SU1525454A1 - Способ измерени толщины ленточных материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области ультразвуковых методов контрол  толщины материалов. Цель изобретени  - повысить чувствительность измерений. Излучают импульсы ультразвуковых колебаний по направлению к плоскости контролируемого материала, принимают ультразвуковые импульсы, прошедшие через контролируемый материал и по отношению амплитуд излученного и прин того импульсов суд т о толщине материала, при этом длину волны излучаемых ультразвуковых колебаний выбирают из услови  2D_макс*98л*984D_мин, где D_макс, D_мин- соответственно максимальна  и минимальна  толщины контролируемого материала. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к ультразвуковым методам контрол  толщины материалов о

Цель изобретени  - повышение чувствительности измерений о

На чертеже представлена зависимость коэффициента поглощени  от соотношени  толщины полистироловой ленты и длины волны ультразвуковых колебаний в по- листиролео

Способ осуществл етс  следующим образом .

Посредством акустического преобразовател  перпендикул рно поверхности контролируемого материала излучают импульсы ультразвуковых колебаний„ С помощью другого акустического преобразовател  принимают импульсы с противоположной стороны листа.

Зависимость коэффициента поглощени  волны от толщины контролируемого

материала имеет вид, представленный i на чертеже о В общем случае коэффициент поглощени  волны определ етс  по формуле

Г

1

АО

лР ,

sinKjd) +С08

где

t - коэффициент прохождени  волны через слой материала; А,,А - соответственно амплитуда

падающей волны и амплитуда волны, прошедшей через слой материала;

R,;R2 - соответственно акустический импеданс воздуха и контролируемого материала; d - толщина контролируемого листового материала; Kj - волновое число дл  волны в контролируемом материале.

ел to СП

4 СЛ 4

Акустические импедансы воздуха и контролируемого материала, а также волновое число обычно можно считать посто нными. При больших изменени х температуры листа или воздуха можно ввести соответствующую температурную коррекцию в результаты измерений..

В известном акустическом бесконтактном способе контрол  толщины лис- товых материалов измерени  осуществл ют на участке:

О

1

А

См

где А ,- - длина волны в. контролируемом материалеj

f - частота ультразвуковых колебаний .

В этом случае коэффициент поглощени  волны увеличиваетс  с увеличением толщины материала (см,чертеж).

В рассматриваемом способе измере- ни  толщины ленточных материалов длину волны излучаемых ультразвуковых колебаний подбирают такой, чтобы измерени  осуществл лись на участке:

d

--с -Л

Как видно из приведенной на чертеже зависимости, на этом участке коэффициент поглощени  уменьшаетс  с увеличением толщины контролируемого материала. Дн  того, чтобы обеспечить однозначность измерений, последнее неравенство должмо соблюдатьс  при любых изменени х толщины материала в пределах диапазона измерени , т.е.

4d мни Л ; 2d мс.« .

Дальнейшее увеличение частоты ультразвуковых колебаний, а следовательно , изменение длины волиы нецелесообразно , так как резко увеличиваетс  затухание ультразвуковых волн в воздухе и сужаютс  возможные диапа- 3OHV измерений.

Пример. При изготовлении полистироловой ленты необходимо контролировать ее толщину по всей ширине . Диапазон измерени  5-7 мм.

Располагают излучатель и приемник соосно с противоположных сторон ленты таким образом, чтобы пучок ультразвуковых колебаний падал перпендикул рно поверхности контролируемого

-

Q 5

0

5

0

35

40

45

50

55

материала;, Измерение толщины в каждый отдельный момент времени осуществл ют в точке пересечени  оси, проход щей через центры излучател  и приемника , и поверхности ленты.

Частоту излучаемых ультразвуковых колебаний в известном акустическом бесконтактном способе контрол  толщины листовых материалов обычно выбирают так, чтобы обеспечить максимальную чувствительность измерений. Дл  этого необходимо подобрать оптимальное соотношение d/ Л .

