SU1357708A1 - Способ бесконтактного измерени толщины плоских изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам измерений толщины объектов с помощью акустических колебаний. Целью изобретени   вл етс  повьшение точности измерений толщины благодар  исключению вли ни  погрешностей преобразовани  сдвига фаз вследствие компенсации изменением частоты излучени  акустических колебаний внесенной дополнительной разности фаз колебаний излучател  и приемника. Излучают излучателем акустические колебани  фиксированной частоты и принимают приемником колебани , прошедшие воздущ- ный зазор между излучателем и приемником . Ввод т в воздушный зазор контролируемое изделие и фиксируют разность фаз колебаний излучател  и приемника. На фиксированной частоте измен ют полученную разность фаз. Измен ют частоту излучаемых колебаний и измер ют частоту, при которой компенсируетс  внесенное изменение раз-п ности фаз. Толщину контролируемого издели  определ ют с помощью значений фиксированной и измеренной частот с учетом внесенного изменени  разности фаз, 1 ил. (Л со ел

Description

Изобретение относитс  к измерени м толщины объектов с помощью акустических колебаний и может быть использовано при бесконтактном измерении или контроле толщины различных объектов, в частности полимерных пленок.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности за счет исключени  погрешностей преобразовани  сдвига фаз акустических колебаний в электрический сигнал,

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ бесконтактного измерени  толщины.

Способ бесконтактного измерени  толщины плоских изделий заключаетс  в следующем.

Акустические излучатель и приемник устанавливают друг напротив друга на фиксированном рассто нии таким образом, что их акустические оси совпадают , и электрически соедин ют со входами фазометра. Излучатель генерирует акустические колебани  частотой f , которые, преодолев воздушный зазор , поступают на приемник. С помощью фазометра измер ют разность фаз между колебани ми излучател  и приемника и обеспечивают ее равенство перед измерением толщины нулю. Размещают в воздушном зазоре между излучателем и пр1иемником контролируемый объект и фиксируют возникшую разность фаз Ll,. Обеспечивают изменение разности фаз на величину л с/ путем задержки поступающего с излучател  на, фазометр сигнала на величину 1 Л(//2, (1-1,5) д „/// , где (/- -порогова 

10

вый генератор 1 частоты f , блок 2 сдвига частоты,выполненньй, например, в виде электронного однопопосного мо-. дул тора, и излучающий пьезоэлектрический преобразователь 3, Устройство также содержит электрически последовательно соединенные приемный пьезоэлектрический преобразователь 4, усилитель 5 с автоматической регулировкой усилени , фазовый детектор 6 и милливольтметр 7. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные низкочастотный генератор 8,

g цифровой частотомер 9 и блок 10 регулируемой задержки, аттенюатор 11 и блок 12 дополнительной задержки. Вход блока 10 регулируемой задержки соединен с выходом блока 2 сдвига частоты, а выход- блока 12 дополнительной задержки - со вторым входом фазового детектора 6. Б устройство также вход т ключи 13 и 14, через которые соедин ютс , соответственно, вы25 ход низкочастотного генератора 8 со вторым входом блока 2 сдвига частоты и выход аттенюатора 11 со вторым входом фазового детектора 6. Позицией 15 на чертеже обозначен контролируемый

30 объект.

Способ реализуетс  следующим образом .

В исходном состо нии ключ 13 разомкнут , ключ 14 замкнут, а излучающий и приемный преобразователи 3 и 4 установлены друг напротив друга на фиксированном рассто нии. С генератора 1 фиксированной частоты через блок 2 сдвига частоты на входы преобразо20

35

чувствительность фазометра. Затем из- до ватеп  3 и блока 10 регулируемой замен ют частоту излучаемых колебаний держки поступают синусоидальные до тех пор, пока не компенсируетс  трические колебани  частотой f, . Пре- изменение разности фаз 41/, т.е. пока образователь 3 трансформирует элек- показани  фазометра не примут ранее трические колебани  в акустические, зафиксированное значение разности фаз в которые, преодолев воздушньш промежуток излучающий преобразователь 3 - приемный преобразователь 4, поступают на преобразователь 4, Преобразователь 4 трансформирует акустические колебани  в электрические, которые поступаif , . По достижении разностью фаз значени  if измер ют частоту f и определ ют толщину h контролируемого объекта из выражени 

Ь JlALli .

f,-f,)

где С - скорость распространени  акустических колебаний в материале объекта контрол . Устройство, реализующее способ бесконтактного измерени  толщины плоских изделий, содержит электрически последовательно соединенные кварце50 .

