Przedmiotem wynalazku jest ultradzwiekowe urzadzenie cyfrowe przeznaczone do pomiaru me¬ toda echo-impulsowa grubosci obiektów jednostron¬ nie dostepnych, wykonanych z róznych materia¬ lów.Pomiary grubosci elementów jednostronnie do¬ stepnych przeprowadza sie w znany sposób za po¬ moca takich urzadzen ultradzwiekowych, jak de¬ fektoskopy oraz specjalistyczne aparaty ultradzwie¬ kowe przystosowane konstrukcyjnie tylko do tego typu badan.Grubosciomierze pierwszego z wymienionych ty¬ pów, opisane szczególowo na przyklad w patencie polskim nr 60351, pracuja zwykle na zasadzie od¬ czytu na ekranie lampy oscyloskopowej polozenia impulsu echa dna, a tym samym w oparciu o od¬ czyt czasu przejscia i powrotu fali ultradzwieko¬ wej, który to czas jest proporcjonalny do grubosci badanego przedmiotu. Specjalistyczne aparaty do pomiaru grubosci pracuja na tej samej zasadzie, lecz odczyt wyniku pomiaru jest dokonywany na wskaz¬ niku wychylowym, zwykle cyfrowym, zamiast na ekranie lampy oscyloskopowej. Wykorzystanie de¬ fektoskopu ultradzwiekowego do pomiaru grubosci ograniczaja takie jego wady, jak koniecznosc za¬ trudnienia wykwalifikowanej obslugi aparatu, du-. ze wymiary i waga aparatu, czesto uniemozliwia¬ jace przeprowadzanie kontroli instalacji kotlowych i rurowych, zwlaszcza w energetyce i przemysle chemicznym, mala szybkosc pomiaru i ograniczona dokladnosc.Jakkolwiek urzadzenia ultradzwiekowe do pomia¬ ru grubosci ze wskaznikiem wychylowym nie po¬ siadaja wad defektoskopów, to jednak ograniczaja ich zastosowanie wady typowe dla wszelkich mier¬ ników analogowych 'ze wskaznikiem wychylowym, takie jak niska, zmienna w czasie pracy doklad¬ nosc pomiaru, na ogól gorsza od 1%, mala odpor¬ nosc na wstrzasy i uderzenia oraz koniecznosc do¬ konywania okresowej kalibracji aparatu. .Aparaty ze wskaznikiem cyfrowym takie, jak na przyklad urzadzenie opisane w patencie PRL nr 57315, sa znacznie lepsze od wymienionych uprzed¬ nio grup grubosciomierzy. Specjalistyczne aparaty do pomiaru grubosci, zarówno - ze wskaznikami cy¬ frowymi jak i analogowymi sa obarczone ble¬ dami odczytu, wynikajacymi z istnienia odbic fali ultradzwiekowej nie tylko od strony niedostepnej ) sciany badanego obiektu, ale równiez od wad i nie¬ ciaglosci wewnatrzmaterialowych, które to wady moga miec rózne wymiary.Do najlepszej klasy tych urzadzen zaliczyc na¬ lezy aparaty ultradzwiekowe z automatyczna regu¬ lacja wzmocnienia, w których stosuje sie podwójna nadawczo-odbiorcza glowice ultradzwiekowa wypo¬ sazona w dwa odizolowane akustycznie i elektrycz¬ nie przetworniki. Wykorzystanie takiej glowicy za¬ pewnia dobre sprzezenie glowicy z materialem ba¬ danym, umozliwia przeprowadzenie dokladnego po¬ miaru malych grubosci rzedu 1 mm, bez koniecz- 87 56787 567 3 nosci badania ech wieloktrotnych odbieranych przez glowice pojedyncza.Jednym z tego typu aparatów ultradzwiekowych jest znany przyrzad z podwójna glowica oraz z au¬ tomatyczna regulacja wzmocnienia, wyposazony w generator impulsowy, synchronizujacy impulsowy nadajnik ultradzwiekowy, który steruje czesc na¬ dawcza glowicy. Fala ultradzwiekowa odbita od sciany niedostepnej obiektu, przetworzona na im¬ puls elektryczny, steruje uklad wzmacniajacy, któ¬ rego sygnal wyjsciowy jest przetwarzany przez de¬ tektor poziomu na impuls o dostatecznie stromym narastaniu czola. Uklad automatycznej regulacji wzmocnienia, sterowany ze zródla napiecia odnie¬ sienia polaczonego z detektorem poziomu, zabez¬ piecza