RU1535139C - Ultrasonic method of determining thicknese of film articles - Google Patents

Ultrasonic method of determining thicknese of film articles

Info

Publication number
RU1535139C
RU1535139C SU4397166A RU1535139C RU 1535139 C RU1535139 C RU 1535139C SU 4397166 A SU4397166 A SU 4397166A RU 1535139 C RU1535139 C RU 1535139C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ratio
acoustic vibrations
oscillations
thickness
product
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.А. Скрипник
Н.И. Бражников
В.Г. Здоренко
Original Assignee
Киевский технологический институт легкой промышленности
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Киевский технологический институт легкой промышленности filed Critical Киевский технологический институт легкой промышленности
Priority to SU4397166 priority Critical patent/RU1535139C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1535139C publication Critical patent/RU1535139C/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

Изобретение позвол ет осуществл ть измерение толщины пленочных материалов с высокой точностью. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени . Создают опорный и измерительный электроакустические каналы. Ввод т контролируемое изделие между излучателем и приемником измерительного канала, принимают прошедшие контролируемое изделие акустические колебани  ц определ ют соотношение амплитуд принимаемых и излу- ча емых акустических колебаний. Измер ют также разность фаз колебаний опорного и измерительного каналов. Толщину контролируемого издели  определ ют из выражени  h (arctgijl-w2 /W)- Л If c /2«T, где W - соотношение амплитуд прошедших ролируемое изделие и излучаемых колебаний; &q - разность фаз колебаний опорного и измерительного канзлоь, вызванна  введением контролируемого издели ; с - скорость распространени  акустических колебаний в воздухе; f - частота акустических колебаний. Дл  увеличени  амплитуды прошедших контролируемое изделие акустических колебаний их частоту выбирают из соотношени  f 0,01(c0/h махс), где с0 - скорость распространени  акустических колебаний в материале контролируемого издели ; h макс максимально возможна  толщина контролируемого издели . 1 з.п. ф-лы, 1 ил. о (Л ел со елThe invention makes it possible to measure the thickness of film materials with high accuracy. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement. Create a reference and measuring electro-acoustic channels. A controlled product is introduced between the emitter and the receiver of the measuring channel, the acoustic vibrations passed through the controlled product are received, and the ratio of the amplitudes of the received and radiated acoustic vibrations is determined. The phase difference of the oscillations of the reference and measuring channels is also measured. The thickness of the controlled product is determined from the expression h (arctgijl-w2 / W) - Л If c / 2 "T, where W is the ratio of the amplitudes of the transmitted product and the emitted oscillations; & q is the phase difference of the oscillations of the reference and measuring canlop caused by the introduction of a controlled product; c is the speed of propagation of acoustic vibrations in air; f is the frequency of acoustic vibrations. In order to increase the amplitude of the acoustic vibrations transmitted through the controlled article, their frequency is selected from the ratio f 0.01 (c0 / h max), where c0 is the propagation velocity of acoustic vibrations in the material of the controlled product; h max the maximum possible thickness of the controlled product. 1 s.p. f-ly, 1 ill. o (L ate ate

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  бесконтактного измерени  и контрол  толщины пленочных материалов .The invention relates to measuring technique and can be used for non-contact measurement and control of the thickness of film materials.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  толщины пленочных материалов за счет исключени  вли ни  физико-механических характеристик материала издели  на результат измерени , а также исключени  дифракционных искажений акустических колебаний.The aim of the invention is to increase the accuracy of measuring the thickness of film materials by eliminating the influence of the physicomechanical characteristics of the material of the product on the measurement result, as well as eliminating the diffraction distortion of acoustic vibrations.

На чертеже представлена структурна  схема устройства, реализующего предлагаемый способ.The drawing shows a structural diagram of a device that implements the proposed method.

