Безэталонный ультразвуковой толщиномер (его варианты)

 

1. Безэталонный ультразвуковой толщиномер, содержащий электроакустически последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов , первый и второй -пьезопреобразователи , первый усилитель, первый триггер, .установочным входом подключенный к второму выходу генератора зондирующих импульсов,-и преобразователь время-напряжение, подключенный установочнь входом к второму выходу генератора зондирующих импульсов , второй триггер, амплитудный ограничитель, соединенный входом с первым пьезопреобразователем, подключенный к его выходу входом второй усилитель, выход которого соединен с вторым входом второго триггера , и измерительный блок, регистрирующий вхсд которого подключен к выходу второго триггера, а управляющий вход - к выходу преобразователя время-напряжение, о т л и ч а ю щ и и с я тем,, что, с целью упрощения конструкции, измерительный блок выполнен в виде последоватёльно свединенных схемы совпадений , первый вход которой является регистрирующим входом измерительного блока, счетчика и индикатора управляемой линии задержки, входом под- , ключенноЯ к выходу схемы совпадений , управляющий вход которой является управляющим входом измерительного блока, и инвертора, входом подключенного к выходу управляемой линии задержки, а выходом к второму входу схемы совпадений. 2, Безэталонный ультразвуковой толщиномер, Содержащий .электроакустически последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, первый и второй пьезопреобразова§ тели, первый усилитель, первый .триггер, установочным входом подключенный к второму выходу генератора зондирующих импульсов, и дре образдватель время-напряжение, подключенный установочным входом к второму выходу генератора зондирукяцих импульсов, второй триггер, амплитудный ограничитель , соединенный входом с перО ) вым пьезопреобразователем, подк .люченный к его выходу входом второй 4 усилитель, выход которого соединен с вторым в«одом второго триггера, и измерительный блок, регистрируоо ющий вход которого подк.шочен к выходу второго Т1 иггера, а управляющий вход - к выходу преобразователя время-напряжение, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, измерительный блок выполнен в виде последо .вательао соединенных сумматора, первый вход которого является рег|1стрирующим входом измерительного блока, схемы совпадений, счетчика. и индикатора, линии задержки, подк .пюченной входом к выходу схемы совпадений, а вьссодом - к второму входу сумматора, и управ.т1яемой ли

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 6 01 В 17 02 - -Х%"стгьзсм:,э=.

4!

; Я

1 !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCWOIIIV СВИДатрватву

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. КОМИТЕТ СССР пю делАм изОБРетений и ОтнРытий

121) 3468907/18-28 (25) 3469386/18-28 (22) 15.06. 82 (46) 30. 1 2. 83. Бюл,9 48 (72) N. Королев и В.Г.Шевалдыкин (71) Научно-исследовательский ин-. ститут интроскопии (53) 534 . 8 (088. 8) (56) 1. Бутенко A.È., Шкарлет Ю. И, О некоторых воэможностях ультразвуковой безэталонной толщинометрии .. Сб. докл. V(t Всесоюзн. конф, по неразрушающему контролю, Киев, 1974 М., НИИИН, 1974, с 198-202 . 2 . Авторское свидетельство СССР

9 658857, кл. 6 Ol В 17/02, 1968 (прототип). (54) БЕЗЭТАЛОННЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

ТОЛЩИНОМЕР (ЕГО ВАРИАНТ)(57) 1. Безэталонный ультразвуковой толщиномер, содержащий электроакустически последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, первый и второй .пьезопреобразователи, первый усилитель, первйй триггер, .установочным входом подключенный к второму выходу генератора зондирующих импульсов, .и преобразователь время-напряжение,:подключенный установочным входом к второму выходу генератора зондирующих импульсов, второй триггер, амплитудный ограничитель, соединенный входом с первым пьезопреобраэователем, подключенный к его выходу входом второй усилитель, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, и измерительный блок, регистрирующий вхсд которого подключен к выходу второго триггера, а управляющий вход — к выходу преобразователя время-напряжение, о т л и ч а ю шийся тем,,что, с целью упрощения конструкции, измерительный блок выполнен в виде последовательно сеединенных схемы совпаде„„SU„„1064130 А ний, первый вход которой является регистрирующим входом измерительного блока, счетчика и индик ат ора> управляемой линии задержки, входом подключенной к выходу схемы совпадений, управляющий вход которой является управляющим входом измерительного блока, и инвертора, входом подключенного. к выходу управляемой линии задержки, а высодом— к в т орому вх оду сх емы сов падений, 2, Безэталонный .ультразвуковой толщиномер, содержащий .электроакустически последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, первый и второй пьезопреобразова- O тели, первый усилитель, первый триггер, установочным входом подключенный к второму выходу генератора зондирующих импульссю, и пре-. образователь время-напряжение, подключенный установочным входом . д к второму выходу генератора

