Способ бесконтактного измерения толщины

 

Изобретение относится к акустическим методам контроля размеров. Цель изобретения - повышение точности измерений. С помощью эталонного канала осуществляют калибровку на рабочей частоте F<SB POS="POST">1</SB>. Озвучивают изделие с двух сторон и фиксируют суммарную фазу отраженных от его поверхности сигналов. Изменяют рабочую частоты до значения F<SB POS="POST">2</SB>, при котором суммарная фаза равна нулю, а о толщине H изделия судят по соотношению H = L <SP POS="POST">.</SP> F<SB POS="POST">2</SB>-F<SB POS="POST">1</SB> / F<SB POS="POST">2</SB>, где L - расстояние между преобразователями. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН д11 4 G 01 В 17/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCH0lVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4089878/25-28 (22) 22.04.86 (46) 23.11.89. Бюл. Р 43 (71) Запорожский государственный университет (72) Л.А.Галкин (53) 531.717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

NI 994911, кл. G 01 В 17/02, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 570860, кл. G 01 В 17/02, 1977.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю толщины проката, и может быть использовано в химической и электронной промышленности для контроля толщины пленок и пластин.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже представлено устройство, реализующее способ бесконтактного измерения толщины.

Устройство содержит два приемопередающих электроакустических преобразователя 1 и 2, эталонный акустический канал длиной 21, состоящий, например, из одного или двух акустических отражателей 3 и 4, отстоящих друг от друга на расстоянии, равном расстоянию между электроакустическими преобразователями 1 и 2, а от бли„„SU„„152 1 А1

2 (54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ТОЛЩИНЫ (57) Изобретение относится к области акустических методов контроля pasMeров. Целью изобретения является повышение точности измерений. С помощью эталонного канала осуществляют калибровку на рабочей частоте f1 . Озвучивают изделие с двух сторон и фиксируют суммарную фазу отраженных от его поверхности сигналов. Изменяют рабочую частоту до значения Е, при котором суммарная фаза равна нулю, а о толщине h изделия судят по соотношению h = 1 f — f)/fg, где 1 — рассгоякие между преобразователями. 1 ил. жайшего преобразователя — на расстоянии, равном половине расстояния между преобразователями, перестраиваемый генератор 5 гармонических колебаний, соединенный с преобразователями

1 и 2, частотомер 6, включенный на выходе генератора 5, фазометр 7, входами соединенный с выходами преобразователей 1 и 2, а выходом — с входом преобразователя 8 разности фаз в электрическое напряжение, выход которого соединен с управляющим входом генератора 5 гармонических колебаний, а также линию 9 задержки, включенную в электрическую цепь одного из преобразователей, необходимую для выравнивания времен задержки преобразования электрического сигнала в акустический для расположенных по разные стороны от изделия преобразователей

1523916

1 и 2, фаэовращателя 10, включенного на выходе другого преобразователя для выравнивания времен преобразования акустического сигнала в электри5 ческий °

Сущность способа заключается в следующем.

В среде, в которой находится иэделие, с помощью акустических отражате- 10 лей 3 и 4 создается эталонный канал базовой длины 1. В этот канал излучают сигнал в прямом направлении (преобразователем 1 излучают, преобразователем 2 принимают). Фаза принятого сигнала

2 I f — — + /1Ч

С где С вЂ” скорость распроcòðàíåíèÿ аку-20 стических колебаний;

Q f< =2 Г f E i — фаза, определяемая задержкой сигнала в электри- ° ческом тракте, равной С» .

Излучают в эталонный канал сигнал в обратном направлении (преобразователем 2 излучают, преобразователем

t принимают). Фаза принятого сигнала

2 I(f ---,— + D. .

30 где 6%@ =2 З.f — фаза, определяемая задержкой преобразования акустического сигнала в электрическое колебание, равной 6 .