Устройство содержит генератор 1 стабильной частоты, усилитель 2 мощности , излучающий 3 и приемный электроакустические преобразователи измерительного канала, излучающий 5 и приемный 6 электроакустические преобразователи опорного канала, усилитель 7 с автоматической-регулировкой усилени  (АРУ), фазовый Преобразователь 8, регулируемый фазовращатель 9,The device comprises a stable frequency generator 1, a power amplifier 2, radiating 3 and receiving electro-acoustic transducers of the measuring channel, radiating 5 and receiving 6 electro-acoustic transducers of the reference channel, amplifier 7 with automatic gain control (AGC), phase Converter 8, adjustable phase shifter 9,

3 15353 1535

регулируемый аттенюатор 10, блок 11 отношени , аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, микроЭВИ 13, АЦП И и цифровой индикатор 15.an adjustable attenuator 10, a ratio block 11, an analog-to-digital converter (ADC) 12, micro-EVI 13, an ADC And a digital indicator 15.

Предлагаемый способ заключаетс  и следующем.The proposed method is as follows.

Контролируемое изделие 16 ввод т между излучателем и приемником измерительного электроакустического кана- ла. При этом разность фаз измерительного и опорного (аналогичного измерительному , в акустическом канале которого находитс  только воздух) электроакустических каналов не зависит от параметров воздушной среды (температуры , влажности) и может быть представлена в видеA monitored article 16 is inserted between the emitter and the receiver of the electro-acoustic measurement channel. In this case, the phase difference between the measuring and reference (similar to the measuring, in whose acoustic channel there is only air) electro-acoustic channels does not depend on the parameters of the air medium (temperature, humidity) and can be represented as

Alf - kh-farctg|(+|)tgk0h, (1) Alf - kh-farctg | (+ |) tgk0h, (1)

, 2ЧГЈ . 27f . где k«; kBe--fкоэффициенты;, 2CHGЈ. 27f. where k "; kBe - f coefficients;

с0 с - скорости распространени  акустических колебаний t в материале контролируемого издели  и в среде соответственно; c0 c is the velocity of propagation of acoustic vibrations t in the material of the controlled product and in the medium, respectively;

р - плотности матери- ала контролируемого издели  и среды соответственно; p - the density of the material of the controlled product and environment, respectively;

- отношение акустических сопротив- материала контролируемого издели  и среды соответственно; h - толщина контролируемого издели ; , Ј - частота акустит- the ratio of the acoustic impedance of the controlled product and the medium, respectively; h is the thickness of the controlled product; , Ј - acoustics frequency

ческих колебанийfluctuations

Так как окружающей средой  вл етс  воздух, имеющий значительно меньшее акустическое сопротивление, чем конт ролируемый материал (рос„-()с), то можно считать . ТогдаSince the environment is air, which has a significantly lower acoustic resistance than the controlled material (grew - () s), we can assume. Then

Дц -kh+arctgj ftglc0hi (2)DC -kh + arctgj ftglc0hi (2)

Амплитуда принимаемых акустически колебаний,, прошедших воздушные промежутки и контролируемое изделие, может быть представлена в виде The amplitude of the acoustically received vibrations that have passed the air gaps and the product being monitored can be represented as

У Рй9а РСRy9a RS

ЧH

1ИЧЛ1IChL

4cos8k hVi$sin k h4cos8k hVi $ sin k h

Определ ют соотношение амплитуд принимаемых и излучаемых акустических колебаний 1Determine the ratio of the amplitudes of the received and emitted acoustic vibrations 1

КTO

ЧH

(А)(AND)

cos2k0h+r 2 sincos2k0h + r 2 sin

k0hk0h

Так как амплитуда прошедших контролируемое изделие акустических колебаний значительно меньше амплитуды излучаемых акустических колебаний, то дл  ее увеличени  (увеличени  соотношени  сигнал/помеха) с учетом того, что , выбираютSince the amplitude of the acoustic vibrations that passed the controlled product is much smaller than the amplitude of the emitted acoustic vibrations, to increase it (increase the signal to noise ratio), taking into account that, choose

sin илиsin or

k.k.

, ff

Г.G.