ют на вход усилител  5 с задержкой

t во времени относительно колебаний, поступающих на выход блока 2, определ емой из вьфажени 

Л I f 1 А

35 о I + Ч + -э .

где ь, - задержка колебаний в излучающем преобразователе 3; - задержка колебаний в приемном преобразователе. 4;

10

77082

вый генератор 1 частоты f , блок 2 сдвига частоты,выполненньй, например, в виде электронного однопопосного мо-. дул тора, и излучающий пьезоэлектрический преобразователь 3, Устройство также содержит электрически последовательно соединенные приемный пьезоэлектрический преобразователь 4, усилитель 5 с автоматической регулировкой усилени , фазовый детектор 6 и милливольтметр 7. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные низкочастотный генератор 8,

g цифровой частотомер 9 и блок 10 регулируемой задержки, аттенюатор 11 и блок 12 дополнительной задержки. Вход блока 10 регулируемой задержки соединен с выходом блока 2 сдвига частоты, а выход- блока 12 дополнительной задержки - со вторым входом фазового детектора 6. Б устройство также вход т ключи 13 и 14, через которые соедин ютс , соответственно, вы25 ход низкочастотного генератора 8 со вторым входом блока 2 сдвига частоты и выход аттенюатора 11 со вторым входом фазового детектора 6. Позицией 15 на чертеже обозначен контролируемый

30 объект.

Способ реализуетс  следующим образом .

В исходном состо нии ключ 13 разомкнут , ключ 14 замкнут, а излучающий и приемный преобразователи 3 и 4 установлены друг напротив друга на фиксированном рассто нии. С генератора 1 фиксированной частоты через блок 2 сдвига частоты на входы преобразо20

35

до ватеп  3 и блока 10 регулируемой за держки поступают синусоидальные трические колебани  частотой f, . Пре- образователь 3 трансформирует элек- трические колебани  в акустические, в которые, преодолев воздушньш промежуток излучающий преобразователь 3 - приемный преобразователь 4, поступают на преобразователь 4, Преобразователь 4 трансформирует акустические колебани  в электрические, которые поступа50 .

ют на вход усилител  5 с задержкой

t во времени относительно колебаний, поступающих на выход блока 2, определ емой из вьфажени 

Л I f 1 А

35 о I + Ч + -э .

где ь, - задержка колебаний в излучающем преобразователе 3; - задержка колебаний в приемном преобразователе. 4;

с, 31

задержка колебаний в воздушной среде, раздел ющей преобразователи 3 и 4. Усилитель 5 усиливает поступившие в него колебани , нормирует их ро амплитуде и передает на первый вход фазового детектора 6, Электрические колебани , поступающие с выхода блок 2 на вход блока 10 регулируемой задержки , пройд  через последний, поступают на аттенюатор 11,где нормируютс  по амплитуде, и далее, через замкнутый ключ 14 -. на второй вход фазового детектора 6. В детекторе 6 происходит сравнение по фазе колеба

НИИ, поступающих на его различные входы, результаты которого отображаютс  милливольтметром 7. Измен   с

нерируемую генератором 8, и определ ют f. При использовании в качестве блока 2 электронного однополосного модул тора сдвиг по частоте высокочастотных колебаний в нем равен часпомощью блока 10 длительность задерж- 20 ° Управл ющих низкочастотных колебаний и частота f2, + „ . Толщину h контролируемого объекта 15 определ ют из выражени 

ки электрического сигнала, поступающего на второй вход фазового детектора 6, например, до величины f, добиваютс  фиксировани  нулевого значени  выходного напр жени  детектора 6. Затем размещают между преобразовател ми 3 и 4 контролируемьй объект 15, например полимерную пленку толщиной h из материала со скоростью С распространени  акустических колебаний. В результате размещени  контролируемого объекта 15 к задержке С добавл етс  задержка t , равна  h/C, и, соответственно , измен етс  разность фаз колебаний, поступающих на различные входы детектора 6. Милливольтметр 7 фиксирует полученную разность с/ Фаз