uzyskanie znacznej dokladnosci pomiaru, odpowiadajacej rozdzielczosci pomiarowej licznika, niezaleznie od zmian w szerokim zakresie amplitu¬ dy odebranych impulsów. Generator impulsowy ste¬ ruje równiez przerzutnik monostabilny generujacy impulsy o regulowanym czasie trwania. Opadajace zbocze tych impulsów powoduje zmiane stanu prze¬ rzutnika bistabilnfcgo nA tak dlugi okres czasu, do¬ póki impuls wyjsciowy z detektora poziomu nie odwróci tego stanu. Tor pomiarowy urzadzenia sta¬ nowi ukla^|olaczen bramki, której jedno wejscie jest ster^ahe z wyjscia przerzutnika bistabilnego, a drugie wejscie z generatora impulsów zegaro- < wych. sygnal koincydencji jest dostarczany z wyj- §S|Bcia bramki licznika do którego stan po zliczeniu Jjgippulsów jest odczytywany przez zespól zobrazo. ^ ^iwania wyniku pomiaru.Aparat wyzej opisany, jakkolwiek umozliwia od¬ róznienie sygnalu pomiarowego od echa sygnalu odbitego od malych wad i nieciaglosci obiektu ba¬ danego, to jednak posiada istotne wady wynikaja¬ ce z dlugiego ustalania sie wartosci sygnalu po¬ miarowego ze wzgledu na zastosowany uklad elek¬ troniczny automatycznej regulacji wzmocnienia.Celem wynalazku jest ulepszenie omówionego aparatu przez wyeliminowanie wzmacniacza z aur tematyczna regulacja wzmocnienia.Cel ten zostal osiagniety zgodnie z wynalazkiem poprzez realizacje zespolu analizatora sygnalów po¬ miarowych, odbierajacego elektryczne sygnaly echa z ukladu wzmacniajacego i podajacego je naprze- mian, w odstepach czasowych okreslonych co dru¬ gim taktem pracy za posrednictwem ukladu prze¬ laczania na wejscie detektora szczytowego albo na wejscie sygnalowe glównego detektora poziomu.Wejscie odniesienia detektora poziomu jest pola¬ czone poprzez dzielnik napieciowy z wyjsciem de¬ tektora szczytowego.Zespól analizatora sygnalu pomiarowego wypo¬ sazony jest w dwa przerzutniki bistabilne, tak po¬ laczone z opisanymi ukladami, ze z jednego z wyjsc pierwszego przerzutnika bistabilnego jest dostar¬ czany sygnal sterujacy uklad przelaczania i jedno z wejsc bramki analizatora, której drugie wejscie jest polaczone z wyjsciem znanego przerzutnika moAostabilnego urzadzenia. Przerzutnik monosta¬ bilny steruje pierwszy przerzutnik bistabilnego ana_ lizatora," a sygnal koincydencji sygnalów wejscio¬ wych bramki analizatora jest przekazywany do wejscia kasujacego detektora szczytowego, reduku- 4 jac napiecie na jego wyjsciu do wartosci bliskiej zeru. Wyjscie glównego detektora poziomu jest po¬ laczone z jednym z wejsc drugiego przerzutnika bistabilnego, którego drugie wejscie jest dolaczone do drugiego wyjscia pierwszego przerzutnika bista¬ bilnego. Sygnal z tego wyjscia kasuje licznik toru pomiarowego. Sygnal wyjsciowy z drugiego prze¬ rzutnika bistabilnego zespolu analizatora, zawiera¬ jacy informacje o grubosci obiektu badanego, jest io przekazywany do drugiego wejscia bramki tego toru. f Zespól analizatora sygnalów pomiarowych moze byc dodatkowo wyposazony w czlon kontroli am¬ plitudy sygnalu pomiarowego. Stanowi go uklad polaczen pomocniczego detektora poziomu, którego wejscie sygnalowe jest polaczone z wyjsciem de¬ tektora szczytowego, a wejscie odniesienia ze zród¬ lem napiecia progowego. Napiecie to ma tak do¬ brana wartosc, ze sjiadek amplitudy sygnalu wyj- sciowego z detektora szczytowego ponizej tej War¬ tosci powoduje powstanie na wyjsciu pomocnicze¬ go detektora poziomu sygnalu blokujacego zmiane stanu drugiego przerzutnika bistabilnego oraz uru¬ chamiajacego uklad sygnalizacji urzadzenia. 