Обычно выбирают k0hgO,02-,Usually choose k0hgO, 02-,

,t, t

c0 c0

(5)(5)

(6)(6)

тогдаthen

(7)(7)

откуда частота акустических колебанийwhere does the frequency of acoustic vibrations

f Ј0,0lЈ.f Ј0.0lЈ.

(3)(3)

При выполнении выражени  (5) выражени  (2) и (k) можно представить какWhen expressing (5), expressions (2) and (k) can be represented as

5 5

00

u«f -kh+arctg|fkeh,u “f -kh + arctg | fkeh,

f+|F(kIhp Выразив из выражени f + | F (kIhp Expressing from the expression

ну и подставив ее (9) получимWell, substituting it (9) we get

Т--ш UCf -kh+arctg ----,T - w UCf -kh + arctg ----,

откудаwhere from

(arctg(arctg

- ulf) с- ulf) s

IW Iw

(9) (10)(9) (10)

(10) величи- в выражение(10) in the expression

(11) (12)(11) (12)

35 35

..

 

х SSx SS

4545

Из выражени  (12) следует, что толщина контролируемого издели  не зависит от физико-механических характеристик материала издели . Определение соотношени  амплитуд прошедших контролируемое изделие и излучаемых акустических колебаний позвол ет значительно повысить их частоту. Так, дл  пленочных материалов9 имеющих толщину мкм, согласно выражению {В) частота акустических колебаний не должна превышать 60-120 кГц (скорость распространени  акустических колебаний в материале контролируемого издели  прин та равной м/с), что почти на два пор дка выше максимально возможной частотыFrom the expression (12) it follows that the thickness of the controlled product does not depend on the physicomechanical characteristics of the material of the product. Determination of the ratio of the amplitudes of the transmitted test article and the emitted acoustic vibrations can significantly increase their frequency. So, for film materials9 having a thickness of μm, according to expression (B), the frequency of acoustic vibrations should not exceed 60-120 kHz (the propagation velocity of acoustic vibrations in the material of the controlled product is assumed to be m / s), which is almost two orders of magnitude higher than the maximum possible frequency

в способе-прототипе. Это позвол ет увеличить значение первого слагаемого - kh правой части выражени  (3} также на два пор дка и учитывать его при определении толщины контролируемого издели , что позвол ет исключить вли ние физико-механических характеристик материала контролируемого издели  на результаты измерени . Кроме того, измерение разности фаз принимаемых колебаний опорного и измери- тельного каналов исключает вли ние непосто нства параметров воздушнойin the prototype method. This allows us to increase the value of the first term - kh of the right-hand side of expression (3} also by two orders of magnitude and take it into account when determining the thickness of the controlled product, which eliminates the influence of the physicomechanical characteristics of the material of the controlled product on the measurement results. the phase difference of the received oscillations of the reference and measuring channels eliminates the influence of the variability of the parameters of the air

1010

ет на шину данных микроЭВМ 13, кото ра  производит вычисление толщины контролируемого издели  по выраже нию (12). С помощью цифрового индик тора 15 отображаетс  результат вычис лений - толщина Ь контролируемого из дели  16. В пам ть микроЭВМ 13,в &ид констант введены частота f акустичес ких колебаний и скорость с распростр нени  акустических колебаний в воздушной среде. При отсутствии контрол руемого издели  16 в измерительном канале (перед началом измерений) с пmicrocomputer 13 is sent to the data bus, which calculates the thickness of the controlled product by expression (12). Using the digital indicator 15, the calculation result is displayed — the thickness b of the item being monitored 16. In the memory of the microcomputer 13, the frequency f of acoustic vibrations and the speed with propagation of acoustic vibrations in the air are entered into the amp & constant. In the absence of the controlled product 16 in the measuring channel (before measurements) with

среды (температуры, влажности) на ре™ кющью регулируемого фазовращател  9media (temperature, humidity) on a cutting adjustable phase shifter 9

зультат измерени  толщины.thickness measurement result.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

