SU1670401A1 - Ультразвуковой толщиномер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  неразрушающего контрол  при одностороннем доступе толщины изделий, изготовленных из материалов с высоким коэффициентом затухани  ультразвука, а также имеющих большую кривизну поверхности. Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет формировани  последовательности временных интервалов, окончание которых осуществл етс  поочередно по переднему и заднему фронтам эхо-сигнала. Применение в схеме толщиномера формировател  фронта импульса, коммутатора, триггера и второго одновибратора с необходимыми функциональными св з ми позвол ет фиксировать временной интервал прохождени  ультразвуковых колебаний в изделии, окончание которого совпадает с вершиной приемного импульса, а также контролировать акустический контакт между преобразователем и изделием. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  неразрушающего контрол  при одностороннем доступе толщины изделий, изготовленных из материалов с высоким коэффициентом затухани  ультразвука, а также имеющих большую кривизну поверхности.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет формировани  после- довательности временных интервалов, окончание которых осуществл етс  поочередно по переднему и заднему фронтам эхо- сигнала.

На фиг. 1 изображена структурна  схема ультразвукового толщиномера: на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Толщиномер содержит последовательно электроакустически соединенные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, преобразователь 3 и усилитель

4, последовательно соединенные первый счетчик 5 и индикатор 6, последовательно соединенные формирователь 7 интервалов времени, первый вход которого подключен к выходу синхронизатора 1, первый регулируемый одновибратор 8 и второй счетчик 9, генератор 10 счетных импульсов, выход которого подключен к счетным входам первого и второго счетчиков 5 и 9, последовательно соединенные формирователь 11 фронта импульса и коммутатор 12, триггер 13 и второй одновибратор 14. вход которого подключен к первому входу первого счетчика и выходу формировател  7 интервалов времени, выход - к вторым входам первого и второго счетчиков 5 и 9 и входу Сброс триггера 13, второй вход коммутатора 12 подключен к входу формировател  11 фронта импульса и к выходу усилител  4, управл ющий вход- к пр мому выходу триггера 13, выход-к второму входу

Ё

Os

VI о

Јь

о

формировател  7 интервалов времени, а счетный вход триггера 13 подключен к выходу синхронизатора 1.

Позици ми 15-30 обозначены выходы сигналов с блоков ультразвукового (УЗ) толщиномера .

Толщиномер работает следующим образом .

Перед началом измерени  толщины, пока преобразователь 3 не установлен на поверхность контролируемого издели , на выходе одновибратора 14 присутствует сигнал О, а выходной сигнал счетчика 9 соответствует 1. В этом случае входы счетчиков 5 и 9 закрыты, а триггер 13 приведен в устойчивое начальное состо ние с О на пр мом выходе. Сигнал 1 с выхода счетчика 9 разрешает работу синхронизатора 1, который, в свою очередь, периодически генерирует короткие пр моугольные импульсы .

Каждый импульс синхронизатора 1 запускает генератор 2 зондирующих импульсов и одновременно поступает на входы триггера 13 и формировател  7 интервалов времени. Триггер 13, закрытый сигналом О от одновибратора 14, не реагирует на этот импульс. Импульс синхронизатора 1,  вл ющийс  старт-сигналом, своим передним фронтом переключает формирователь 7 интервалов времени в состо ние 1 на выходе или подтверждает это состо ние.

От первого импульса синхронизатора 1 (фиг. 2, 15), сформировавшегос  после установки преобразовател  3 на поверхность издели , также запускаетс  генератор 2. Выходной импульс последнего через преобразователь 3 излучаетс  в изделие в виде короткого ультразвукового импульса (фиг. 2, 16). Ультразвуковой импульс, отразившись от противоположной поверхности издели , принимаетс  преобразователем 3 и преобразуетс  в электрический сигнал (фиг. 2, 17; первый радиоимпульс соответствует измерению малой толщины, второй радиоимпульс - большой толщины, пунктирной линией показана крива  затухани  ультразвука в контролируемом изделии).

Выходной сигнал преобразовател  3 поступает на вход усилител  4, имеющего уровень отсечки входных сигналов Un. Наличие в усилителе 4 уровн  отсечки повышает достоверность результатов измерений исключением ложных его срабатываний от посто нно присутствующих на выходе преобразовател  3 различных шумов (фиг. 2, 17),

Усилитель 4 усиливает входные сигналы уровень которых превышает Un, до стандартной дл  логических элементов амплитуды (фиг. 2, 18) На фиг 2, 17 точками показаны моменты включени  и выключени  усилител  4.