29 Zespól analizatora sygnalu pomiarowego ma rów¬ niez przewidziane dodatkowe polaczenia pomiedzy jednym z wyjsc pierwszego przerzutnika bistabil¬ nego a wejsciami blokujacymi glównego i pomoc¬ niczego detektorów poziomu. Blokada obydwu de- tektorów dziala w odstepach czasowych podczas przeprowadzania pomiaru amplitudy sygnalu echa przez detektor szczytowy.Przedmiot wynalazku zostanie blizej omówiony w oparciu o przyklad wykonania urzadzenia poka- zany na rysunku w schemacie blokowym na fig. 1, natomiast fig, 2 przedstawia przebiegi impulsowe na wyjsciach podstawowych bloków ukladu.Dzialanie urzadzenia stanowiacego przedmiot wy¬ nalazku jest nastepujace: Generator impulsów 1 40 synchronizuje impulsowy nadajnik ultradzwiekowy 2, sterujacy czesc nadawcza 3 podwójnej glowicy ultradzwiekowej, wprowadzajacej do przedmiotu badanego fale akustyczna od strony jego dostepnej sciany. Fala odbita od sciany niedostepnej lub od 45 nieciaglosci w materiale obiektu badanego 4 wra¬ ca do czesci odbiorczej 5 glowicy, ulegajac W niej przetworzeniu na impuls elektryczny, wzmacniany w ukladzie wzmacniacza 6 o korzystnie stalym wzmocnieniu. Sygnal z wyscia wzmacniacza 6 jest 5o doprowadzany do zespolu I analizatora sygnalu pomiarowego, to jest bezposrednio do jego ukladu przelaczania 7. Uklad ten co drugi takt pracy przekazuje sygnal elektryczny echa do wejscia de¬ tektora szczytowego 8 albo do wejscia sygnalowe- 55 go glównego detektora poziomu 9.Detektor szczytowy 8 utrzymuje ha swym wyjsciu napiecie stale równe maksymalnej amplitudzie odebranego sygnalu echa co najmniej przez dwa kolejne takty nadawcze. W drugim takcie pracy 60 ukladu przelaczania 7 wyjscie wzmacniacza 6 jest polaczone z wejsciem glównego detektora pozio¬ mu 9. Sygnal odniesienia tego detektora jest pro¬ porcjonalny do maksymalnej amplitudy sygnalu echa, poniewaz napiecie wyjsciowe detektora Szczy- « towego 8 jest podzielone dzielnikiem napieciowym87 567 5 6 , 11, po czym jest dostarczone na wejscie od¬ niesienia glównego detektora poziomu 9. Detektor 9 generuje wówczas impuls oznaczajacy moment zakonczenia pomiaru grubosci. Efektywna czestot¬ liwosc powtarzania pomiaru jest zatem tylko dwu¬ krotnie mniejsza od czestotliwosci powtarzania im¬ pulsu nadawczego z generatora 1, bowiem infor¬ macje o maksymalnej amplitudzie sygnalu sa prze_ kazywane do ukladu na przemian, zgodnie z taktem pracy ukladu przelaczania 7. Oznacza to kilku lub kilkunastokrotne zwiekszenie czestotliwosci powta¬ rzania pomiaru w stosunku do szybkosci pracy zna¬ nego aparatu ultradzwiekowego z ukladem auto¬ matycznej regulacji wzmocnienia.Generator impulsów 1 steruje równiez w znany sposób przerzutnik monostabilny 12 generujacy im¬ pulsy o regulowanym czasie trwania, którego opa¬ dajace zbocze powoduje zmiane stanu, pierwszego przerzutnika bistabilnego 13 zespolu I analizatora sygnalów pomiarowych. Zerowanie urzadzenia przeprowadza sie regulujac szerokosc impulsu, ge¬ nerowanego przez przerzutnik monostabilny 12. Od¬ bywa sie to praktycznie poprzez przylozenie glo¬ wicy do próbki wzorcowej wykonanej z materialu o znanej grubosci oraz predkosci rozchodzenia sie fali oraz ustawienie wskazan urzadzenia dokladnie równych znanej grubosci próbki. Pierwszy prze¬ rzutnik bistabilny 13 pelni w ukladzie funkcje po¬ dzialu przez dwa czestotliwosci powtarzania im¬ pulsu echa oraz sterowania ukladu przelaczania 7, to jest wyboru naprzemian taktu pomiaru