Электрические колебани  частоты fElectric vibrations of frequency f

производитс  уравнивание фазовых набегов s опорном и измерительном каналах () j а при помощи регулируемого аттенюатора 10 - уравнивание амс выхода генератора 1 стабильной час- 2О плитуд на входах блока 11 (). Приequalization of phase incursions s of the reference and measuring channels () j is performed, and with the help of an adjustable attenuator 10, equalization of the output AMS of the generator 1 of the stable 2 O-plate at the inputs of block 11 () is performed. At

Claims (2)

этом согласно выражению (12) . Формула изобретени this according to expression (12). The claims тоты усиливаютс  усилителем 2 мощности и поступают на первый электрод излучающего преобразовател  3. Излучаемые преобразователем 3 акустические колебани  принимаютс  приемным преобразователем Ц. Электрические колебани  частоты f подаютс  также на излучающий преобразователь 5, излучающий акустические колебани , приthe heats are amplified by the power amplifier 2 and fed to the first electrode of the radiating transducer 3. Acoustic waves emitted by the transducer 3 are received by the receiving transducer C. Electrical frequency vibrations f are also supplied to the radiating transducer 5 emitting acoustic vibrations, этом согласно выражению (12) . Формула изобретениthis according to expression (12). The claims 25 1. Ультразвуковой способ определени  толщины пленочных изделий, за ключающийс  в излучении и приеме ул развукоЕых сигналов в опорном канал излучении и поиеме ультразвуковых25 1. An ultrasonic method for determining the thickness of film products, which involves the emission and reception of sound signals in the reference radiation channel and the acquisition of ultrasound 3535 нимаемые приемным преобразователем 6 зо сигналов, прошедших контролируемое Колебани  с выхода преобразовател  k через усилитель 7 с АРУ подаютс  на первый вход фазового преобразовател  8, на второй вход которого подают- с  электрические колебани  г. выхода преобразовател  6 через регулируемый фазовращатель 9. Электрические колебани , снимаемые с второго электрода преобразовател  3, амплитуда которых пропорциональна амплитуде излучаемых преобразователем 3 акустических колебаний , через регулируемый аттенюатор 10 поступают на один вход блока 11 отношени , на другой вход которого поступают электрические колебани  с выхода преобразовател  , амплитуда которых пропорциональна амплитуде принимаемых акустических колебаний. Выходное напр жение блока 11, равное соотношению амплитуд принимаемых и излучаемых акустических колебаний, преобразуетс  в цифровой код при помощи АЦП 12 и поступает на шину дан-1 ных микроЭВМ 13. выходное напр жение фазового преобразовател  8, равное разности фаз прижимаемых акустических колебаний опорного и измерительного каналов, также преобразуетс  в цифровой код при помо щи АЦП 1 k и поступаиздел .: в. измерительном к.чале,, о ределеьии соотношени  амг./.ил д прин маемых и излучаемых кспсбйнмм, измерении разности фаз i оле5ач.м .; оп ределе--н. и толщины ;;онтроЛ|.руг.мого издели  с учетом измеренной разност фаз и соотношени  амплитуд, о т л и чающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , опред л ют соотношение амплитуд прошедших контролируемое изделие и излучаемых колебаний, измер ют разность фаз ко лебаний в опорном и измерительном ка налах, а толщину контролируемогоsignals received by the receiving transducer 6 through the controlled Oscillation from the output of the converter k through the amplifier 7 with the AGC are fed to the first input of the phase converter 8, the second input of which is fed from the electrical oscillations of the output of the converter 6 through an adjustable phase shifter 9. Electrical vibrations taken from the second electrode of the transducer 3, the amplitude of which is proportional to the amplitude of the acoustic oscillations emitted by the transducer 3, through an adjustable attenuator 10 are fed to one input Single ratio of 11, the other input of which receives the electrical waveform from the output transducer, the amplitude of which is proportional to the amplitude of received acoustic oscillations. The output voltage of block 11, equal to the ratio of the amplitudes of the received and emitted acoustic vibrations, is converted into a digital code using the ADC 12 and fed to the data bus of the microcomputer 13. The output voltage of the phase transducer 8 is equal to the phase difference of the pressed acoustic vibrations of the reference and measuring channels, is also converted into a digital code using the 1 k ADC and the input item: c. measuring khale, on the determination of the ratio of the amg. /. or d received and radiated kspsbynmm, measuring the phase difference i ole5ach.m.; op redele - n. and thickness ;; ontrol |. of the other product, taking into account the measured phase difference and the amplitude ratio, which requires that, in order to improve the measurement accuracy, the ratio of the amplitudes of the tested product and the emitted oscillations is determined, the difference oscillation phases in the reference and measuring channels, and the thickness of the controlled л издели  определ ют из выражени  (arctg зЬ -i(f).cl products are determined from the expression (arctan b-i (f) .c иifand if h 27f .h 27f. 50fifty 5555 где W - соотношение амплитуд прошедших контролируемое изделие и излучаемых колебаний; Д(.