Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при измерении толщины различных материалов, а также скорости ультразвука в детали известной толщины. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений. При измерении толщины по интервалу времени между приходами импульсов отражения от граней изделия происходит слежение за амплитудой донного импульса. Вычитающий счетчик с приходом каждого синхроимпульса изменяет свое состояние, уменьшая тем самым пороговый уровень для донного эхо-импульса. Когда он сравняется с амплитудой этого импульса, происходит измерение искомого интервала времени. 1 ил.слс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 17/02

Ы 4

00 (л) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4780540/28 (22) 09.01,90 (46) 15.02.92. Бюл. М 6 (71). Казанский филиал Научно-исследовательского института технологии и организации производства (72) Н.Ш.Яруллин (53) 720.169.16 (088.,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1446469, кл. G 01 B 17/02, 29.06.87.

Авторское свидетельство СССР

hb 1357709, кл. G 01 В 17/02, 14.10.85. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХО-ИМПУЛЬСНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при измерении толщины различных материалов, а также скорости ультразвука в деталях известной толщины.

Известен ультразвуковой толщиномер, содержащий RS-триггеры, схемы совпаде-. ния и последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, приемопередающий блок, усилитель и компаратор.

Недостаток — его низкая надежность..

Наиболее близким к предлагаемому является ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первый одновибратор, первый RS-триггер, первую схему совпадения, выходом подключенную к С-входу первого.

RS-триггера, второй одновибратор, второй

RS-триггер и вторую схему совпадения, вы Ы„„1712783 А1 (57) Изобретение относится к неразрушаю. щему контролю и может быть использовано при измерении толщины различных материалов, а также скорости ультразвука в детали известной толщины. Цель изобретения — повышение точности и надежности измерений. При измерении толщины по интервалу времени между приходами импульсов отражения от граней изделия происходит слежение за амплитудой донного импульса, Вычитающий счетчик с приходом каждого синхроимпул ьса изменяет свое состояние, уменьшая тем самым пороговый уровень для донного эхо-импульса. Когда он сравняется с амплитудой этого импульса, происходит измерение искомого интервала времени. 1 ил. ходом подключенную к С-входу второго RSтриггера, последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, вход которого подключен к выходу синхронизатора, приемопередающий преобразователь, усилитель, первый компаратор, третью схему совпадения, второй вход которой подключен к выходу первого RS-триггера, измеритель временных интервалов и индикатор, последовательно соединенные второй компаратор, информационный вход которого подключен к выходу усилителя, четвертую схему совпадения, вторым входом подключенную к выходу второго RS-триггера, а выходом — к второму входу измерителя временных интервалов, третий RS-триггер, S-вход которого связан с выходом второй схемы совпадения, а выход — с третьим входами третьей и четвертой схем совпадения, источник опорного напряжения, подклю1712783

10

40

50

55 ченный к опорному входу первого компаратора, выход первого компаратора соединен с вторым входом первой схемы совпадения, выход второго компаратора связан с вторым входом второй схемы совпадения, а выход синхронизатора подключен к входам сброса первого и второго RS-триггеров и измерителя временных интервалов, Недостаток этого толщиномера — его низкая точность и надежность из-за того, что третий эхо-сигнал может отсутствовать.