zmian amplitudy tego impulsu oraz taktu pomiaru gru¬ bosci: Przerzutnik ten kasuje równiez detektor szczytowy 8 poprzez wprowadzanie sygnalu koin¬ cydencji z bramki 24 zespolu analizatora. Tym sa¬ mym sygnal wyjsciowy z detektora 8 jest spro¬ wadzany do wartosci bliskiej zeru w odstepie cza¬ su przed ponownym taktem pomiaru maksymalnej amplitudy sygnalu echa, przez co detektor 8 mie¬ rzy i pamieta nie tylko przychodzace na jego wej¬ scie zwiekszajace sie, lecz równiez malejace war¬ tosci amplitudy.Poza tym, pierwszy przerzutnik bistabilny 13 pel¬ ni takie funkcje, jak kasowanie licznika 17 toru pomiarowego urzadzenia oraz zmienia stan dru¬ giego przerzutnika bistabilnego 14, powodujac przepuszczanie przez bramke 15 toru pomiarowego impulsów z generatora zegarowego 16 do licznika 17, zapoczatkowujac zliczanie tych impulsów w ukladzie.Moment zakonczenia zliczania impulsów zegaro¬ wych przez licznik 17 odpowiada scisle momen¬ towi , odbioru echa od niedostepnej sciany obiektu badanego 4, lub echa od odpowiednio duzej wady lub nieciaglosci w materiale tego obiektu.W zespole I analizatora sygnalu pomiarowego blokowanie glównego i dodatkowego detektorów poziomu 9 i 21 odbywa sie poprzez doprowadzenie do ich wejsc sygnalu blokowania jednego z wyjsc pierwszego przerzutnika bistabilnego 13 w odste¬ pach czasowych odpowiadajacych taktowi pracy ze¬ spolu I podczas przeprowadzania pomiaru amplitu¬ dy sygnalu echa przez detektor szczytowy 8.Zespól analizatora sygnalów pomiarowych w je¬ go czlonie II kontroli amplitudy tych sygnalów realizuje blokade zmiany stanu drugiego przerzut¬ nika bistabilnego 14 i uruchamia uklad sygnalizacji 23 urzadzenia wówczas, gdy spadek amplitudy sy¬ gnalu wyjsciowego z detektora szczytowego 8 osiag- nie wartosc mniejsza od wartosci progowej napie¬ cia ze zródla 22 polaczonego z wejsciem odniesie¬ nia pomocniczego detektora poziomu 21. Detektor ten swoim wejsciem sygnalowym jest polaczony z wyjsciem detektora szczytowego 8. Czlon kon¬ troli amplitudy umozliwia zatem obsludze urzadze¬ nia odebranie informacji o niewlasciwym sprze¬ zeniu glowicy ze sciana obiektu badanego, albo o zbyt wielkim tlumieniu materialu tego obiektu.W znanym torze pomiarowym licznik 17 pola¬ czony przykladowo ze * wskaznikiem cyfrowym 19 poprzez pamiec buforowa 18 umozliwia dokonanie odczytu na tym wskazniku 19 tylko w momentach strobowania pamieci krótkotrwalymi impulsami z dzielnika \ czestotliwosci 20 synchronizowanego z generatora impulsów 1.Zastosowanie dzielnika czestotliwosci 20 obniza¬ jacego czestotliwosc impulsów z generatora 1 ma ten korzystny skutek, ze umozliwia przeprowadze¬ nie prawidlowego optycznego odczytu przez perso¬ nel obslugujacy, nieograniczonego zdolnoscia roz¬ dzielcza oka. Urzadzenia rejestrujace, sygnalizacyj¬ ne, badz nadzorujace wlaczone na wyjsciu liczni¬ ka 17 nie posiadaja tego ograniczenia.Jak wynika z powyzszego, aparat wedlug wy¬ nalazku realizuje znacznie szybsze od dotychczas znanych tego typu urzadzen cyfrowych dokonywa¬ nie pomiaru grubosci elementów wykonanych z ma¬ terialów o szerokim zakresie zmian wspólczynnika tlumienia, zwlaszcza takich, jak blachy i tworzy¬ wa sztuczne. Rozwiazanie wedlug wynalazku umoz¬ liwia uzyskanie takich zalet, jak prostota obslugi, szeroki zakres wskazan przy dokladnosci odczytu okreslonej rozdzielczoscia licznika, realizacja syg¬ nalizacji przekroczenia zakresu pomiarowego i na¬ tychmiastowa gotowosc do pracy po wlaczeniu apa¬ ratu. PL