SU1647245A1 - Ультразвуковой эхоимпульсный толщиномер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области неразрушающего контрол , а именно к ультразвуковой измерительной технике, и может быть использовано дл  измерени  толщины изделий. Цель изобретени  - повышение точности измерений за счет исключени  вли ни  вариаций уровн  эхосигналов. Компаратором 17 фиксируютс  моменты пересечени  фронта сдвинутых импульсов со спадом исходных, и передний фронт каждого сформированного импульса отстает от истинной временной координаты пиковой амплитуды эхосигнала на врем , равное половине посто нной времени фазосдвигаю- щей цепи из резистора 15 и конденсатора 16. При такой прив зке информационных импульсов к вершинам эхоимпульсов применение отсечки шумов с помощью унипол рных пороговых усилителей 11 и 12 не вносит дополнительной погрешности в отличие от прив зки к определенному у ровню, что позвол ет компенсировать погрешность , возникающую от вариации уровн  эхоимпульсов в широком диапазоне толщин , при измерении материала с разными параметрами. 2 ил. w Ё

Description

Изобретение относитс  к области неразрушающего контрол , а именно к ультразвуковой измерительной технике, и может быть использовано дл  измерени  толщины изделий.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений за счет исключени  вли ни  вариаций уровн  эхосигналов,

На фиг.1 представлена функциональна  схема эхоимпульсного толщиномера; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Ультразвуковой эхоимпульсный толщиномер содержит(фиг.1)синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, приемопередающий преобразователь 3. усилитель 4, дифференциальный усилитель 5, эмиттерные повторители 6 и 7, делитель 8, коммутаторы 9 и 10, унипол рные пороговые усилители 11 и 12. смеситель 13, резистор 14, фазосдвигающую RC-цепь, состо щую из резистора 15 и конденсатора 16, компаратор 17, измеритель 18 временных интервалов, индикатор 19, одновибратор 20, RC-триггер 21, элемент 22 совпадений, одновибратор 23, RS-триггер 24, элемент 25 совпадений, одновибратор 26, RS-триггер 27 и элемент 28 совпадений.

Синхронизатор 1 подключен первым выходом к входу генератора 2 зондирующих импульсов, выход которого подсоединен к входам приемопередающего преобразоваО

Ь

ы

Ю 4 СЛ

тел  3 и усилител  А, и вторым выходом к установочным R-входам Р5-триггеров21,24 и 27, к первому входу измерител  18 временных интервалов и к входу одновибрато- ра 20, подсоединенного выходом к S-входу триггера 21, пр мой выход которого соединен с первым входом элемента 22 совпадений , подсоединенного вторым входом к выходу компаратора 17 и выходом у С-входу RS-триггера 1 и к входу одновибратора 23, выход которого подключен к S-входу RS- триггера 24. Триггер 24 соединен пр мым выходом с первым входом элемента 25 совпадений , подключенного вторым входом х выходу компаратора 17, выходом к С-входу RS-триггера 24 и к входу одновибратора 6, подсоединенного выходом к S-входу PS- триггера 27, пр мой выход которого соединен с первым входом элемента 28 совпадений . Элемент 28 совпадений подключен вторым входом к выходу компаратора 17 и выходом к С-входу RS-триггера 27. Выход усилител  4 соединен с входом дифференциального усилител  5, подключенного пер- вым выходом через последовательно соединенные эмиттерный повторитель б и делитель 8 к первому входу коммутатора 9 и вторым выходом через эмиттерный повторитель 7 к первому входу коммутатора 10. Коммутатор 9 подсоединен вторым входом к пр мому выходу RS-триггера 21 и выходом через унипол рный пороговый усилитель 11 к первому входу смесител  13. Коммутатор 10 подсоединен вторым входом к инверсному выходу RS-триггера 21 и выходом через унипол рный пороговый усилитель 12 к другому входу смесител  13, выход которого подключен через резистор 14 к одному входу компаратора 17 и через фазосдвигаю- щую RC-цепь, состо щую из резистора 15 и конденсатора 16, к другому входу компаратора 17. Выход измерител  18 временных интервалов соединен с входом индикатора 19. Второй и третий входы измерител  18 временных интервалов предназначены дл  подключени  соответственно к первому выходу синхронизатора 1 и к выходу первого элемента 22 совпадений или соответственно к выходам второго и третьего ээлементов 25 и 28 совпадений.

Ультразвуковой эхоимпульсный толщиномер работает следующим образом.

