния от т -го по и --й разряд.

Импульс переноса .регистра 12 устанавливает нулевое .состояние на счет.- 45 чиках 5 и 13-и через элементы 16 задержки запускает генератор 6 зондирующих импульсов для возбуждения продольных головных волн в изделии при помощи пьеэопреобраэователя 7.

Задержка импульса переноса обусловлена необходимостью предварительной очистки счетчика 13 перед новым заполнением.

Зондирующий импульс генератора

5$

6 поступает на формирователь 4 как старт-импульс. Распространяющийся импульс продольных головных волн при нимается пьеэопреобразователем 9, расположенным на фиксированном расстоянии L от -излучающего пьезопреобраэователя 7 и преобразуется н электрический стоп-импульс формирователя 8. Временной интервал Т„, выработанный формирователем 8, заполняется импульсами квантующего генератора 10, а их количество записывается в счетчик 13. Выходной код М счетчика 13 преобразуется функциональным преобразователем 14 в код в соответствии с законом формирования объема выборки м . Код rn функционального преобразователя !4 через вторую группу входов мультиплексора 15 устанавливает связь третьего входа счетчика 5 с выходом в-го разряда регистра 12. . Процесс измерения интервалов Т., продолжается до установления нулево го состояния на выходе tn -го разряда регистра 12. Масштабированный код М„,записанный в счетчик 5 как результат измерения толщины, регистрируется индикатором li. Необходимая десятичная дольная единица размерности результата устанавливается переносом запятой на индикаторе.

Толщиномер по второму варианту выполнения работает следующим образом.

В начале каждого цикла измерения выходной импульс элемента 12 задержки обнуляет счетчики 5 и 13 и через второй вход триггера 15 открывает элемент И 16. Начальный запуск толщиномера осуществляется внешним импульсом, сформированным, например, при помощи кнопочного выключателя (не показан).

Импульсы синхронизатора 1, пройдя через открытый элемент И 16, запускают генераторы 2 и б зондирующих импульсов, выходные импульсы которых при помощи пьезопреобраэователей

3 н 7 возбуждают соответственно ультразвуковые импульсы продольных объемных и головных волн в изделии.

Пьеэопреобразователь 3 принимает и преобразовывает отраженные от передней и задней поверхностей изделия ультразвуковые импульсы в электрические. Эти импульсы вырабатывают на выходе формирователя 4 временной интервал Т, соответствующий двойной измеряемой толщине . Распространяющийся ультразвуковой импульс продоль ных головных воли принимается пьезопреобразователем 9, расположенным от пьезопреобраэователя 7 на фиксиФиг 2

ВНИИПИ Заказ 7726 8 Ти 5 6 сиое

Филиал ШШ теи г, г. Уигород,ул.йроектиал, 4

7 11201 рованном расстоянии,,и преобразуется в электрический.

Ъ формирователе 8 от зондирующего импульса генератора 6 и принятого импульса пьезопреобразователя 9 вырабатывается временной интервал

Т . Аналогичное формирование интервалов Т1. и Т производится от каждого импульса синхронизатора 1. Эти ин. тервалы.Т и Тр заполняются импуль- 1и сами кваятующего генератора 10 с частотой f, а количество импульсов

N Ò Ä f u N Тгf подсчитывается соответственно счетчиками 5 и 13.

Процесс заполнения интервалов

Th и Т „ и подсчета импульсов про.должается до установления на счет-. чике 13 кода, равного числу No, определяемого соотношением н - — о 210

20 где d — целое число, определяющее точность измерения.

Установление кода, равного числу

5 > на разрядах счетчика !3 фиксирует импульс, формирующийся на выходе. элемента И 14. Этот импульс через первый вход триггера 15 закрывает элемент И 16, а также поступает на вход элемента 12 задержки для формирования нового цикла измерения.

Количество измеренных интервалов

30 толщины Т>, равное

65 8

1О L и 2 Т устанавливается автоматически, Уравнение измерения толщиномера имеет вид и =vT f--Ь10 и где М„. — числовое значение результа" та измерения

2h

i н с

Результат измерения толщины, за- . писанный в счетчик 15, регистрируется индикатором Il. Время индикации определяется временем задержки в элементе 12. Необходимая десятичная дольная единица размерности результата измерения устанавливается переносом запятой в индикаторе.

Выполнение ультразвукового толщиномера в соответствии с описываемыми вариантами позволяет автоматизировать процесс измерений, результат измерений получать в десятичной системе счисления в заданном масштабе линейных единиц длины.

Использование при измерении продольных головных волн исключает. необходимость предварительной калибровки толщиномера по эталонным мерам.