Ъ.И зондирующих импульсов, второй триггер, амплитудный ограни-читель, соединенный входом с пер- () вым пьезопреобразователем, под- Cb ключенный к его выходу входом второй усилитель, выход которого соединен с вторым вкодом второго триггера, и измерительный блок, регистрирующий вход которого подключен к выходу второго триггера, а управляющий вход — к выходу преобразователя время-напряжение, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции, измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных сумматора, первый вход которого является регистрирующим входом измерительного блока, схемы совпадений, счетчика. и индикатора, линии задержки, подключенной входом к выходу схемы совпадений, а вью<одом — к второму входу сумматора, и управЛяемой ли. 10б4130

10

50 нии задержки, соединенной входом с выходом сумматора, а выходом — с вторым входом схемы совпадений, Изобретение относится к технике неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для измерения геометрических размеров иэделий из различных материалов., главным образом металлов.

Известен ультразвуковой толщиномер, работа: которого основана на Ьдновремеином возбуждении .в изделии и последующем приеме продольных, сдвиговых и поверхност, ных ультразвуковых волн f1), Недостатки такого устройства сложность одновременного возбуждения сразу трех типов волн и сильное затухание сдвиговых волн в . кон- . тактной смазке.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является безэталонный ультразвуковой толщиномер, .содержащий электроакустически последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, первый и второй пьеэопреобраэовате.ли, первый .усилитель, первый триггер, установочным входом подключенньпЗ к второму выходу генератора зондирующих импульсов, и преобра-. зователь время-напряжение, подключенный установочным входом к второму выходу генератора зондирующих импульсов, второй триггер, амплитудный ограничитель, соединенный входом с первым пьезопреобразователем, подключенный к era выходу входом второй усилитель, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, и измерительный блок, регистрирующий вход которого подклю.чен к выходу второго триггера, а управляющий вход — к выходу преобразователя время-напряжение (2j.

Недостатками укаэанного толщиномера являются сложная конструкция измерительного блока и невысокая точность при измерении малых толщин иэделий Последнее связано с тем, что при контроле изделий с толщинами менее 1-2 мм измеряемый .интервал времени, несущий информацию о толщине изделия, оказывается очень малыМ ° Например, при измеронии стальных изделий толщиной

1 мм он равен 350 нс, Для получения достаточной точности измерений управляющий вход которой является управляющим входом измерительного блок,а ° длительность интервала необходимо увеличить в 10 -10 раз, Обычно такое преобразование выполняется в управляемом преобразователе масштаба времени, который при большом коэффициенте преобразования вносит значительную дополнительную погрешность в результат измерения, ограничивающую точность:ультразвукового толщиномера

Цель изобретения — упрощение конструкции, 1

Поставленная цель достигается по первому варианту тем, что в безэталонном ультразвуковом толщиномере, .содержащем злектроакустически последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, первый и второй пьез опреобраэ ов атели, первый

20 усилитель, первый триггер, установочным входом подключенный к второму выходу генератора зондирующих импульсов, и преобразователь вре.мя-напряжение, подключенный уста25 новочным входом к второму выходу генератора зондирующих импульсов, второй триггер, амплитудный ограничитель, соединенный входом с первым пьезопреобразователем, подключенный к его выходу входом второй усилитель, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, и измерительный блок, регистрирующий вход которого подключен к выходу второго триггера, а управляющий. вход - к выходу преобразователя время-напряжение, измерительный блок выполнен в.виде последовательно соединенных схемы совпадений, первый вход которой является

40 регистрирующим входом измерительного блока, счетчика и индикатора, управляемой линии задержки, входом подключенной к выходу схемы cовпадений,управляющий вход которой

45 является управляющим входом из.мерительного блока, и инвертора, входом подключенного к выходу управляемой линии задержки, а выходомк второму входу схемы совпадений.