Синхронизатор 1 передним фронтом импульса с первого выхода запускает генератор 2 зондирующих импульсов (фиг.2а), и импульс со второго выхода устанавливает RS-триггеры 21, 24, 27 по установочному R-входу и измеритель 18 временных интервалов по первому входу в исходное состо ние и запускает одновибратор 20. Генератор 2 зондирующих импульсов возбуждает приемопередающий преобразователь 3. Ультразвуковой импульс, излученный приемопередающим преобразователем 3, вводитс  через согласующую среду в контролируемое изделие (на фиг.1 цифровой позицией не обозначено) и, распростран  сь п нем, претерпевает многократные отражени  от поверхностей. Ультразвуковые коле0 бани , возникающие при этом, принимаютс  приемопередающим преобразователем 3, преобразуютс  им в электрические сигналы , которые поступают, в усилитель 4. Усиленные усилителем 4 сигналы поступают на

5 вход дифференциального усилител  5, который формирует на выходах две последовательности импульсов: на первом (пр мом) выходе - импульсы без изменени  фазы (фиг.2б), на втором (инверсном) выходе 0 импульсы с противоположной фазой (фиг.2в),

Сигналы с выходов дифференциального усилител  5 поступают через эмитгерные повторитепи 6 и 7 на входы коммутаторов 9

5 и 10, причем сигналы с его первого (пр мого) выхода поступают на один вход коммутатора 9 через делитель 8,что позвол ет снизить амплитуду сигнала в последовательности эхоимпульсов (фиг.2б) до уровн  амплитуды

0 сигналов на втором (инверсном) выходе дифференциального усилител  5 (фиг.2в). С выходов коммутаторов 9 и 10 сигналы поступают на входы унипол рных пороговых усилителей 11 и 12 соответственно, которые

5 осуществл ют усилие полезного сигнала и отсечку шума. Сигналы с выходов усилителей 11 и 12 (фиг.2г,д) поступают на входы смесител  13, в котором осуществл етс  объединение сигналов с выходов усилите0 лей 11 и 12 (фиг.2е). На выходе смесител  13 получаетс  последовательность импульсов, в которой информационные полуволны имеют одинаковую пол рность и близкие по значени м амплитуды и на временной раз5 вертке эхоимпульсов отсутствуют шумы. Сигнал с выхода смесител  13 подаетс  на входы компаратора 17, причем на первый (пр мой) вход сигнал подаетс  через резистор 14, а на второй (инвертирующий) вход

0 сигнал подаетс  с задержкой, обусловленной наличием фазосдвигающей RC-цепи в виде резистора 15 и конденсатора 16 (фиг.2е,ж).

При этом компаратором 17 фиксируют5 с  моменты пересечени  фронта сдвинутых импульсов со спадом исходных (фиг.Зз) и передний фронт каждого сформированного импульса отстает от истинной временной координаты пиковой амплитуды эхосигнала на врем , равное половине посто нной времени фазосдвигающей цепи, состо щей из резистора 15 и конденсатора 16.

При такой прив зке информационных импульсов к вершинам эхоимпульсов применение отсечки шумов с помощью усилителей 11 и 12 не вносит дополнительной погрешности в отличие от прив зки к опре- деленном - уровню. Компенсируетс  погрешность , возникающа  от вариации уровн  эхоимпульсов в широком диапазоне толщин , при измерении материалов с разным коэффициентом затухани , кривизной, качеством поверхности и т.п.

Дл  выделени  информационных сигналов из серии импульсов служат одновиб- раторы 20, 23 и 26, RS-триггеры 21, 24 и 27, элементы 22, 25 и 28 совпадени .

Длительность выходного импульса од- Новибратора 20 определ етс  временем переходных процессов в усилител х 4 и 5 и толщиной и скоростью ультразвуковых колебаний в согласующем материале. По заднему фронту импульса (фиг.2и) с выхода одновибратора 20 взводитс  по S-входу RS- триггер 21. На его пр мом выходе устанавливаетс  потенциал, разрешающий прохождение импульсов с выхода компаратора 17 через элемент 22 совпадений (фиг.2к). Первый импульс, соответствующий импульсу от поверхности ввода, пройд  через элемент 22 совпадений (фиг.2л), своим задним фронтом по С-входу сбрасывает RS-триггер 21, который запрещает дальнейшее прохождение импульсов через элемент 22 совпадений .

Импульс с выхода элемента 22 совпадений запускает одновибратор 23, по заднему фронту его импульсов (фиг.2и) взводитс  RS-триггер 24 по S-входу, на пр мом выходе которого устанавливаетс  потенциал (фиг.2н). разрешающий прохождение импульса , соответствующего первому донному импульсу, через элемент 25 совпадений, который, пройд  через последний (фиг.2о), своим задним фронтом сбрасывает RS-триггер 24 по С-входу и запрещает дальнейшее прохождение импульсов через элемент 25 совпадений.

