Ультразвуковой толщиномер (его варианты)

 

{ !1) 3 002835

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.02.81 (2l.) 3253520/18 25 с присоединением заявки РЙ 3253521/18-28 (5! )М. Кд.

G01B 17/02

Гааударстееккмй камктет

СССР (23) Приоритет (53 ) УД К 6 20. .179,16 (088.8) Опубликовано 07 03,83. Бюллетень №9 ло делам кэааретеннй и атерытий .

Дата опубликования описания 07с03 83 с (72) Лвтор изобретения

В. И. Янковский

А "1 г ..

Томский ордена Октябрьской РеволюциИ и о!1цена ТсрудовогЬ

Красного Знамени политехнический инстиг . Й ;. И.,„ Киро .-,ь (7l ) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕР (ЕГО ВАРИАНТЫ) !

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 голщиномер, содержащий два основных эхо-локационных канала, располагаемых по обе стороны контролируемого иэделия, каждый о из которых включает импульсный генератор, подключенные к одному его выходу ультразвуковой преобразователь и усилитель, .а к выходу усилителя — вход селектора, причем выход селектора первого канала, попключен к управляющему входу импульсного генератора второго канала, дополнительный эхо-локационный канал, включающий установленные в одной плоскости с основными ультрозвуковыми преобразова- 2р гелями рефлектор и ультразвуковой преобразователь, усилитель елекгор, выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора первого канала, а входом — к выходу того же генератора, и последовательно соединенные времяизмерительный блок и регистратор. Один вход времяизмеригельного блока подключен к выходу селектора второго кана— ла 1j.

Недостатком извес гного голщиномера является то, что при отсутствии изделия или наличии в нем сквозных отверстий зондирующие импульсы первого канала принимаются ультразвуковым преобразователем второго канала и поступают на вход времяизмеригельного блока в качестве ложного сигнала. Кроме того, это приводит к перегрузке генерагора.

Точность измерения в известном толщиномере снижена также за счет сравнительно невысокой крутизны переднего фронта импульсов, поступающих на один из входов времяизмеригельного блока с дополнительного преобразователя.

Бель изобретения — повышение точности измерений и устранение перегрузки тельного блока, а выход триггера подключен к управляющему входу усилителя-селектора второго канала, Кроме того, согласно третьему варианту он снабжен включенным между Bblxoдом 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 соеди— нен второй вход времяизмерительного бло,ка, двумя блоками задержки и триггером с разделительным запуском в каждом основном канале, входы первых блоков задержки в каждом канале подключены к вторым выходам соответствующих импульсных генераторов, а входы вторых блоков задержки — к выходам соответствующих усилителей-селекторов, выходы блоков задержки в каждом канале подключены к входам соответствующих триггеров, а вы— ходы последних — к входам усилителейселек торов.

На фиг. 1 изображена структурная схема ультразвукового толщиномера, первый вариант, на фиг. 2 — то же, второй вариант; на фиг. 3 — то же, третий вариант.

По первому варианту ультразвуковой толщиномер содержит первый эхо-локационный канал, включающий импульсный генератор 1, подключенный к одному его выходу ультразвуковой преобразователь 2 и 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, к выходу которого подключен вход селекто ра 8.

LloïoëHèòåëüíûé эхо-локационный канал включает установленные в одной плоскости с основными ультразвуковыми преобразователями 2 и 6 рефлектор 9 и ультразвуковой преобразователь 10 и усилительселектор 11, выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора 1 первого канала, а входом — к первому выходу этого же генератора 1.

Времяизмерительный блок 12 двумя своими входами подключен к третьему выходу генератора 1 первого канала и выходу селектора 8 второго канала. Выход времяизмерительного блока 1 2 соединен с входом регистратора 13.

К третьему выходу генератора 1 подключен входом блок 14 задержки, выходом соединенный с входом триггера

3 1002835 4 генератора второго канала при отсутствии, контролируемого изделия, Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой толщиномер, содержащий два основных эхо-локационных канала, располагаемых по обе стороны от контролируемого изделия, каждый из которь|х включает импульсный генератор, подключенные к одному его выходу ультразвуковой преобразователь и усилитель, а к выходу усилителя — вход селектора, причем выход селектора первого канала подключен к управляющему входу импульсного генератора второго канала, дополнитель ный эхо покационный канал, включающий установленные в одной плоскости с основными ультразвуковыми преобразователями рефлектор и ультразвуковой преобразователь, усилитель-селектор, выходом подключенный к управляющему входу импульс20 ного 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 селектора второго канала,снабжс н блоком задержки и триггером с раздельным запуском в каждом основном канале, один 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 подключен к третьему выходу генератора первого канала, с которым соединен также вход триггера второго канала, второй вход триггера второго канала подключен к блоку задержки второго канала, входом подключенного к выходу генератора второго канала, выходы триггеров обоих каналов подключены к управляющим входам селек-4О торов соответствующих каналов, а второй вход времяизмерительного блока подключен к третьему выходу генератора первого канала.