По второму варианту в беээталониом ультразвуковом толщиньмере, содержащем электроакустически после-. довательно соединенные генератор зондирующих импульсов, первый и вто1064130

Г

40

55

60 рой пьезопреобразователи, первый усилитель) первый триггер, установочным входом подключенный к второму выходу генератора зондирующих импульсов, и преобразователь времянапряжение, подключенный установочным входом к второму выходу генератора зондирующих импульсов, второй триггер, амплитудный ограничитеФь, соединенный входом с первым пьезопреобраэователем, подключенный к его выходу входом второй усилитель

) выход которого соединен с вторым входом второго триггера, и измерительный блок, регистрирующий вход которого подключен к выходу второ-. го триггера, а управляющий вход— к выходу преобразователя времянапряжение, измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных сумматора, первый вход которого является регистрирующим вхоДом измерительного блока, схемы совпа-. дений, счетчика и индикатора, линии задержки, подключенной входом к выходу схемы совпадений; à вьiходом — к второму входу сумматора, и управляемой линией задержки, соединенной входом с выходом сумматора, а выходом-с вторым входом схемы совпадений, управляющий вход которой является управляющим входом измерительного блока

На фиг 1 представлена блок-схе ма беззталонного ультразвукового толщиномера по первому, варианту„ на фиг,.2 — то же, по второму варианту.

Толщиномер по первому варианту содержит электроакустически после.довательно сое,пиненные генератор 1 зондирующих импульсов, первый и вто- . рой пьезопреобраэователи 2 и 3 соответственно, первый усилитель 4, первый триггер 5, установочным входом подключенный к второму выходу генератора 1, и преобразователь 6 время-напряжение, подключенный установочным входом к второму выходу генератора 1, второй триггер .7, амплитудный ограничитель 8, соединенный входом с первым пьезопреобраэователем 2, подключенный к его выходу входом второй усилитель 9, выход которого соединен с вторым входом второго триггера 7, и измерительный блок 10.

Второй пьезопреобразователь 3 установлен на фиксированном расстоянии от первого пьезопреобраэователя 2 на той же поверхности контролируемого иэделия 13. ° Измерительный блок

10 выполнен в виде последовательно соединенных схемы 12 совпадений, первый вход которой является регистрирующим входом измерительного блока 10, счетчика 13 и индикатора 14, управляемой линии 15 задержки, входом подключенной к выходу схемы 12 совпадений, управляющий вход которой является управляющим входом измерительного блока 10, и инвертора 16, входом подключенного к выходу управляемой линии 15 задержки, а выходом — к второму входу схемы 12 совпадениЯ

Толщиномер по второму варианту содержит электроакустически последовательно соединенные генератор 1 зондирующих импульсов, первый и второй пьезопреобразователи 2 и 3, соответственно, первый усилитель 4, первый триггер 5, установочным входом подключенный к второму выходу генератора 1, и преобразователь 6 время-напряжение, подключенный установочным входом к второму выходу генератора 1, второй триггер 7, амплитудный ограничитель 8, соединенный входом с первым пьезопреобразователем 2, подключенный к его выходу входом второй усилитель 9, 75 выход котоРого соединен с втор м входом второго триггера 7, и измерительный блок 10, Второй пьезопреобразователь 3 установлен на фиксированном расстоянии от первого пьезопреобраэователя 2 на той же поверхности контролируемого издеаия 11» Измерительный блок 10, выполненный в виде последовательно

- соединенных сумматора 17, первый вход"которого является регистрирующим.входом измерительного блока

10, схемы 18 совпадений, счетчика

19 и индикатора 20, линии 21 задержки, подключенной входом к выкоду схемы 18 совпадений, а выходомк второму входу сумматора 17, и управляемой линии 22 задержки, соединенной входом с выходом сумматора 17, а выходом: с вторым входом схемы 18 совпадений, управляющий вход которой является управляющим входом измерительного блока 10.