Цель изобретения — повышение точности и надежности измерения толщины при изменяющихся параметрах детали (толщина, непараллельность, кривизна поверхностей и т,п.) за счет точного формирования временного интервала между первым и вторым эхо-сигналами от поверхностей измеряемой детали, а также исключения перестройки порогов дискриминации амплитуд импульсов. . Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первый одновибратор, первый RS-триггер, первую схему совпадения, выходом подключенную к С-входу первого RS-триггера, второй одновибратор, второй RS-триггер и вторую схему совпадения, выходом подключенную к С-входу второго RS-триггера, последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, вход которого подключен к выходу синхронизатора, приемопередающий преобразователь, усилитель, первый компаратор, третью схему совпадения, второй вход которой подключен к выходу первого RS-триггера, измеритель временных интервалов и индикатор, последовательно соединенные второй компаратор, информационный вход которого подключен к выходу усилителя, четвертую схему совпадения, вторым входом подключенную к выходу второго RS-триггера, а выходом — к второму входу измерителя временных интервалов, третий- RS-триггер, S-вход которого связан с выходом второй схемы совпадения, а выход — с третьими входами третьей и четвертой схем совпадения, источник опорного напряжения, подключенный к опорному входу первого компаратора, и источник единичного потенциала, выход первого компаратора соединен с вторым входом первой схемы совпадения, выход второго компаратора связан с вторым входом второй схемы совпадения, а выход син-, хронизатора подключен к входам сброса первого и второго RS-триггеров и измерителя временных интервалов, снабжен последовательно соединенными пятой схемой совпадения, первым входом подключенной к инверсному выходу третьего RS-триггера, а вторым входом — к выходу синхронизатора, вычитающим счетчиком, информационные входы которого подключены к источнику единичного потенциала, а установочный вход — к выходу измерителя временных интервалов, цифроаналоговым преобразователем и первым коммутатором, управляющий вход которого соединен с инверсным выходом третьего RS-триггера, и последовательно соединенным делителем напряжения, входом подключенным к выходу цифроаналогового . преобразователя, и вторым коммутатором, управляющий вход которого соединен с прямым выходом третьего RS-триггера, а опорный вход второго компаратора связан с выходами коммутаторов.

Связь взаимодействия указанных элементов с остальными элементами толщиномера позволяет автоматически, в зависимости от изменения амплитуды донного эхо-импульса, формировать значение опорного напряжения, определяющего порог дискриминации амплитуды донного эхоимпульса. Тем самым обеспечивается точное формирование временного интервала между первым и вторым эхо-сигналами, соответствующего измеряемой толщине.

На чертеже изображен ультразвуковой эхо-импульсный тол щиномер, структурная схема.

Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, приемопередающий преобразователь 3 и усилитель 4, последовательно соединенные первые одновибратор 5,,входом подключенный к выходу синхронизатора 1, RS-триггер 6, схему 7 совпадений, выходом подключенную к

С-входу первого RS-триггера 6, вторые одновибратор 8, RS-триггер 9, схему 10 совпадений, выходом подключенную к С- входу второго RS-триггера 9, последовательно соединенные первый компаратор 11, пер, вым входом подключенный к выходу усилителя 4, вторым входом — к источнику Uo опорного напряжения, третью схему 12 совпадений, второй вход которой соединен с выходом первого RS-триггера, измеритель 13 временных интервалов и индикатор 14, последовательно соединенные второй компаратор 15, первым входом подключенный к выходу усилителя 4, четвертую схему 16 совпадений, выходом подключенную к второму входу измерителя 13, а вторым входом — к выходу второго RS-триггера 9, выход второго компаратора 15 под1712783 ключен к второму входу второй схемы 10 ние определяется состоянием цифровых высовпадений, третий RS-триггер 17, S-axo- ходов, которое задается значением цифродом подключенный к выходу второй схемы вых выходов вычитающего счетчика 19. В

10 совпадений, выходом — к третьим вхо. исходном состоянии на всех входах устадам третьей 12 и четвертой 16 схем совпа- 5 навливается единица при поступлении на дений, последовательно соединенные вход PE счетчика от измерителя 13 врепятую схему 18 совпадений первь1м вхо- менных интервалов. Это состояние сооТдом подключенную к второму выходу ветствует максимальному значению третьего RS-триггера 17, вторым входом — опорного напряжения, которое выбираетк выходу синхронизатора 1, вычитающий 10 ся несколько большим, чем максимальная счетчик 19, информационные входы кото- амплитуда донного импульса. При этом на рого подключены к источнику питания; а выходах второго компаратора 15 и второй установочный вход РŠ— к второму выходу схемы 10 совпадений донный импульс отизмерителя 13 временных интервалов, циф- сутствует и третий RS-триггер 17 находится роаналоговый преобразователь (ЦАП) 20, 15 в нулевом состоянии, а второй выход — в цифровые входы которого подключены ксо- состоянии "1", которое, будучи подано на ответствующим выходам вычитающего второй вход пятой схемы 18 совпадений, счетчика 19, аналоговый вход — к источнику разрешает прохождение импульсов синхроUpp опорйого напряжения, первый коммута- низатора 1 на тактовый С-вход вычитающетор 21, управляющий вход которого соеди- 20 го счетчика 19. От поступающих импульсов нен с вторым выходом третьего RS-триггера состояние цифровых выходов счетчика .19

