SU1698642A1 - Ультразвуковой толщиномер - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к н пазрушаю- щим методам контрол  и может быть использовано в ультразвуковой (УЗ) толщинометрии.

Известно устройство, содержащее синх- ршизатор, генератор зондирующих импульсов, раздельно-совмещенный (PC) преобразователь , усилитель, пороговое устройство, генератор импульсов задержки, формирователь измерительных импульсов, аналого-цифровой преобразователь(АЦП), счетчик и формирователь функции,

В указанном устройстве повышение точности получают путем изменени  уровн  срабатывани  порогового устройства по закону функции временной регулировки чувствительности ,

Недостатком известного устройства  вл етс  значительна  погрешность при контроле иэделий сложной формы, когда амплитуда

эхо-сигнала зависит не только от толщины издели , но и от радиуса кривизны.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, PC-преобразователь, усилитель и первый пороговый элемент, последовательно соединенные генератор импульсов задержки, вход которого св зан с выходом генератора зондирующих импульсов, изме- ритепь временных интервалов и АЦП, первый элемент И и цифровой индикатор.

Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность при измерении малых толщин, так как генератор импульсов задержки, определ ющий начало отсчета, формирует импульсы с длительностью, равной сумме

гаД

времени прохождени  УЗ-колебаний через призмы PC-преобразовател    времени, равного одному полупериоду эхо-сигнала, при малых толщинах измен ющейс  в результате наложени  эхо-сигналов продольных и поперечных колебаний, что приводит к по влению ошибки при малых толщинах.

Цель изобретени  - повышение точности .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор , генератор зондирующих импульсов, РС-преобразователь, усилитель и первый пороговый элемент, последовательно соединенные генератор импульсов задержки, вход которого св зан с выходом генератора зондирующих импульсов, измеритель временных интервалов и АЦП, первый элемент И и цифровой индикатор, дополнительно снабж ен последовательно соединенными вторым пороговым элементом, вход которого св зан с выходом усилител , вторым элементом И и первым элементом ИЛИ, выход которого подключен к второму входу измерител  временных интервалов, последовательно соединенными третьим пороговым элементом, вход кот орого св зан с выходом усилител , третьим элементом И, вторым элементом ИЛИ, первым триггером и интегратором , последовательно соединенными Формирователем стробов, третьим элементом ИЛИ и четвертым элементом И, выход которою подкпючен к второму входу первого элемента ИЛИ, а второй вход - к выходу первого порогового элемента, последовательно соединенными вторым триггером, вход которого св зан с выходом первого порогового элемента, а выход - с вторым входом первого триггера, и формирователем импульсов заданной длительности, выход которого св зан с вторым входом третьего элемента И, реверсивным счетчиком , вход запрета которого подключен к выходу интегратора, а выход - к входу цифрового индикатора, и п тым элементом И, включенным между выходом третьего элемента ИЛИ и суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого св зан с выходом первого элемента И, второй выход формировател  стробов соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, третий выход формировател  стробов подключен к второму входу второго элемента И и первому входу первого элемента И, выход АЦП св зан с вторыми входами первого и п того элементов И, а выход синхронизатора подключен к входу формировател  стробов и вторым входам второго триггера и второго элемента ИЛИ.

На фиг,1 представлена структурна  схема ультразвукового толщиномера; на фиг.2 - временна  диаграмма, по сн юща  его работу; на фиг 3 - диаграмма, по сн юща 

работу порогового устройства толщиномера ,

Ультразвуковой толщиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов,

0 PC-преобразователь З, усилитель 4 и первый пороговый элемент 5, последовательно соединенные генератор 6 импульсов задержки , измеритель 7 временных интервалов и АЦП 8, первый элемент И 9, последователь5 но соединенные второй пороговый элемент 10, второй элемент И 11 и первый элемент ИЛИ 12, последовательно соединенные третий пороговый элемент 13, третий элемент И 14, второй элемент ИЛИ 15, первый триг0 гер 16 и интегратор 17, последовательно соединенные формирователь 18 стробов, третий элемент ИЛИ 19 и четвертый элемент И 20, последовательно соединенные второй триггер 21 и формирователь 22 им5 пульсов заданной длительности, п тый элемент И 23, реверсивный счетчик 24 и цифровой индикатор 25. Вход генератора б импульсов задержки соединен с выходом генератора 2 зондирующих импульсов. Вы0 ход первого порогового элемента 5 соединен с первым входом второго триггера 21 и вторым входом четвертого элемента И 20, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ 12. Выход первого