Кроме того, согласно второму вариан-4Б ту толшиномер снабжен ключом, включенным между выходом усилителя-селектора первого канала и выходом импульсного генератора второго канала, блоком задержки и триггером с раздельным за- SO пуском, вход блока задержки подключен к выходу импульсного генератора второго канала, а его выход — к одному из входов триггера, второй вход которого подключен к второму выходу усилителя-селектора дополнительного канала, к которо- рому также подсоединены управляющий вход ключа и второй вход времяизмери»

5 10028

15 с раздельным запуском, второй вход которого соединен с выходом усипитепя 7 второго канала. Выход генератора 5 второго канала через блок 1 6 задержки соединен с одним входом тригге- 5 ра 17, другой его вход подключен к третьему выходу импульсного генератора 1, выход триггера 17 второго канала подкпючен к управпяюшему входу селектора 8 второго канала, а выход триггера 15 пер-10 вого канала подсоединен к управляющему входу селектора 4 первого канала.

Ультразвуковые преобразователи 2 и 6. в процессе работы поцируют контропируемое изделие 18. 15

По второму варианту топщиномер содержит первый эхо-покационный канал, включающий импульсный генератор 1, к одному выходу которого подключены ультразвуковой преобразователь 2 и уси- 20 питепь-сепек тор 3, второй эхо-покационный канал, включающий импульсный ге.нератор 5, к одному выходу которого подключены ультразвуковой преобразова- тель 6 и усилитель-сепекгор 7. Йополни- 5 тельный эхо-покационный канал образуют установленные в одной плоскости с основными преобразователями 2 и 6 рефлектор 9 и ультразвуковой преобразова— тель- 10, 30

К преобразователю 10 подключен выход генератора 1 первого канала и вход усилителя-селектора 1 1, соединенный первым выходом с управпяющим входом этого же генератора 1.

Второй выход усилителя-селектора 11 дополнительного канала соединен с входом времяизмеритепьного блока 12, к которому подсоединен регистратор 13.

Выход усилителя-селектора 3 первого

40 канала через ключ 19 соединен с управляющим входом импульсного генератора 5 второго канапа, B rîðoé выход генератора 5 соединен через блок 16 задержки с одним из вы45 ходов триггера 17 с раздельным запуском, а его второй вход соединен с выходом усилителя-селектора 11 дополнительного канапа. Своим выходом, триггер 17 подКлючен к управляющему входу усипитепя-селектора 7-8 второго канала. Bro50 рой вход времяизмеритепьного блока 12 соединен с выходом усилителя-селектора

7-8 второго канала.

По третьему варианту топщиномер содержит первый эхо-локационный канал, включающий импульсный генератор l, к одному входу которого подключен ультразвуковой преобразователь 2 и усилитель35 6 селектор 3-4. Второй эхо-покационный канал содержит импульсный генератор 5, к выходу которого подсоединен ультразвуковой преобразователь 6 и усилительселектор 7-8.

Дополнительный эхо-покационный канап образуют установленные в одной плоскости с основными преобразователями 2 и 6 рефлектор 9 и ультразвуковой преобразова тель 1 О.

Соединенный с преобразовагепем 10 выход генератора l первого канала через усилитель-селектор 1 I. соединен с управпяющим входом этого же генератора

1. Второй выход усипитепя-селектора 11 соединен с одним входом времяизмеритепьного блока 12, к выходу ко.торого подкпючен регистратор 13.

Выход усилителя-селектора 3-4 первого канала через ключ 19 соединен с управляющим 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 блок

20 задержки подключен к выходу усилителя.л=електора 7-8 второго канала и второму входу времяизмеритепьного блока 12.

Выход триггера 17 подключен к управпяющему входу усилителя-селектора 7- 8.

К второму выходу усипигепя-селектора 11 подключен управляющий вход ключа 19.

