Ультразвуковой эхоимпульсный толщиномер
Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к ультразвуковой измерительной технике, и может быть использовано для измерения толщины изделий. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения влияния вариаций уровня эхосигналов. Компаратором 17 фиксируются моменты пересечения фронта сдвинутых импульсов со спадом исходных, и передний фронт каждого сформированного импульса отстает от истинной временной координаты пиковой амплитуды эхосигнала на время, равное половине постоянной времени фазосдвигающей цепи из резистора 15 и конденсатора 16. При такой привязке информационных импульсов к вершинам эхоимпульсов применение отсечки шумов с помощью униполярных пороговых усилителей 11 и 12 не вносит дополнительной погрешности в отличие от привязки к определенному у ровню, что позволяет компенсировать погрешность , возникающую от вариации уровня эхоимпульсов в широком диапазоне толщин , при измерении материала с разными параметрами. 2 ил. w Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4629673/28 (22) 02,01.89 (46) 07,05.91. баюл. N 17 (72) В.А.Протопопов, Е.В.Кожушаная и Ю.К.Романовский (53) 534.6(088.8) (56) Королев М.В. Универсальный эхоимпульсный ультразвуковой толщиномер,—
Дефектоскопия, 1972, I+ 1, с,38 — 45.
Авторское свидетельство СССР
N 1357709, кл, G 01 В.17/02, 1987. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХОИМПУЛЬСНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к ультразвуковой измерительной технике, и может быть использовано для измерения толщины изделий. Цель изобретения — повышение точности измерений за счет исключения
Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к ультразвуковой измерительной технике, и может быть использовано для измерения толщины изделий.
Целью изобретения является повышение точности измерений за счет исключения влияния вариаций уровня эхосигналов, На фиг.1 представлена функциональная схема эхоимпульсного толщиномера; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие
его работу.
Ультразвуковой эхоимпульсный толщиномер содержит (фиг.1) синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, приемопередающий преобразователь 3. усили!
Ж 1647245 Al
16. При такой привязке информационных импульсов к вершинам эхоимпульсов применение отсечки шумов с помощью униполярных пороговых усилителей 11 и 12 не вносит дополнительной погрешности B отличие от привязки к определенному уровню, что позволяе1 компенсировать погрешность, возникающую от вариации уровня эхоимпульсов в широком диапазоне толщин, при измерении материала с разными параметрами. 2 ил. тель 4, дифференциальный усилитель 5, эмиттерные повторители 6 и 7, делитель.8, коммутаторы 9 и 10, униполярные пороговые усилители 11 и 12, смеситель 13, резистор 14, фазосдвигающую RC-цепь, состоящую из резистора 15 и конденсатора 16, компаратор 17; измеритель 18 временных интервалов, индикатор 19, одновибратор
20, RC-триггер 21, элемент 22 совпадений, одновибратор 23, В8-триггер 24, элемент 25 совпадений, одновибратор 26, RS-триггер
27 и элемент 28 совпадений.
Синхронизатор 1 подключен первым выходом к входу генератора 2 зондирующих импульсов, выход которого подсоединен к входам приемопередающего преобразова1647245 теля 3 и усилителя 4, и вторым вь1ходом к установочным R-входам RS-триггеров 21, 24 и 27, к первому входу измерителя 18 временных интервалов и к входу одновибратора 20, подсоединенного выходом к S-входу триггера 21, прямой выход которого соединен с первым входом элемента 22 совпадений, подсоединенного вторым входом к выходу комп аратора 17 и выходом у С-входу
RS-триггера 1 и к входу одновибратора 23, выход которого подключен к S-входу RSтриггера 24. Триггер 24 соединен прямым выходом с первым входом элемента 25 совпадений, подключенного вторым входом к выходу компаратора 17, выходом к С-входу
RS-триггера 24 и к входу одновибратора 26, подсоединенного выходом к S-входу PSтриггера 27, прямой выход которого соединен с первым входом элемента 28 совпадений, Элемент 28 совпадений подключен вторым входом к выходу компаратора 17 и выходом к С-входу RS-триггера 27, Выход усилителя 4 соединен с входом дифференциального усилителя 5, подключенного первым выходом через последовательно соединенные эмиттерный повторитель 6 и делитель 8 к первому входу коммутатора 9 и вторым выходом через эмиттерный повторитель 7 к первому входу коммутатора 10.
Коммутатор 9 подсоединен вторым входом к прямому выходу RS-триггера 21 и выходом через униполярный пороговый усилитель 11 к первому входу смесителя 13. Коммутатор
10 подсоединен вторым входом к инверсному выходу RS-триггера 21 и выходом через униполярный пороговый усилитель 12 к другому входу смесителя 13, выход которого подключен через резистор 14 к одному входу компаратора 17 и через фазосдвигающую RC-цепь, состоящую из резистора 15 и конденсатора 16, к другому входу компаратора 17. Выход измерителя 18 временных интервалов соединен с входом индикатора
19. Второй и третий входы измерителя 18 временных интервалов предназначены для подключения соответственно к первому выходу синхронизатора 1 и к выходу первого элемента 22 совпадений или соответственно к выходам второго и третьего ээлементов
25 и 28 совпадений.