Импульсы с усилител  4 поступают на

входы формировател  11 фронта импульса и коммутатора 12. Формирователь 11 вырабатывает на своем выходе пр моугольный импульс(фиг. 2, 19)от каждого отрицательного фронта входного импульса (фиг. 2,

0 18). Коммутатор 12 в зависимости от уровн  сигнала на его управл ющем входе соедин ет второй вход формировател  7 интервалов времени либо с выходом усилител  4, либо с выходом формировател 

5 11 фронта импульса. При сигнале 1 на управл ющем входе коммутатора 12 последний соедин ет формирователь 7 с усилителем 4, д в противном случае - с формирователем 11 фронта импульса. При

0 этом любой импульс с выхода коммутатора 12 дл  формировател  7 интервалов времени  вл етс  стоп-сигналом.

В данном случае коммутатор 12 пропускает импульсы формировател  11 на вто5 рой вход формировател  7 интервалов времени. На выходе последнего устанавливаетс  сигнал О. Фронт переключени  сигнала формировател  7 с 1 на О запускает одновибратор 14. На выходе последнего ус0 танавливаетс  сигнал 1, который открывает входы счетчиков 5 и 9 и дает разрешение триггеру 13.

Таким образом, одновибратор 14 вырабатывает на выходе сигнал 1 только в том

5 случае, когда преобразователь 3 принимает отраженный от противоположной поверхности издели  ультразвуковой импульс. При этом одновибратор 14 имеет следующую особенность в работе - при формировании

0 с частотой генерации синхронизатора 1 импульсов формирователем 7 интервалов времени он посто нно поддерживает на своем выходе сигнал 1, т, е. одновибратор 14 в толщиномере служит блоком контрол  каче5 ства акустического контакта между преобразователем 3 и изделием. В качестве одновибратора 14 может быть использован, например, одновибратор с повторным запуском типа К155АГЗ.

0 От импульса синхронизатора 1, сформи- ровавшегос  после установлени  на выходе одновибратора 14 сигнала 1, запускаетс  генератор 2 и переключаютс  триггер 13 и формирователь 7. На выходах

5 триггера 13 и формировател  7 устанавливаютс  сигналы Г. Сигнал с выхода триггера 13, воздейству  на управл ющий вход коммутатора 12, соедин ет усилитель 4 с вторым входом формировател  7. Отраженный от противоположной поверхности ультразвуковой импульс преобразуетс  преобразователем 3, усиливаетс  усилителем 4 и поступает на второй вход формировател  7. От переднего фронта выходного импульса усилител  4 (фиг. 2, 18) последний возораща- етс  в исходное состо ние - на его выходе формируетс  пр моугольный импульс с длительностью THI (фиг; 2, 20)

Длительность ТИ1 измер ют квантованием счетными импульсами генератора 10, следующим с частотой F0. Результат измерени  - Fo в режиме сложени  записываетс  в счетчик 5.

Передний фронт импульса формировател  7 запускает регулируемый одновиб- ратор 8, а его задний фронт повторно запускает одновибратор 14.

Одновибратор 8 на своем выходе формирует пр моугольный импульс с длительностью

Т Тс Ас

где - размерный коэффициент;

с - скорость распространени  ультразвукового импульса в материале контроли- руемого издели .

Длительность Тс также измер ют квантованием счетными импульсами генератора 10 и результат измерени  Nc Tc -Fc в режиме сложени  записываетс  в счетчик 9.

От следующего импульса синхронизатора 1 вновь запускаетс  генератор 2, переключаютс  триггер 13 и формирователь 7. На выходе триггера 13 устанавливаетс  сигнал О, второй вход формировател  7 соедин етс  с выходом формировател  11. В этом случае на выходе формировател  7 интервалов времени формируетс  пр моуголь- ныйимпульссдлительностьюТн2(фиг. 2, 21), которую также измер ют квантованием счетными импульсами генератора 10, а результат измерени  Мн2 Тн2 F0 суммируетс  с содержимым в счетчике 5.

Передним фронтом импульса с длительностью Тц2 также запускаетс  одновибра- тор 8. Длительность его выходного импульса Тг измер ют квантованием с частотой FO и суммируют с содержимым счетчика 9.

Такой периодический процесс запуска генератора 2 зондирующих импульсов, переключени  триггера 13. поочередного формировани  на выходе формировател  7 интервалов времени пр моугольных импуль- совсдлительност миТнтиТн2.формировани  на выходе одновибратора 8 пр моугольного импульса с длительностью Тс, измерени  длительностей Тщ. Тн2 и Тс, суммировани  результатов в соответствующих счетчиках

продолжаетс  до Юреполнени  счетчика 9, имеющего емкость 10 , где R - целое положительное число, определ ющее вес младшего разр да результата измерени  толщины издели .