Третий выход генератора 1 первого канала через блок 21 задержки соединен с одним входом триггера 22, второй вход которого через блок 23 задержки соединен с выходом усилителя- =епектора 3-4 первого канала. Выход триггера 22 соединен с вторым входом усилителя-сепектора 3-4. первого канала.

По первому варианту работает топшиномер следуюшим образом.

Генератор 1 возбуждает допопнитепьный преобразователь 10, осуществляющий эхо-локации рефлектора 9. Эхоимпульс усиливается усиюштепем 11 и поступает на управляющий вход генератора

l. В резупьrare, в дополнительном эхолокационном канале формируется синхропоследовагельносгь импульсов, период следования кот-рых определяется акустической базой и скоростью звука.

Импульсами генератора 1 возбуждается также преобразователь 2, осущесгвпяющий эхо-локацию изделия l 8. Эхо-импульс от изделия 18 усипиваегся 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

Импульсом генератора 1, задержан- Тем самым исключ ным в блоке 14 задержки на время, пре- рого эхо-локационного вышаюшее длительнос ть зондирующего им- 5 синхрокольца и сопутс пульса, триггер 15 перебрасывается в сос грузка генератора 5. тояние,соответствующее отпиранию се- ствие отсутствия на в лек гора 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 t0 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 триггер 15 перебрасывается в состо ответствуют действите яние, соответствующее запиранию ceJIex 15 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 сле-20 ется эхо-локация Реф дукипего цикла не проходят через селек- пульс усиливается и ф тор 4.. лем-селектором 11 и

Триггер 17 второго канала импульсом ет генератор l. генератора l установлен в состояние, со- В результате, в до ответствующее запиранию селектора 8. Ь5,локационном к нале ф

Импульс с генератора 5, задержанный последовательность им в блоке 16, перебрасывает его в состоя которых определиетсЯ ние, вызывающее открывание селектора 8.

Время задержки сигнала в блоке 16 за- Импульсами с гене держки несколько больше длительн з0 сЯ также Ультразвуков чмпульса генератора 5. 2. Зондирующий импу

Эхо-импульс с выхода селектора 8 и следующий за ним выходной импульс ге- преобразователем 2, У нератора 1 IIoc T QIO T RB времяиэмеритель тируетсЯ амплитудной ный @юк 12. Крутизна переднего фронта сов многокРатного отР импульса на третьем выходе генератора 1, са Усилителем ceJIezro

35 не нагруженном преобразователями 2 и го поступает íà 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, 0 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 5 Импульс с выхода от скорости звука в окружающей изделие блок 16 задержки пос

lP среде. 17 кото ый п еб ас

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-1 55 ра 4. Поэтому отраженный от поверхнос1 ти преобразователя 6 эхо-импульс после приема преобразователем 2 не проходит

>р 4 на возбуждеается вхождение втоканала в режиме твуюшая ему переКроме того, вследходе триггера 17 а 5 селектор 8 посятый преобразоватеимпульс преобразовал) не поступает тельного блока 1 2. я толшиномера сольному значению

JIIO. ту толшиномер раазом. тор 1 возбуждает и этом осушесгвлялектора 9. Эхо-имормируется усилитеповторно возбуждаполнительном эхоормируется синхропульсов, период акустической базой внутри базы. ратора 1 возбуждаетой преобразователь льс отражается от льс принимается силивается, селекотсечкой. от импульажения и формируетром 3-4, после чеключа 19, На вреходе усилителяуюшего импульса дным импульсом

1. оверхности иэделия юч 19 и запускает возбуждает преобрагенератора 5 через тупает на триггер р ер р ывается в состояние, соответствующее отпиранию усилителя-селектора 7-8. При этом происходит усиление и амплитудная селекция эхоимпульса от импульсов многократного отр ажения.

После этого эхо-импульс поступает на времяизмерительный блок 12. На второй вход времяизмерительного блока 12 поступает импульс с выхода усилителя,селектора 1 1. изо бр е т ения

Формула

9 10028

Во времяизмерительном блоке. 12 определяется отношение временных интервалов между входными импульсами к периоду следования этих интервалов, равному периоду синхропоследовательности. Выход- 5 ной сигнал блока 12, поступающий на ре.— гистрирующий блок 13,. прямо пропорционален толщине изделия 18 и не зависит от скорости звука в среде между преобразователями 2 и 6 и изделием 18. При 1О отсутствии изделия 18 в зоне контроля преобразователь 2 при эхо-локации принимает эхо-импульс, отраженный от преобразователя 6 и сдвинутый относительно зондирующего импульса на время 15

2 Ь/С. Этот импульс поступает на вход ключа 19.