17, а выход — с вторым входом второго ком- дискретно изменяется, и соответственно паратора 15, последовательно соединен- уменьшается значение опорного напряженые делитель 22 напряжения, входом ния14п. Когда его значение на втором входе подключенный к выходу ЦАП 20, второй 25 второго компаратора 15 меньше донного коммутатор23,управляющий входкоторого, импульса, на выходе этого компаратора и соединен с первым выходом третьего RS- соответственно на выходе второй схемы 10 триггера 17, а выход — с вторым. входом совпадений появится импульс, который усвторого компаратора 15. тановит третий RS-триггер 17 в единичное

Толщиномер работает следующим об- 30 состояние. При этом на инверсном выходе разом. триггера будет нулевое состояние, запрещаСинхронизатор 1 передним фронтом за- ющее прохождение импульсов синхронизапускает генератор 2 зондирующих импуль- тора 1 через пятую схему 18 совпадений и сов, устанавливает RS-триггеры 6 и 9 и опорного напряжения Up> через первый измеритель 13 временных интервалов в ис- 35 коммутатор 21. Одновременно потенциал ходное состояние и задним фронтом запу- прямого выхода третьего RS-триггера 17 скает первый одновибратор 5. Генератор открывает второй коммутатор 23;. Таким

2 возбуждает импульс, излученный пье- . образом, установившееся значение .цифзопреобразователем 3, вводится через со- ровых выходов счетчика 19 и соответствугласующую среду в контролируемое 40 ющих входов ЦАП 20 зафиксирует изделие и, распространяясь в нем, претер- значение опорного напряжения Upp, равпевает многократные отражения от повер- ное амплитуде донного импульса, которое хностей. УЗ-колебания, возникающие при с делителя 22 напряжения на заданном этом, принимаются пьезопреобразовате- уровне порога дискриминации будет прилолем 3, преобразуются им в электрические 45 жено через открытый второй коммутатор 23 сигналы,которыепоступаютнаусилитель 4. к второму входу второго компаратора 15, Усиленные сигналы поступают на входы Для выделения информационных сигналов первого 11 и второго 15: компараторов. На из серии импульс служат одновибраторы 5 . один из входов первого компаратора 11 по- и 8, RS-триггеры 6, 9 и 17 и схемы 7, 10, 12 и дается опорное напряжение Ооп, которое 50 .16 совпадений. выбирается несколько большим, чем макси- Длительность выходного импульса пермальная амплитуда шумов. вого одновибратора 5 определяется времеИмпульсы на выходе первого компара- нем переходных процессов в усилителе 4 и тора 11 появляются, когда амплитуда сигна- толщиной согласующего материала, По залов на входе больше уровня опорного 55 днему фронту импульса взводится первый напряжения. Сигналы подаются одновре - триггер 6. На его выходе устанавливается менно и на вход второго компаратора 15, потенциал, разрешающий прохождение имПричем на второй вход этого компаратОра пульсов от второго компаратора 15 через от ЦАП 20 через первый коммутатор 21 по- первую схему 7 совпадений. Первый имдается опорное напряжение 4п, Его значе- пульс, соответствующий первому эхо-им7

