CN2140049Y

CN2140049Y - 便携式电磁和压电超声合成测厚仪

Info

Publication number: CN2140049Y
Application number: CN 92238862
Authority: CN
Inventors: 王新平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-10-31
Filing date: 1992-10-31
Publication date: 1993-08-11
Anticipated expiration: 2002-10-31

Abstract

本实用新型涉及一种合成测厚仪。它集中了电磁和压电超声测厚的优点，利用计算机技术控制，包括脉冲发生器、发射抵消、一次、二次功率放大，切换门，电磁及压电换能器、接收放大器，计算机处理系统和读数显示装置。它可对在役或成品检验等任何场合的铁磁材料实现测厚，还可根据实际情况确定是否采用声耦合剂，适用范围广，灵敏度高，使用方便。

Description

本实用新型涉及一种利用计算机技术并且融电磁超声与压电超声为一体的测厚仪装置，具体地说，是一种可对500℃以下的材料进行测厚的仪器，它既可应用于在役管道的壁厚测量，又可对出厂成品管材或板材进行检测。

传统的测厚技术包括放射性射线法、激光束偏转法、压电超声法和电磁超声法等。其中压电超声法是利用压电材料的可逆效应，将电能转换成声能，经由声耦合剂传送到被测物体中，该超声波到达被测物体底面时经反射又传回到物体上表面，然后被接收，换能器又将声能转换成电能。人们可以通过测量回波与发射波之间的时间间隔来确定被测物体的厚度。而电磁超声测厚装置主要是由一个高频脉冲电流线圈及外磁场组成的电磁超声换能器组成，当高频脉冲电流流过被测物体表面时，由于高频电流在金属表层上的集肤效应，将会感应出相应频率的涡流。在外磁场的作用下，涡流区域内的质点受到罗仑兹力，使被测物体中的粒子随受力方向发生振动，从而产生出超声波。与压电超声法类似，此波在被测物体中传播，到达物体底面时发生反射，反射回波被接收，若被测物体的超声波传播速度为已知，测出发射波与反射波的时间间隔，则所测厚度为：

d＝C· (t)/2

式中：d－被测物体厚度

c－被测物体超声波传播速度

t－发射波与反射波的往返间隔时间

以上方法都存在一定局限性与不足，如射线法只能对所用射线可穿透的工件进行测量，并且对人体有一定危害性；激光束偏转法使用的仪器结构复杂，不仅成本高，而且可靠性差；压电超声法则无法解决250℃以上的声耦合剂问题，致使高温测量困难；电磁超声法电声能量转换效率较低，故其测量灵敏度较低，因而测量范围过窄。

本实用新型的目的是提供一种综合了电磁超声与压电超声的优越性，测量范围广、精度高且适应性强的便携式测量在役管道或成品厚度的测量仪器。

本实用新型的目的是通过以下措施实现的，测厚仪包括脉冲发生器、一次和二次功放电路、接收放大器、计算机处理系统和读数显示装置，还包括一个功率切换门及发射抵消电路，和压电及电磁两个超声换能器，通过一个切换开关根据待测工件情况选择其中一个超声换能器处于工作状态，计算机处理系统的时钟脉冲触发脉冲发生器形成高频振荡脉冲，同时触发切换门，高频振荡脉冲激励一次功放电路工作，同时经发射脉冲抵消电路输给接收放大器，该共用的放大器接收到被选定运行的换能器传来的电脉冲并放大，被放大的信号输出到计算机系统中处理，由计算机系统计算出厚度，以数码显示在读数显示装置上。

电磁和压电超声的激励频率段是组合在一起的。

本实用新型主要是利用了电磁与压电超声基本测试方法相近的共同点，在测厚仪中具有两套超声换能器，根据不同场合灵活应用，对在高处或在高温中运行的在役管道，无法应用各种声耦合剂或防止液体耦合剂到处乱流时，可选用电磁超声换能器工作，如果需测量灵敏度较高或大范围的管道时，可选用压电超声换能器工作，这种选择通过扳动仪器切换开关很容易实现。这种合成测厚仪集中了电磁、压电超声测厚的优点，拓宽了在线测量范围，而且精度高。它可根据不同情况决定采用声耦合剂或者不用，可对500℃及以下的材料进行测厚。

下面结合附图进一步说明本实用新型的合成测厚仪的结构和工作过程。其中：

图1测厚仪电路系统方框图；

图2发射抵消电路原理图；

图3压电超声换能器结构图；

图4电磁超声换能器结构图。

图1是本实用新型测厚仪的电路图，其中15是直流电源，当用户根据实际的被测工件情况选定压电超声换能器8或者电磁超声换能器10后，即刻接通电源15，计算机处理系统13的时钟开始工作，发出触发脉冲，同时触发脉冲发生器1、切换门4及接收放大器12。