Ультразвуковой эхоимпульсный толщиномер работает следующим образом.
Синхронизатор 1 передним фронтом импульса с первого выхода запускает генератор 2 зондирующих импульсов (фиг.2а), vi импульс со второго выхода устанавливает
RS-триггеры 21, 24, 27 по установочному
R-входу и измеритель 18 временных интервалов по первому входу в исходное состояние и запускает одновибратор 20. Генера45 вертке эхоимпульсов отсутствуют. шумы.
Сигнал с выхода смесителя 13. подается на входы компаратора 17, причем на первый (прямой) вход сигнал подается через резистор 14, а на второй (инвертирующий) вход
50 сигнал подается с задержкой, обусловленной наличием фазосдвигающей RC-цепи в виде резистора 15 и конденсатора 16 (фиг.2е,ж).
При этом компаратором 17 фиксируют55 ся моменты пересечения фронта сдвинутых импульсов со спадом исходных (фиг,3з) и передний фронт каждого сформированного импульса отстает от истинной временной координаты пиковой амплитуды эхосигнала на время, равное половине постоянной вре10
40 тор 2 зондирующих импульсов возбуждает, приемопередающий преобразователь 3.
Ультразвуковой импульс, излученный приемопередающим преобразователем 3, вводится через согласующую среду в контролирусмое изделие (на фиг.1 цифровой позицией не обозначено) и, распространяясь в нем, претерпевает многократные отражения от поверхностей. Ультразвуковые колебания, возникающие при этом, принимаются приемопередающим преобразователем
3, преобразуются им в электрические сигналы, которые поступают в усилитель 4, Усиленные усилителем 4 сигналы поступают на вход дифференциального усилителя 5, который формирует на выходах две последовательности импульсов: на первом (прямом) выходе — импульсы без изменения фазы (фиг.26), на втором (инверсном) выходе— импульсы с противоположной фазой (фиг.2в), Сигналы с выходов дифференциального усилителя 5 поступают через эмиттерные повторители 6 и 7 на входы коммутаторов 9 и 10, причем сигналы с его первого(прямого) выхода поступают на один вход коммутатора 9 через делитель 8, что позволяет снизить амплитуду сигнала в последовательности эхоимпульсов (фиг,26) до уровня амплитуды сигналов на втором (инверсном) выходе дифференциального усилителя 5 (фиг.2в), С выходов коммутаторов 9 и 10 сигналы поступают на входы униполярных пороговых усилителей 11 и 12 соответственно, которые осуществляют усилие полезного сигнала и отсечку шума. Сигналы с выходов усилителей 11.и 12 (фиг.2г,д) поступают на входы смесителя 13, в котором осуществляется объединение сигналов с выходов усилителей 11 и 12 (фиг.2е), На выходе смесителя 13 получается последовательность импульсов, в которой информационные полуволны имеют одинаковую полярность и близкие по значениям амплитуды и на временной раз1647245
50 мени фазосдвигающей цепи, состоящей из резистора 15 и конденсатора 16.
При такой привязке информационных импульсов к вершинам эхоимпульсов применение отсечки шумов с помощью усилителей 11 и 12 не вносит дополнительной погрешности в отличие от привязки к определенному-.уровню. Компенсируется погрешность, возникающая от вариации уровня эхоимпульсов в широком диапазоне толщин, при из ферении материалов с разным коэффициентом. затухания, кривизной, качеством поверхности и т.п.
Для выделения информационных сигналов из серии импульсов служат одновибраторы 20, 23 и 26, RS-триггеры 21, 24 и 27, элементы 22, 25 и 28 совпадения.
Длительность выходного импульса одновибратора 20 определяется временем переходных процессов в усилителях 4 и 5 и толщиной и скоростью ультразвуковых колебаний в согласующем материале. По заднему фронту импульса (фиг.2и) с выхода одновибратора 20 взводится no S-входу RSтриггер 21. На его прямом выходе устанавливается потенциал, разрешающий прохождение импульсов с выхода компаратора
17 через элемент 22 совпадений (фиг.2к).
Первый импульс, соответствующий импульсу от поверхности. ввода, пройдя через элемент 22 совпадений (фиг.2л), своим задним фронтом по С-входу сбрасывает RS-триггер
21, который запрещает дальнейшее прохождение импульсов через элемент 22 совпадений.