Алгоритмы расчета заключаютс  в . следук1щем„

Последовательно задаютс  различными значени ми d дл  каждого значени  Х, определ ют соотношени  d/ X, соответствующие минимальной и максимальной толщине контролируемого материала, расчетом или графически определ ют соответствующие значени  коэффициента поглощени , значение X от-, при котором происходит максимальное изменение коэффициента поглощени  в данном диапазоне изменени  толщины материала  вл етс  оптимальным. Зна  величину X опг и скорость ультразвука в контролируемом материале, определ ют частоту ультразвуковых колебаний.

В данном случае оптимальна  частота , при которой достигаетс  максимальна  чувствительность в известием способе измерени , равна 50 кГц. Чувствительность и мерений при этом соЧ d

волны в воздухе равна ,6 мм Краевой эффект из-за вли ни  дифракционной волны обычно (исход  из экспериментальных данных) начинает сказыватьс  на рассто нии Ti. Таким образом, на данной частоте можно контролировать толщину не ближе, чем в 50 мм от кра  ленты.

Аналогично дл  рассматриваемого способа измерени  толщины ленточных материалов оптимальна  частота ультразвуковых колебаний составл ет 161 кГц. Чувствительность измерений равна 670 1/мМи Минимальное рассто ние от кра  ленты, при котором вли ние дифракционной волны можно не учитьшать, составл ет 16,8 мм.

Нецелесообразность дальнейшего повышени  частоты ультразвуковых колебаний рассмотрим на этом же примере, В этом случае дл  определени  толщины

ставл ет

:)

250 1/мм. Длина

материала используют участок зависимости коэффициента поглощени  от соотношени  толщины материала и длины волны в контролируемом материале

1 d 3

Т - - т

Частота ультразвуковых колебаний при работе на этом участке должна быть 237 кГц, Длина волны в контролируемом материале соответственно равна 10 мм. Изменение толщины материала от 5 до 7 мм вызывает соответствующее изменение соотнощений ёУ-Д от 0,5 до 0,7, коэффициент поглощени  измен етс  от I до 3317,6, Участок графика , близкий к линейному, находитс  между значени ми d/ A от 0,5 до 0,6,

а значени  d/ A измен ютс  в этом слу-20 материалов, в соответствии с которым

чае от 1 до 2050, При дальнейшем увеличении соотношени  d/ A зависимость становитс  существенно нелинейной, причем на участке d/ A 0,69-0,7 чувствительность падает в 3 раза. Кроме того, с увеличением коэффициента поглощени  до 2500 и более амплитуда реального сигнала, поступающего на приемный акустический преобразователь, становитс  сравнимой с амплитудами собственных шумов пьезоэлементов и транзисторов„ Это приводит к необходимости выделени  сигнала на фоне шумов, что резко усложн ет аппаратурное решение прибора и ухудшает его метрологические характеристики Поэтому реальный диапазон измерени  прибора , работающего на рассматриваемом участке зависимости, может быть 5-6 мм,

излучают узкоспектральные импульсы ультразвуковых колебаний по направлению к плоскости контролируемого материала , принимают импульсы, прошедшие

25 через контролируемый материал, и по соотношению амплитуд излученных и прин  тых импульсов суд т о толщине материала , отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствитель30 кости измерений, длииу в.олны А излучаемых ультразвуковых колебаний выбирают из услови 

35

2dMo, дд„„ , где d „„ - соответственно максимальна  и минимальна  толщины контролируемого материала .

т.е, в два раза уже, чем требуетс  . Кроме того, затухание ультразвуковых колебаний в воздухе увеличиваетс  пропорционально квадрату частоты, т,е, использовать данный участок зависимости практически не возможно.

Следовательно, при определений толщины полистироловой ленты с применением предлагаемого способа измерени  толщины ленточных материалов увеличиваетс  чувствительность измерений в 2,8 раза, уменьшаетс  зона вли ни  дифракционной волны вблизи кра  контролируемого материала.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ измерени  толщины ленточных

   излучают узкоспектральные импульсы ультразвуковых колебаний по направлению к плоскости контролируемого материала , принимают импульсы, прошедшие

   через контролируемый материал, и по соотношению амплитуд излученных и прин тых импульсов суд т о толщине материала , отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствителькости измерений, длииу в.олны А излучаемых ультразвуковых колебаний выбирают из услови 

   2dMo, дд„„ , где d „„ - соответственно максимальна  и минимальна  толщины контролируемого материала .