当选定压电超声工作状态，则换能器8工作，脉冲发生器1被触发形成高频振荡脉冲，一方面激励一次功率放大器3工作，另一方面接到发射脉冲抵消电路2，发送给接收放大器12一个负脉冲，接着压电超声发射器6传送具有一定振幅、一定形状和一定能量的发射脉冲给压电超声换能器8，借助于压电材料的逆压电效应将电能转换成机械能，也就是说，将传来的电脉冲转换为机械振动波，此振动经声耦合介质传入被测工件9。该超声波从被测工件9的表面传入到底面反射回来，再经声耦合介质传到压电超声换能器8，利用压电材料的压电效应将机械能转换成电能，此微弱电波送入接收放大器12，被放大的信号送入计算机系统13，由压电测厚程序处理后直接给出被测工件的厚度值，在读数显示装置14上显示出来。

当选定电磁超声工作状态，则换能器10工作，计算机系统13的时钟脉冲触发脉冲发生器1产生高频振荡脉冲的同时，开启功率切换门4，当高频振荡脉冲激励一次功率放大器3时，功率切换门4输出一脉冲将一次功率放大器3对应压电超声发射器6的端头封死，此时一次功率放大器输出高频放大脉冲到处于开启状态的切换门4，则有高频脉冲传到二次功率放大器5，经放大后具有所需功率的发射脉冲触发电磁超声发射器7，再传输到电磁超声换能器10。根据电磁超声原理于是在被测工件11内形成超声波，该波从被测工件11表面传播到其底面反射回来，它所走路程则为被测工件的两倍厚度。由于电磁超声效应的可逆性，反射回来的超声波经电磁超声换能器10又转变成电脉冲，此微弱信号传至接收放大器12，如前所述时钟脉冲已将该放大器置于电磁超声放大状态，故被放大器12放大了的信号传至计算机处理系统13，由电磁超声测厚程序直接给出厚度读数，立即在读数显示装置14上显示出来。

图2表示发射抵消电路2的电路原理图，其中晶体三极管BG2平常处于截止状态，当脉冲发生器1给出正触发脉冲时通过二极管BG1加到BG2基极，使其导通，在BG2集电极输出负脉冲，它的发射极接有控制电位器W1，用于控制本级反馈量，使得在集电极输出一个宽度可变的负向抵消脉冲，传送至接收放大器12的中间放大级。使得压电超声发射器6或电磁超声发射器7所发射的正向发射波和其他杂散波，都不能进入接收放大器12的后儿级，以防止不必要的正向杂波干扰及损坏器件。

图3是压电超声换能器8的结构图。电极21通过绝缘柱20固定到金属壳19的细端，晶片17与保护膜16通过绝缘柱固定到金属壳19的粗端，电极21与晶片17之间装有吸收块18，金属壳即地端。

图4示出了电磁超声换能器10的结构。伸缩外套23装到金属壳26的粗端，在该金属壳26内装有极靴24，永久磁铁25及导线27，导线的一端与插头28连接，并从金属壳26的细端引出壳外，此外图中29为弹簧，30为线。

本实用新型测厚仪的主要技术指标是：

测量范围（压电）：0.5～100mm；（电磁）：2.0～35mm

测量精度（压电）：±0.01mm；（电磁）：±0.5％满度±0.01mm

（2.0～9.99mm）

±0.5％满度±0.1mm

（10.0～35.0mm）。

测量温度（压电）：－5℃～50℃；（电磁）：0℃～500℃

环境温度（压电）：0℃～40℃；（电磁）：－10℃～55℃

记忆点数：100点

Claims

1、一种合成测厚仪，包括：

一个脉冲发生器，

一次和二次功放电路，

接收放大器，

计算机处理系统和读数显示装置，

其特征在于：

还包括一个功率切换门4，一个发射抵消电路2，和压电及电磁两个超声换能器(8，10)，

通过一个切换开关，根据待测工件情况选择其中一个超声换能器处于工作状态，计算机处理系统13的时钟脉冲触发脉冲发生器1产生高频振荡脉冲，同时触发切换门4，高频振荡脉冲激励一次功放电路3工作，同时经过发射脉冲抵消电路2输送到接收放大器12，该共用的接收放大器12接收由所选换能器传来的电脉冲信号并放大，再经计算机系统13的选定方式测厚程序处理，厚度读数直接显示在读数显示装置14上。

2、根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于压电换能器8的金属壳19是接地的，电极21通过绝缘柱20固定到该金属壳一端，其另一端经该绝缘柱与晶片17和保护膜16相接。

3、根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于电磁式换能器10的金属壳26内装有极靴24、永久磁铁25和导线27，导线的一端从金属壳的细端引出壳外，并与插头28相连。