На запирающий .вход ключа 19 поступаег импульс, сдвинутый относительно зондирующего также на время 2 Ь /С суси- 2g лителя-селектора 11. Поэтому эхо-импуm c от поверхности преобразователя .6 не проходит через запертый ключ 19 на. запуск генератора 5. Тем самым исключается возможность возбуждения: второго 2 эхо-локационного канала в режиме синхрокольца.

Одновременно исключается появление на выходе усилителя 7 пожньк сигналов от зонцируюшегс импульса преобразовате-30 пя 2, принятого преобразователем 6, так как при отсутствии открывающих . импульсов с генератора 5 усилительселектор 7-8 постоянно находится в запертом состоянии, Показания регистра- З5 тора при этом равны нулю.

По третьему варианту толщиномер работает следующим образом. йополнительный эхо-локационный канал работает также, как и во втором варианте толщиномера. При эхо-локации изделия 18 в первом эхо-локационном канале усилительселектор 3 заперт на время зондирующего импульса до тех пор, пока импульс генератора 1 перебросит триггер 22 в состоя-, ние, соответствующее отпиранию усилите,ля-формирователя 3.

Вносимое блоком 21 время задержки должно 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 запиранию

5 усилителя 3. Путем задирания усилителя 3 осуществляется надежная селекция эхо-импульса от последующих импульсов многократного отражения в течение дан

35 10 ного 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 с правой сгороны и селекция эхо-импульса от зондирующего импульса и импульсов многократного отражения.

Эхо-импульсы с выходов усилителейселекторов 11 и 7-8 поступают на времяизмерительный 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 усилителейселекторов 3 и ll выбраны таким образом, что длительности эхо-импульс- в на их выводе одинаковы. Таким образом, эхо-импульс от преобразователя 2 к преобразователю 6 не проходит на запуск генератора 5.

При отсутствии отпираюших импульсов с генератора 5 усилитель 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, aaer возможность осушествлять в случае необходимости сканирование поверкности обь»

1 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 огсутствие объекта повышается надежность аппаратуры.

1. Ультразвуковой толшиномер, 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 усилительселектор, а х выходу усилителя — вход. селектора, причем выход селектора первого канала подключен к управляющему вхо11 100283 ду импульсного генератора второго канала, дополнительный эхо-лохационный канал, включающий установленные в одной плоскости с основными ультразвуковыми преобразователями рефлек тор и ультразву- > ковой преобразователь, усилитель-селектор, выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора первого канала, а входом — к выходу этого же генератора, и последовательно соеди- t0 ненные времяизмерительный блох и регист ратор, а один вход времяизмерительного блока подключен,к выходу селектора второго канала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измере- tg 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 gg 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 подкгпочен к третьему выхо- 5 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 выходу генератора второго канала, выходы триггеров обоих каналов подключены к управляющим входам селекторов соответствующих каналов, а второй вход времяизмерительного блока подключен к третьему выходу генератора первого ка- З5 нала.

2. Уль.тразвуковой толщиномер, содер; жащий два основных эхо-локационных ханала, располагаемых по обе стороны

40 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 выходом подключенный к управляющему входу импульсного генератора первого канала, а входом — к выходу этого же генератора, и последовательно соединенные времяизмерительный блок и регистратор, M а один вход времяизмерительного блока подключен к выходу усилителя-селектора второго канала, о т л и ч а ю ш и и с я

5 12 тем что, с целью повышения точности измерений и устранения перегрузки генератора 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 григгера, 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 управ° ляюшему 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 времяизмерительно.го блока подключен к выходу усилителяселектора второго канала, о т л и ч а ю— ш и и 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 выходам

13 1ОО соответствуюших усилителей-селекторов, выходы блоков задержки в каждом канале подключены к входам соотвегствуюших триггеров, а выходы последних — к входам усилителей-селекторов.

2835 14

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское с чщететъство СССР

М. 393667, кл. 501 М 29/00, 1971 (прототип) .

1002835

Составитель Л. Карписонов

Редактор Г. Безвершенко Техред М.бергель Корректор И. Ш улла

Заказ l530/20 Тираж 600 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4