5 элемента ИЛ И 12 соединен с вторым входом измерител  7 временных интервалов. Выход усилител  4 соединен также с входами второго и третьего пороговых элементов 10 и 13. Выход второго триггера 21 соединен

0 также с вторым входом первого триггера 16. Выход формировател  22 импульсов заданной длительности соединен с вторым входом третьего элемента И 14. Выход синхронизатора 1 соединен с вторыми вхо0 дами элемента ИЛИ 15 и второго триггера 21, а также с входом формировател  18 стробов , второй выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ 19, а третий его выход соединен с первым входом

0 первого элемента И 9 и вторым входом второго .элемента И 11. Выход третьего элемента И 19 соединен также с первым входом п того элемента И 23. Выход интегратора 17

5 соединен с входом запрета реверсивного счетчика 24. Выход АЦП 8 соединен с вторыми входами первого и п того элементов И 9 и 23. Выход п того элемента И 23 соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 24. Выход первого элемента И 9 соединен с вычитающим, входом реверсивного

счетчика 24, а его выход - с цифровым индикатором 25.

Ультразвуковой толщиномер работает следующим образом.

С выхода синхронизатора 1 импульсы 26 (фиг.2) запускают генератор 2 зондирующих импульсов, который формирует импульсы 27. Последние запускают генератор 6 импульсов задержки и возбуждают РС-преобразова- тель 3. Генератор б импульсов задержки вырабатывает импульсы 28, которые подаютс  на первый вход измерител  7 временных интервалов. Эхо-сигнал, прин тый PC-преобразователем З, усиливаетс  усилителем 4 и подаетс  на входы пороговых элементов 5, 10 и 13 (фиг.З). Все три пороговых элемента 5, 10 и 13 имеют различную величину порога срабатывани . Величина порога срабатывани  второго порогового элемента 10 Unop2 в два раза больше величины порога срабатывани  Unopi первого порогового элемента 5. В этом случае, измер   временной интервал от начала отсчета толщины до прихода эхо-сигнала при помощи первого порогового элемента 5, получают временной интервал TL Измер   временной интервал при помощи второго порогового элемента 10, получают временной интервал длительностью Т2. Результат измерени  будет зависеть от величинь; порога срабатывани  или амплитуды первого полупериода эхо-сигнала. Дл  устранени  этой погрешности измерение необходимо проводить по моменту пересечени  нулевой линии передним фронтом первого полупериода эхо-сигнала . В этом случае длительность временного интервала равна Т0 и не зависит от амплитуды эхо-сигнала. Временной интервал Т0 можно определить следующим образом. Эхо-сигнал представл ет собой синусоиду. Так как начальный участок синусоиды достаточно линейный и Unop. 2Unopi, можно записать, что Т2-Т1 Ti -T0 AT. Отсюда м.ожно определить Т0: Т0 Ti - ДТ Ti-(T2-Ti) 2Ti-T2.

Реализацию этой Формулы осуществл ют следующим образом.

„ С выходов формировател  18 стробов, который запускаетс  синхроимпульсами 26, поступают стробирующие импульсы 29, 30 и 31. С третьего выхода формировател  18 стробов импульс 29 поступает на первый вход элемента И 9. Сигнал 34 с выхода вто- рого порогового элемента 10 поступает на второй вход элемента И 11, с выхода которого он через элемент ИЛИ 12 поступает на второй вход измерител  7 временных интервалов . На первый вход измерител  7 временных интервалов поступают импульсы 28

с выхода генератора 6 импульсов задержки, который формирует импульсы 28 с длительностью , равной времени прохождени  УЗ- импульсов через контактные призмы РС-преобразовател  3. С выхода измерител  7 временных интервалов импульс 36 с длительностью Та (фиг.З) поступает на вход АЦП 8, где преобразуетс  в пропорциональное количество счетных импульсов N2. которые через элемент И 9 поступают на шину вычитани  реверсивного счетчика 24. Импульсы 30 и 31 с первого и второго выходов формировател  18 стробов поступают на