| - разность фаз колебаний вwhere W is the ratio of the amplitudes of the transmitted controlled product and the emitted oscillations; D (. | - the phase difference of the oscillations in опорном и измерительном кана лах; reference and measuring channels; скорость распространени  акустических колебаний в йоз духе;the speed of propagation of acoustic vibrations in the yoz spirit; частота акустических колебаний .frequency of acoustic vibrations. с f with f 51395139 1010 ет на шину данных микроЭВМ 13, котора  производит вычисление толщины контролируемого издели  по выраже нию (12). С помощью цифрового индика тора 15 отображаетс  результат вычислений - толщина Ь контролируемого из дели  16. В пам ть микроЭВМ 13,в &ид Ј констант введены частота f акустических колебаний и скорость с распростра нени  акустических колебаний в воздушной среде. При отсутствии контроле руемого издели  16 в измерительном канале (перед началом измерений) с поmicrocomputer 13, which calculates the thickness of the controlled product by expression (12), onto the data bus. Using the digital indicator 15, the calculation result is displayed - the thickness b of the item being monitored 16. In the memory of the microcomputer 13, in the & id Ј constants are entered the frequency f of acoustic vibrations and the velocity from the propagation of acoustic vibrations in the air. In the absence of the monitored product 16 in the measuring channel (before measurements) with производитс  уравнивание фазовых набегов s опорном и измерительном каналах () j а при помощи регулируемого аттенюатора 10 - уравнивание ам2О плитуд на входах блока 11 (). Приequalization of phase incursions s of the reference and measuring channels () j is performed, and with the help of an adjustable attenuator 10, equalization of am2O plates at the inputs of block 11 () is performed. At этом согласно выражению (12) . Формула изобретени this according to expression (12). The claims 25 1. Ультразвуковой способ определени  толщины пленочных изделий, заключающийс  в излучении и приеме ульт развукоЕых сигналов в опорном канале, излучении и поиеме ультразвуковых25 1. Ultrasonic method for determining the thickness of film products, which consists in the emission and reception of ultrasonic signals in the reference channel, the emission and reception of ultrasound 55 о сигналов, прошедших контролируемое about signals that passed controlled издел.: в. измерительном к.чале,, оп- ределеьии соотношени  амг./.ил д принимаемых и излучаемых кспсбйнмм, измерении разности фаз i оле5ач.м .; оп- ределе--н. и толщины ;;онтроЛ|.руг.мого издели  с учетом измеренной разности фаз и соотношени  амплитуд, о т л и- чающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , определ ют соотношение амплитуд прошедших контролируемое изделие и излучаемых колебаний, измер ют разность фаз колебаний в опорном и измерительном каналах , а толщину контролируемогоproduct .: c. measuring khale, determining the ratio of amg. /. or d received and radiated kspsbynmm, measuring the phase difference i ole5ach.m.; defined - n. and thickness ;; ontrol |. of the other product, taking into account the measured phase difference and the ratio of amplitudes, which means that, in order to improve the accuracy of measurement, the ratio of the amplitudes of the tested product and the emitted oscillations is determined, the difference phases of oscillations in the reference and measuring channels, and the thickness of the controlled зо сигналов, прошедших контролируеzo signals that passed control л издели  определ ют из выражени  (arctg зЬ -i(f).cl products are determined from the expression (arctan b-i (f) .c иifand if h 27f .h 27f. зо сигналов, прошедших контролируемое zo signals that passed controlled 00 55 где W - соотношение амплитуд прошедших контролируемое изделие и излучаемых колебаний; Д(.| - разность фаз колебаний вwhere W is the ratio of the amplitudes of the transmitted controlled product and the emitted oscillations; D (. | - the phase difference of the oscillations in опорном и измерительном каналах; reference and measuring channels; скорость распространени  акустических колебаний в йоз- духе;the speed of propagation of acoustic vibrations in yozdush; частота акустических колебаний .frequency of acoustic vibrations. с f 1535139with f 1535139 2. Способ по п. 1, о t л и ч а ю- щ и и с   тем, что.частоту акустических колебаний выбирают из соотношени  ,2. The method according to p. 1, about t l and h and more and with the fact that the frequency of acoustic vibrations is chosen from the ratio .0lrЈa, маке.0lrЈa, Mac скорость распространени propagation speed акустических колебаний в материале контролируемого издели  ;acoustic vibrations in the material of the controlled product; максимально возможна  Толщина контролируемого издели .maximum possible thickness of the controlled product.
SU4397166 1988-03-25 1988-03-25 Ultrasonic method of determining thicknese of film articles RU1535139C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4397166 RU1535139C (en) 1988-03-25 1988-03-25 Ultrasonic method of determining thicknese of film articles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4397166 RU1535139C (en) 1988-03-25 1988-03-25 Ultrasonic method of determining thicknese of film articles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1535139C true RU1535139C (en) 1993-04-30