Выходной сигнал фазометра 7, равный сумме фаз прямого и обратного сигналов акустических колебаний, равен

На выходе фаэометра результирующий сигнал, соответствующий суммарной фа45 е

+ pq<+q,+ qy„) 50

Балансируют фазы прямого и обратного каналов до получения нулевого фазового сдвига изменением электрической задержки с в одном из кана55 лов с помощью линии 9 задержки и подстройкой частоты сигнала до значения f, которая посредством фаэовращателя 10 вызывает изменение фазы

=Б(1+ ) 2 li f — —, + К+И,+ 69j, Г -- 21

С где S — чувствительность фазометра на частоте f р аЧ вЂ” относительная погрешность

) чувствительности и абсолютная погрешность измерений фазометра на частоте f. сигнала на входе фазометра 7, создавая опорный сигнал о(= Я (1+ 1,) L 2 ) Г ° --- + д ф, )

21 где Sö — чувствительность фазометра на частоте fs

Я) ,4(V — относительная погрешность чувствительности и абсолютная погрешность измерения фазометра на частоте

В случае изменения параметров среды (давление, температура, состав) изменяется скорость распространения калибрующих колебаний, а следовательно, изменяется сигнал на выходе фазометра, который через преобразователь 8 разности фаз в электрическое напряжение изменяет частоту колебаний

f генератора 5 гармонических колебаний в каждом измерительном цикле до значения, при котором фазовый сдвиг приобретает нулевое значение. Значение частоты регистрируется с помощью частотомера 6.

Затем зондируют иэделие с двух сторон. Фаза сигналов отраженного с одной стороны изделия, расположенного на расстоянии 1 от электроакустического преобразователя 1, равна

21, -h

М = 2Т й< — — — — + 4Ч(С

Э где h - толщина иэделия.

Фаза отраженного сигнала с другой стороны иэделия, расположенного на расстоянии 1 от преобразователя 2, равна

21 -h

Ч = 2 Ъ f — - — — + 69 .

С (,=S,(1+У)(2Т Z — - — — -) +

21 2h

I С С

Изменяют частоту сигнала до получения первоначального, с нулевым фазовым сдвигом, выходного сигнала фазометра г — 21 2h

S((1+ f ) 12 1 fq(— — — — ) +

С С + ЬМд), 5 15239 где fy — новая частота озвучивания изделия, Гц;

g >64 q - новая относительная погрешность чувствительности и абсолютная погрешность на час5

fz;

S — чувствительность измерения на частоте fq.

При малом измерении частоты можно считать, что 8.4 - Бд,g,,Äß1х йЯ/ .

Иэ равенства сигналов Мо = о получают

21 - 21 2h

2l f — = 2П fg (- — — — -)

С С С

15 откуда толщина изделия

fq - f)

h=1

<е формула изобретения

1 ° Е - f g/fg.

Составитель В, Кольцов

Техред М.Дидык

Корректор М.Васильева

Редактор Н.Бобкова

Заказ 7032/43 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

Применение предлагаемого способа обеспечивает повышение точности измерения толщины изделий, исключает необходимость располагать изделие точно посередине между преобразователями. 25

Способ бесконтактного измерения толщины, включающий излучение и прием 30 акустических колебаний в эталонном канале, излучение акустических коле16 о баний в измерительном канале с противоположных сторон изделия, прием сигналов, отраженных от его поверхности, и определение толщины иэделия по сигналам эталонного и измерительного каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, излучение и прием акустических колебаний в эталонном канале осуществляют в прямом и обратном на< правлениях, расстояние, на которое распространяются акустические колебания в эталонном канале, устанавливают равным расстоянию 1 между преобразователями измерительного канала, измеряют фазу сигнала, распространяющегося в эталонном канале в одном из направлений путем изменения частоты до значения fq при котором фаза этого сигнала совпадает с фазой сигнала, распространяющегося в противоположном направлении, при излучении в приеме акустических колебаний в измерительном канале регистрируют суммарную фазу отраженных сигналов, изменяют частоту f акустических колебаний до значения Ец,при котором суммарная фаза равна нулю, а толщину

h иэделия определяют по формуле