Безэталонный ультразвуковой толщиномер по первому варианту работает следующим образом

Генератор 1 зондирующих импуль, сов формирует короткий злектрический импульс, который возбуждает пьезопреобразователь 2 и с некоторой задержкой, равной времени прохожде- . ния ультразвука по протекторам преобразователей 2 и 3, запускает триггеры 5 и 7. Пьезопреобразователь 2 излучает короткий ультразвуковой импульс продольных волн, распространяющийся по толщине Х иэделия 11 и возвращающийся к пьезопреобраэователю 2, и короткий.ультразвуковой импульс головнык волн, распространяющийся вдоль поверхности и здели я 11 к пь ез опреобраз ов а-

10641 30

Лини я,15 з адержки выполи яетс я таким образом, что ее время задержки S0 прямо пропорционально величине управляющего .напряжения 0 на ее управляющем входе, которое, в свою очередь, обратно пропорционально скорости распространения ультразвуковых 65 телю 3,. т. е. пробегающий фиксирсван ное расстояние В Обе ультразвуковые волны распространяются с одинаковой скоростью С

Амплит„дный ограничитель 8 не пропускает мощный возбуждающий импульс от генератора 1 на вход усилителя. 9. и тем самым исключает его перегрузку ° Ультразвуковые импульсы, вернувшиеся на пьезопреобразователи 2 и 3, превращаются в них . 10 в электрические сигналы, усиливаются в усилителях 4 и 9,. и, поступая на сбросовые входы триггеров

5 и 7, опрокидывают их в исходное состояние В результате на выходах 15 триггеров 5 и 7 формируются прямоугольные имПульсы, длительности которых. равны соответственно 41-2х/с, и = 8/C°.

В преобразователе 6 время-напря- 20 жение прямоугольный импульс дли-. тельностью 2 преобразуется в посто- янное напряжение, величина 1/ которого прямо пропорциональна + .Напряжение U подается на управляющий вход управляемой линии 15 задержки ° ° ,С выхода триггера 7 прямоуГольный импульс длительностью 1 1 поступает на первый вход схемы 12 совпадений на втором входе которой. в этот момент времени уже есть постоянный уровень, заданный инвертором 16, поскольку на его входе уровень равен нулю.. В результате на выход.е схемы 12 совпадений появляется перепад напряжения, например положитель- З5 ный, который поступает на вход инвертора 16 через линию 15 задержки с эацержкой на время i(i 6 . Как только этот перепад, эадержанйый на время, поступит на вход инверто- 40 ра 16, сигнал на его выходе и, следовательно, на выходе схемы 12 совпадений исчезнет ° Этот отрицательный перепад напряжения через время поступит на вход инвертора 1;6 45 этом на выходе схемы 12 совпадений появится сигнаЛ Так будет продолжаться до тех пор, пока не эакончиФся прямоугольный входной импульс, пРиходящий на первый вход схемы 12 совпадений. В результате этот прямоугольный импульс длительностью 1 будет преобразован в пачку коротких прямоугольных импульсов длительностью, Количество этих им55 пульсов подсчитывается в счетчике

13 и отображается цифровым индикатором 14. волн в контролируемом материале, Поскольку длительность импульса 1„на вх оде и эмери тельн ого блока прямо пропорциональна толщине изделия и обратно пропорциональна скорости ультра.звука в его материале, то количество импульсов в пачке, а значит и показания индикатора 14 будут пропорциональны только одной неизвестной величине .— толщине Х измеряемого изделия Путем начальной регулировки линии. 15 задержки и преобразователя

Ь.время-напряжение можно добиться того, что показания индикатора будут численно равны толщине измеряемого иэделия (в мм)

Толщин мер по второму варианту работает следующим образом, Генератор 1 зондирующих импуль-. сов формирует короткий, электрический импульс, который возбуждает пьезопреобразователь 2 и с небольшой задержкой, равной времени прохождения ультразвука по протекторам преобЪ разователей 2 и Зр запускает триг- геры 5 и;7 ° Пь.е.эопреобразователь !

2 излучает короткий ультразвуковой импульс продольных волн, распространяющийся по толщине Х изделия 11 и. воз вращающийся к гьезопреобразова телю 2, и короткий ультразвуковой импульс головных волн, распространяющийся вдоль поверхности изделия 11 от пьезопреобразователя 2 к пьезопреобразователю 3, т.е. пфобедающий фиксированное расстояние В.