1712783

10

25

55

1 пульсу, пройдя через первую схему 7 совпадений, своим задним фронтом по С-входу сбрасывает первый RS-триггер 6, который запрещает дальнейшее прохождение импульсов через первую схему 7 совпадений и запускает второй одновибратор 8, по заднему фронту его импульса взвОдится второй RS-триггер 9. На выходе второго RS-триггера 9 устанавливается потенциал, разрешающий прохождение импульсов через вторую схему 10 совпадений. После сложения импульсов на выходе схемы 10 совпадений появляется импульс, соответствующий донному эхо-импульсу. Задним фронтом этого импульса второй RS-триггер 9 сбрасывается и запрещает прохождение импульсов через вторую схему 10 совпадений. Зтйм же импульсом взводится третий RS- rpxrrep 17. На.выходе его устанавливается потенциал, разрешающий прохождение импульсов первого 11 и второго 15 компараторов соответственно через третью 12 и четвертую 16 схемы совпадений. После сложения импульсов на выходах этих схем совпадений появляются импульсы, соответствующие отражениям от наружной (первый) и внутренний (донный) поверхностей детали.

Таким образом, иэ всей серии импульсов выбирают два импульса, передние фронты которых соответствуют заданному порогу дискриминации амплитуд первого и второго (донного) эхо-импульсов, а время между ними при любых изменения амплитуд донных эхо-импульсов соответствует измеряемой толщине.

Импульсы поступают на измеритель 13 в реме нн ых, интервалов, где дл ител ьность

Т . преобразуется в метрические единицы, соответствующие измеряемой толщине, которые отсчитываются по индикатору

14.

Использование изобретения позволяет повысить точность контроля толщины и стабильность результатов измерений при наличии различных влияющих факторов: переменная толщина, изменяющаяся шероховатость, кривизна поверхности и т.п., приводящих к резкому и непредсказуемому изменению амплитуды сигналов в процессе измерения, Кроме того, оно позволяет исключить перестройку порогов дискриминации амплитуд импульсов при контроле материалов с различными коэффициентами затухания, изменяющейся шероховатости и кривизны поверхности, и тем самым упростить настройку прибора при эксплуатации.

Формула изобретения

Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первый одновибратор, первый RS-триггер, первую схему совпадения, выходом подключенную к С-входу первого RS-триггера, второй одновибратор, второй RS-триггер и вторую схему совпадения, выходом подключенную к

С-входу второго RS-триггера, последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, вход которого подключен к выходу синхронизатора, приемопередающий преобразователь, усилитель, первый компаратор, третью схему совпадения, второй вход которой подключен к выходу первого RS-триггера, измеритель временных интервалов и индикатор, последовательно соединенные второй компаратор, информационный вход которого подключен к выходу усилителя, четвертую схему совпадения, вторым вхОдом подключенную к выходу второго RS-триггера, а выходом — к второму входу измерителя временных интервалов, третий RS-триггер, S-вход которого связан с выходом второй схемы совпадения, а выход — с третьими входами третьей и четвертой схем совпадения, источник опорного напряжения, подключенный к опорному входу первого компаратора, и источник еди-. ничного потенциала, выход первого компаратора соединен с вторым входом первой схемы совпадения, выход второго компаратора связан с вторым входом второй схемы совпадения, а выход синхронизатора подключен к входам сброса первого и второго

RS-триггеров и измерителя временных интервалов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, он снабжен последовательно соединенными пятой схемой совпадения, первым входом подключенной к инверсному выходу третьего RS-триггера, а вторым входом — к выходу синхронизатора, вычитающим счетчиком, информационные входы которого подключены к источнику единичного потенциала, а установочный вход — к выходу измерителя временных интервалов, цифроаналоговым преобразователем и первым коммутатором, управляющий вход которого соединен с инверсным выходом третьего

RS-триггера, и последовательно соединенными делителем напряжения, входом подключенным к выходу цифроаналогового преобразователя, и вторым коммутатором, управляющий вход которого соединен с прямым выходом третьего RS-триггера, а опорный вход второго компаратора связан с выходами коммутаторов.

1712783

- Составитель Н. Яруллин

Редактор М. Кобылянская Техред М.Моргентал Корректор Л. Бескид

Заказ 528 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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