2/rhf

h

25

f, f,

или

3D

35

(,

.1 н- р„

h Cd1}(1 + fi/fn). Выбор величины J L такой, чтобы фазовый сдвиг от нее в 2-3 раза превышал пороговую чувствительность к разности фаз фазометра, позвол ет осуществить надежную фиксацию вносимого фазового сдвига и производить перестройку частоты в достаточно узком диапазоне . Перестройка частоты в узком диапазоне позвол ет пренебречь погрешностью , обусловленной дисперсией скорости распространени  акустических колебаний, а также неконтролируе Q мыми фазовыми набегами в электроакустическом тракте. Фиксирование частоты f при том же значении разности LP фаз позвол ет исключить вли ние на показание фазометра погрешности

где

FO погрешность преобразовани  разности фаз v в электрический сигнал детектором 6. Размыкают ключ 14 и колебани  с выхода аттенюатора 11 поступают на вход фазового детектора 6 через блок 12, протерпева  дополнительную задержку л , выбранную из выражени 

J (1 - 1,5) -./lif ,,

где

(f - порогова  чувствительность

фазового детектора 6. Дополнительна  задержка вызьшает изменение разности (/ фаз на величи ну i L . Замыкают ключ 13 и ко лебани  с выхода низкочастотного ге нератора 8 поступают на второй вход блока 2 сдвига частоты. Увеличением

частоты низкочастотного генератора 8 плавно сдвигают частоту высокочастотных колебаний и добиваютс  компенсации изменени  разности с/ фаз на величину 4i/ по достижении частотой акустических колебаний значени  f. Милливольтметр 7 фиксирует при этом ту же разность л if фаз,

ci , 2Ff(h/C-d€)+Fo С помощью частотомера 9 по достижении частотой акустических колебаний значени  f измер ют частоту f„, ге

нерируемую генератором 8, и определ ют f. При использовании в качестве блока 2 электронного однополосного модул тора сдвиг по частоте высокочастотных колебаний в нем равен часh

25

f, f,

или

h Cd1}(1 + fi/fn). Выбор величины J L такой, чтобы фазовый сдвиг от нее в 2-3 раза превышал пороговую чувствительность к разности фаз фазометра, позвол ет осуществить надежную фиксацию вносимого фазового сдвига и производить перестройку частоты в достаточно узком диапазоне . Перестройка частоты в узком диапазоне позвол ет пренебречь погрешностью , обусловленной дисперсией скорости распространени  акустических колебаний, а также неконтролируемыми фазовыми набегами в электроакустическом тракте. Фиксирование частоты f при том же значении разности LP фаз позвол ет исключить вли ние на показание фазометра погрешности

преобразовани  фазового сдвига в электрическ1-ш сигнал.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ бесконтактного измерени  толщины плоских изделий, заключающийс  в том, что соосно устанавливают акустические излучатель и приемник на фиксированном рассто нии, генерируют излучателем акустические колебани  частотой f , принимают акустические колебани  приемником,располагают контролируемое изделие между излучателем и приемником, измер ют с помощью фазометра фиксированную разность фаз 1/, колебаний излучател  и приемника и измер ют толщину контролируемого издели  с учетом фиксированной разности фаз, отличающий- с   тем, что, с целью повьшени  точности , после измерени  измен ют разность фаз колебаний на величину л if, затем измен ют частоту излучаемых колебаний, измер ют частоту f, при которой измер ема  разность фаз станет равной , , а толщину h контрол

   лируемого издели  определ ют из вьфа- .жени c.

   zffTTfг 17) где С - скорость распространени 

   акустических колебаний в материале контролируемого издели  ;

   а ((2-3) 1/в - величина изменени  фиксированной разности фаз на частоте

   (/ - порогова  чувствительность фаз ометра.

   Е

   л

   t№

   -f

   rsr

   Редактор Г.Волкова

   Составитель В.Гондаревский

   Техред А.КравчукКорректор А.Обручар

   Заказ 5986/37 Тираж 677Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4