Обе ультразвуковые волны распространяются с одинаковой скоростью С ° Амплитудный ограничитель 8 не пропускает мощный возбуждающий импульс от генератора 1 на вход усилителя 9 и тем самым исключает его перегрузку Ультразвуковые импульсы, вернувшиеся на пьезопреобразователи 2 и 3, превращаются в них в электрические сигналы, усиливаются в усилителях 4 и 9 соответственно и, поступая на сбросовые входы триггеров 5 и 7, опрокидывают их в исходное состояние. В результате. на выходах триггеров 5 и 7 формируются прямоугольные импульсы, длительности которых равны соответственно t„ = 2х/С и 2 -8/c..

В преобразователе 6 время-напряжение, прямоугольный импульс длительностью, пришедший с триггера 5„ превращается в постоянное напряжение, величинà U которого прямо пропорциональна 12, Напряжение .0 подается на управляющий вход управляемой линии 17 задержки ° С триггера 7 прямоугольный импульс длительностью t< поступает. на первый вход сумматора

1 7,.на втором входе которого в этот момент нет никакого сигнала ° С выхода сумматора 17 сигнал поступает на один из входов схемы 18 совпадений

10641 30 и иа вход управляемой линии 22 задержки, которая задерживает приходящий на нее сигнал на время „«,. С выхода линии 22 задержанный сигнал поступает на второй вход схемы 18 совпадений °

В результате. на выходе схемы 18 появляется импульс, укороченный по сравнению. с входным импульсом на время i„â линии 18 задержки. Этот . укороченный импульс поступает на вход счетчика 19 и на линию 21 за.держки, аде он задерживается на время Г >С„.В результате а зщкода линии 21 задержки на второй вход сумматора 17 приходит задержанный и укороченный (по сравнению с первоначальным импульсом на первом входе) прямоугольный импульс. К мо= менту прихода этого импульса (изза большой в линки 21 задержки) на первом входе сумматора 17 уже нет входного сигнала.. С вьиода сумматора 17 импульс попадает на первый вход схемы 18.и на.вход линии

22 задержки. Далее весь цикл повтОряется,. В результате, на вход счетчика 19 приходит еще один импульс, а на второй вход сумматора 17 поступает уже дважды укорочейный прямоугольный импульс. Этот процесс будет повтОряться до.тех пор, пока длительность циркулирующего по цепи импульса не уменьшится до нуля, При этом счетчик 19 зарегистрирует количество импульсов, равное количеству циклов циркуляций импульса в цепи. Зарегистрирован ное количество импульсов отображается индикатором 20 °

Длит ельн ость 4 „прямоугольн ого . импульса, приходящего на регистрирующий вход измерительного блока 11, прямо пропорциональна толщине Х измеряемого изделия и обратно пропорциональна скорости С ультразвуко« вых продольных волн в нем. Величина

; напряжения О, приходящего на управляющий вход измерительного блока 10, обратно пропорциональна скорости С,, а время линии 22 .задержки „меня ется прямо пропорционально величине О, В результате обеспечивается

35 такое, автоматическое управление величиной задержки в линии 22, что исключается влияние скорости С на показания индикатора 20 ° Эти показания становятся пропорциональными

2р только одной неизвестной величине « толщине Х контролируемого изделия, Путем начальной регулировки блока 10, и счетчика 19.Можно добиться того, чтобы показания индикатора 20 чис25 ленно соответствовали толщине измеряемого изделия (в мм), независимо от материала, иэ которого .оно изготовлено.

Таким образом, выполнение в предлагаемом беээталонном ультразвуковом толщиномере измерительного блока по первому варианту позволяет существенно упростить конструкцию

З5 пРибоРа, а по втоРомУ наряду с Упрощением конструкции повысить точность измерения малых толщин.

1064130 фиг.1 а)

Составитель .В. Гордиенко

Редактор А, Мотыль. Техред И.Асталош КоРРектоР д. Патай

Заказ 10506/42 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д 4/5 филиал ппп патент, г ° Ужгород, ул, проектная, 4