Импульс с выхода элемента 25 совпадений запускает одновибратор 26, по заднему фронту его импульса взводитс  RS-триггер

27по S-входу, на выходе которого устанавливаетс  потенциал, разрешающий прохождение импульса, соответствующего второму донному импульсу, через элемент

28совпадений (фиг.2п). Импульс, соответствующий второму донному импульсу, пройд  через элемент 28 совпадений, своим задним фронтом по С-входу сбрасывает RS- триггер 27, выходной сигнал которого

запрещает дальнейшее прохождение эхоимпульсов через элемент 28 совпадений.

Информационные импульсы поступают на второй и третий входы измерител  18, где 5 длительность временного интервала, формируемого по передним фронтам этих импульсов , преобразуетс  в метрические единицы, соответствующие измер емой толщине, котора  высвечиваетс  индикато0 ром 19.

В качестве информационных выбираютс  различные пары эхоимпульсов в зависимости от диапазона контролируемой толщины , формы поверхности и т.д. контролируе5 мого издели .

Второй и третий входы измерител  18 подключаютс  в зависимости от режима работы толщиномера соответственно а) к первому выходу синхронизатора 1 и к выходу

0 элемента 22 совпадений дл  работы с совмещенным контактным преобразователем без линии задержки на больших толщинах ( 100 мм); б) к выходам элементов 22 и 25 совпадений дл  работы с преобразователем

5 с линией задержки (толщина 40 мм); в) к выходам элементов 25 и 28 совпадений дл  работы с контактным преобразователем на малых толщинах ( 100 мм).

Использование изобретени  позвол ет

0 повысить точность измерений за счет прив зки к временному центру, то есть временной координате пика информационной полуволны ка донных эхоимпульсов, так и импульса от поверхности ввода, формиро5 вани  измеритзльного интервала между любой парой импульсов из нижеперечисленных: синхронизирующий импульс - первый донный импульс (контактный пьезопреоб- разователь без линии задержки), импульс от

Claims (1)

1. 0 поверхности ввода - донные эхоимпульсы между донными эхоимпульсами. Формула изобретени  Ультразвуковой эхоимпульсный толщиномер , содержащий последовательно элек5 троакустически соединенные синхронизатор , генератор зондирующих импульсов, приемопередающий преобразователь и усилитель, первый резистор, фазосдвигаю- щую RC-цепь из второго резистора и кон0 денсатора, компаратор, измеритель временных интервалов с трем  входами, три одновибратора, три элемента совпадений, три RS-триггера и индикатор, подключенный входом к выходу измерител  времен5 ных интервалов, синхронизатор подсоединен вторым выходом к R-входам всех RS-триг- геров, к первому входу измерител  временных интервалов и к входу первого одновибратора , выход которого подключен к S-входу первого триггера, пр мой выход которого

   соединен с первым входом первого элемента совпадений, подсоединенного выходом к С-входу первого RS-триггера и к входу второго одновибратора, выход которого подключен к S-входу второго RS-триггера. при- мой выход которого соединен с первым входом второго элемента совпадений, подсоединенного другим входом к выходу компаратора , а выходом к С-входу второго RS- триггера и к входу третьего одновибратора, выход которого подсоединен к S-входу третьего RS-триггера, пр мой выход которого соединен с первым входом третьего элемента совпадений, подключенного другим входом к выходу компаратора, выходом к С-входу третьего RS-триггера, а компаратор подключен входами соответственно к одним выводам первого резистора и фазосд- вигающейRC-цепи,отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измере- ний, оно снабжено двум  эмиттерными повторител ми , делителем, двум  коммутаторами , двум  унипол рными пороговыми усилител ми, смесителем и дифференциальным усилителем, подключенным входом к выходу усилител , первым выходом к последовательно соединенным первому эмит- терному повторителю и делителю, подключенному выходом к первому входу первого коммутатора, вторым выходом к входу второго эмиттерного повторител , выход которого подключен к первому входу вторсго коммутатора, первый коммутатор подключен вторым входом к инверсному выходу первого триггера и выходом к входу первого унипол рного порогового усилител , выход которого подсоединен к первому входу смесител , второй коммутатор подсоединен вторым входом к пр мому выходу первого триггера и выходом к входу второго унипол рного порогового усилител , выход которого подключен к другому входу смесител , выход которого соединен со вторыми выводами первого резистора и фазосдвигающей RC-цепи, второй и третий входы измерител  временных интервалов предназначены дл  подключени  соответственно к первому выходу синхронизатора и выходу первого элемента совладений, или к выходам первого и второго элементов совпадений, или к выходам второго и третьего элементов совпадений .