Импульс с выхода элемента 22 совпадений запускает одновибратор 23, по заднему фронту его импульсов (фиг.2и) взводится
RS-триггер 24 по S-входу, на прямом выходе которого устанавливается потенциал (фиг.2н), разрешающий прохождение импульса, соответствующего первому донному импульсу, через элемент 25 совпадений, который, пройдя через последний (фиг,2о), своим задним фронтом сбрасывает RS-триггер 24 по С-входу и запрещает дальнейшее прохождение импульсов через элемент 25 совпадений.
Импульс с выхода элемента 25 совпадений запускает одновибратор 26, по заднему фронту его импульса взводится RS-триггер
27 по S-входу, на выходе которого устанавливается потенциал, разрешающий прохождение импульса, соответствующего второму донному импульсу, через элемент
28 совпадений (фиг.2п), Импульс, соответствующий второму донному импульсу, и ройдя через элемент 28 совпадений, своим задним фронтом по С-входу сбрасывает RSтриггер 27, выходной сигнал которого
35 запрещает дальнейшее прохождение зхоимпульсов через элемент 28 совпадений.
Информационные импульсы поступают на второй и третий входы измерителя 18, где длительность временного интервала, формируемого по передним фронтам этих импульсов, преобразуется в метрические единицы, соответствующие измеряемой толщине, которая высвечивается индикатором 19.
В качестве информационных выбираются различные пары эхоимпульсов в зависимости от диапазона контролируемой толщины, формы поверхности и т.д. контролируемого изделия.
Второй и третий входы измерителя 18 подключаются в зависимости от режима работы толщиномера соответственно а) к первому выходу синхронизатора 1 и к выходу элемента 22 совпадений для работы с со-, вмещенным контактным преобразователем без линии задержки на больших толщинах (> 100 мм); б) к выходам элементов 22 и 25 совпадений для работы с преобразователем с линией задержки (толщина < 40 мм); в) к выходам элементов 25 и 28 совпадений для работы с контактным преобразователем на малых толщинах (< 100 мм).
Использование изобретения позволяет повысить точность измерений за счет привязки к временному центру, то есть временной координате пика информационной полуволны как донных эхаимпульсов, так и импульса от поверхности ввода, формирования измерительного интервала между любой парой импульсов из нижеперечисленных: синхронизирующий импульс — первый донный импульс (контактный пьезопреобразователь без линии задержки), импульс от поверхности ввода — донные эхоимпульсы между донными эхоимпульсами.
Формула изобретения
Ультразвуковой эхоимпульсный толщиномер, содержащий последовательно электроакустически соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, приемопередающий преобразователь и усилитель, первый резистор, фазосдвигающую RC-цепь из второго резистора и конденсатора, компаратор, измеритель временных интервалов с тремя входами, три одновибратора, три элемента совпадений, три RS-триггера и индикатор, подключенный входом к выходу измерителя временных интервалов, синхронизатор подсоединен вторым выходом к R-входам всех RS-триггеров, к первому входу измерителя временных интервалов и к входу первого одновибратора, выход которого подключен к S-входу первого триггера, прямой выход которого
1647245 соединен с первым входом первого элемента совпадений, подсоединенного выходом к
С-входу первого RS-триггера и к входу второго одновибратора, выход которого подключен к Я-входу второго RS-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом второго элемента совпадений, подсоединенного другим входом к выходу компаратора, а выходом к С-входу второго RSтриггера и к входу третьего одновибратора, выход которого подсоединен к S-входу третьего RS-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом третьего элемента совпадений, подключенного другим входом к выходу компаратора, выходом к
С-входу третьего RS-триггера, а компаратор подключен входами соответственно к одним выводам первого резистора- и фазосдвигающей RC-цепи. отл ича ю щий ся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено двумя эмиттерными повторителями, делителем, двумя коммутаторами, двумя униполярными пороговыми усилителями, смесителем и дифференциальным усилителем, подключенным входом к выходу усилителя, первым выходом к последовательно соединенным первому эмиттерному повторителю и делителю, подключенному выходом к первому входу первого коммутатора, вторым выходом к входу вто5 рого змиттерного повторителя, выход которого подключен к первому входу вторсго коммутатора, первый коммутатор подключен вторым входом к инверсному выходу первого триггера и выходом к входу первого
10 униполярного порогового усилителя, выход которого подсоединен к первому входу смесителя, второй коммутатор подсоединен вторым входом к прямому выходу первого триггера и выходом к входу второго унипо15 лярного порогового усилителя; выход которого подключен к другому входу смесителя, выход которого соединен со вторыми выводами первого резистора и фазосдвигающей
RC-цепи, второй и третий входы измерителя
20 временных интервалов предназначены для подключения соответственно к первому выходу синхронизатора и выходу первого элемента совпадений, или к выходам первого и второго элементов совпадений, или к выхо25 дам второго и третьего элементов совпадений.
1647245 г д е, Ж
Составитель В. Костюхин
Редактор Г.Наджарян Техред М.Моргентал Корректор M.ÌàêñèìèUjèíåö
Заказ 1646 Тираж 383 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