При достижении в счетчике 9 числа 10 им вырабатываетс  импульс переноса, соот- ветст сующий сигналу О, который запрещает работу синхронизатора 1. Измерение толщины издели  заканчиваетс . Содержимое счетчика 5,  вл ющеес  результатом измерени  толщины, выводитс  на индикатор б дл  регистрации

При измерении длительностей THI иТн2 в счетчике 5 толщиномера накапливаетс  результат, равный измерению двух длительностей Тср1 л- Окончание

которых на временной оси совпадает с вершиной приемного симметричного импульса , соответствующего отраженному от противоположной поверхности издели  ультразвуковому импульсу (фиг. 2, 17; 2, 20; 2, 21).

п -г 2 н При этом длительность ТСр1 - ,

L

где Н - толщина контролируемого издели .

Чтобы длительность HCpi действительно была равна отношению двойной толщины издели  к скорости ультразвука в материале , как обычно в ультразвуковой толщино- метрии, ввод т элемент задержки между выходом синхронизатора 1 и первым входом формировател  7 интервалов времени . Длительность задержки устанавливают равной времени, необходимому дл  прохождени  ультразвуковым импульсом призм преобразовател  3. На фиг. 1 элемент задержки не показан.

Таким образом, в толщиномере решаетс  система уравнений

Nk

М

М

2 Nm+y -

Nm + Мн2

где NC - содержимое счетчика 9;

NH - содержимое счетчика 5, результат измерени  толщины,

М - объем выборки измерени .

Решив первое уравнение системы относительно объема выборки измерени  получаем

М

10

R

1°

TcFo

А С 10R.

Nc TcFo 2F0 Подставив значение М во второе уравение системы, имеем м Ac 10R TmFo + Тн2Т0 Н 2F02

Требуема  разг арность результата измерени  Мц (мм и т. д) обеспечиваетс  переносом Т)ПЛТРЙ в индикаторе 6 со стороны разр дов. Например дл  представлени  результата измерени  в мм зап та  переноситс  на (R-3) разр да.

Необходимую длительность выходного импульса одновибратора 8 устанавливают перед измерением толщины при калибровке толщиномера с помощью эталонного образца , изготовленного из материала контролируемого издели . Дл  этого преобразователь 4 устанавливают на поверхность эталонного образца, имеющего толщину Нс и регулировкой длительности выходного им- пупьса одновибратора 8 добиваютс  показани  на индикаторе 6 числа АНсЮ , т е I, осуществл етс  традиционна  методика калибровки ультразвукового толщиномера. В этом случае длительность -с.

На фиг. 2 и 3 также иллюстрируетс  от- л гштельма  особенность толщиномера, котора  заключаетс  в том, что момент окончани  длительности ТСр, соответствующей любой измер емой толщине, на временной оси всегда совпадает с вершиной приемного импульса, отраженного от противоположной поверхности издели , независимо от затухани  ультразвука в материале или кривизны поверхности контролируемого объекта. На фиг. 2, 17: 2, 22 и 2, 23 приведены диаграммы измерени  большой толщины издели  с высоким коэффициентом затухани  ультразвука. На фиг. 3 Дл  сравнени  показаны случаи измерени  одинаковой толщины плоско- . гс и выпуклого изделий Импульс синхронизатора 1, определ ющий начало ТСр, представлен на фиг 3, 24. При этом импульсы , приведенные на фиг. 2, 26 и 2 29, сформированы от переднего фронта, а им- пумьгы, приведенные на фиг. 2, 27 и 2, 30, - от заднего фронта приемного импульса преобразовател  3. Отсюда видно совпадение окончани  длительности Тер с вершинами приемных импульсов (фиг. 3. 25. 2, 28)

Таким образом, введение в схему толщиномера формировател  фронта импульса , коммутатора, триггера и второго одновибратора с необходимыми функциональными св з ми между блоками позвол ет фиксировать временной интервал

прохождени  ультразвуковых колебаний в изделии, окончание которого совпадает с вершиной приемного импульса, а также контролировать акустический контакт между преобразователем и изделием.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно электроакустически соединенные синхронизатор, генератор

   зондирующих импульсов, преобразователь и усилитель, последов: ельно соединенные первый счетчик и индикатор, последовательно соединенные формирователь интервалов времени, первый вход которого

   подключен к выходу синхронизатора, первый регулируемый одновибратор и второй счетчик и генератор счетных цмпульсов, выход которого подключен к счетным входам первого и второго счетчиков, а выход формировател  интервалов времени подключен к первому входу первого счетчика, о т- личающийс , тем, что, с целью повышени  точности измерени , он снабжен последовательно соединенными формирователем фронта импульса и коммутатором, триггером и вторым одно- вибратором, вход которого подключен к выходу формировател  интервалов времени, выход - к вторым входам первого и второго

   счетчиков и входу Сброс триггера, второй вход коммутатора подключен к входу формировател  фронта импульса и к выходу усилител , управл ющий вход - к пр мому выходу триггера, выход - к второму входу

   5 формировател  интервалов времени, а счетный вход триггера подключен к выходу синхронизатора .

   f

   is Ln.

   -J-.

   Фиг.З