Family

ID=21363301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4397166 RU1535139C (en) 1988-03-25 1988-03-25 Ultrasonic method of determining thicknese of film articles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1535139C (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5955669A (en) Method and apparatus for acoustic wave measurement
US4570486A (en) Ultrasonic thickness gauge circuit with transit path correction
JPS5824730B2 (en) Ultrasonic pulse echo thickness measurement method and device
GB1496060A (en) Method of checking thickness of sheet materials by using acoustic oscillation and a device for effecting the same
US4453238A (en) Apparatus and method for determining the phase sensitivity of hydrophones
RU1535139C (en) Ultrasonic method of determining thicknese of film articles
JPS57131058A (en) Ultrasonic flaw detection equipment
SU1633352A1 (en) Ultrasonic flaw detector
JP3228012B2 (en) Ultrasonic propagation time measurement device
JPH01187485A (en) Ultrasonic distance measuring method
RU2106602C1 (en) Ultrasound flowmeter
RU2080593C1 (en) Device measuring physico-mechanical parameters of medium
SU1113735A1 (en) Device for determination of articles flaws by acoustic emission signals
SU807059A1 (en) Ultrasonic device for measuring article thickness
SU794531A1 (en) Ultrasonic phase meter of flow rate
SU711376A2 (en) Device for measuring ultrasound velocity pulsations
RU1820230C (en) Device for measuring speed of propagation of ultrasonic oscillations
SU573071A1 (en) Device for ultrasonic quality control of materials
SU1677531A1 (en) Device for measuring physico-chemical parameters of medium
JP2876790B2 (en) Ultrasonic propagation velocity measurement method
SU842567A1 (en) Ultrasonic method of multi-layer article quality control
SU1381347A2 (en) Ultrasonic thermometer
SU517842A1 (en) Device for measuring ultrasonic velocity pulsations
SU1536299A1 (en) Apparatus for measuring sound absorption coefficient
SU845078A1 (en) Meter of acoustic wave attenuation coefficient in sheet material