входы элемента ИЛИ 19. С выхода элемента ИЛИ 19 импульс 32 поступает на первый вход элемента И 23 и на второй вход элемента И 20. Сигналы 33 с выхода первого порогового элемента 5 через элемент И 20 и

элемент ИЛИ 12 поступают на второй вход измерител  7 временных интервалов, который формирует импульсы 37 с длительностью Ti (фиг.З). В АЦП 8 импульсы 37 преобразуютс  в пропорциональное количество счетных импульсов Ni, которые через элемент И 23 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 24, и получают число NO, пропорциональное длительности временного интервала Т0 (фиг.З): N0 2Ni N2 . После этого значение М0 индицируетс  на цифровом индикаторе 25.

Если амплитуда первого полупериода эхо-сигнала будет приближатьс  к значению Unop2 или станет меньше этого значени , то

возникает дополнительна  погрешность. Дл  устранени  этой погрешности вводитс  третий пороговый элемент 13, порог срабатывани  которого Unop3 2,5Unopi. При помощи третьего порогового элемента 13 вырабатываетс  признак, который разрешает или запрещает измерение. Осуществл етс  это следующим образом. Синхроимпульсы 26 устанавливают триггер 21 э единичное состо ние. Импульсами 33 триггер 21 устанавливаетс  в исходное состо ние. Задним фронтом импульсов 38 переводитс  триггер 16 в единичное состо ние и запускаетс  формирователь 22 импульсов заданной длительности , который формирует импульсы 39

с длительностью т , причем 1/2 Т г Т, где Т - длительность периода эхо-сигнала. Импульсы 39 подаютс  на второй вход элемента И 14. На первый вход элемента И 14 подаютс  импульсы 35 с выхода третьего

порогового элемента 13. Если все три пороговых элемента 5, 10 и 13 срабатывают от первого полупериода эхо-сигнала, то импульсы 35 с выхода третьего порогового элемента 13 проход т через элемент И 14 и элемент ИЛИ 15 и поступают на первый

вход триггера 16 и перевод т его в нулевое состо ние. В результате этого на выходе триггера 16 формируютс  импульсы 40, которые поступают на вход интегратора 17, Так как длительность импульсов 40 не превышает 1 /4 периода эхо-сигнала, на выходе интегратора 17 сигнал будет равен нулю, что  вл етс  сигналом разрешени  измерени  дл  реверсивного счетчика 24. Если третий пороговый элемент 13 срабатывает от второго полупериода эхо-сигнала, то импульсы 35 с его выхода не проход т через элемент И 14 и не переключают триггер 16 в нулевое состо ние. В этом случае триггер 16 переводитс  в нулевое состо ние передним фронтом синхроимпульсов 26, которые подаютс  на триггер 16 через второй вход элемента ИЛИ 15. НА выходе триггера 16 формируютс  импульсы 41 большой длительности, которые поступают на интегратор 17. С выхода интегратора 17 импульсы 4 поступают на вход запрета реверсивного счетчика 24 и запрещают работу в режиме измерени .

Предлагаемый ультразвуковой толщиномер позвол ет повысить точность измерени  малых толщин изделий, когда амплитуда и длительность первого полупериода эхо-сигнала измен етс  в значительных пределах.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор , генератор зондирующих импульсов, раздельно-совмещенный преобразователь, усилитель и первый пороговый элемент, последовательно соединенные генератор импульсов задержки, вход которого св зан с выходом генератора зондирующих импульсов, измериталь временных интервалов и аналого- цифровой преобразователь, первый элемент И

   и цифровой индикатор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, он снабжен последовательно соединенными вторым пороговым элементом, вход которого св зан с выходом усилител , вторым элементом И и первым элементом ИЛИ, выход которого подключен к второму входу измерител  временных интервалов, последовательно соединенными третьим пороговым

   элементом, вход которого св зан с выходом усилител , третьим элементом И, вторым элементом ИЛИ, первым триггером и интегратором , последовательно соединенными формирователем стробов, третьим элементом ИЛИ и четвертым элементом И, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, а второй вход - к выходу первого порогового элемента, последовательно соединенными вторым триггером,

   вход которого св зан с выходом первого порогового элемента, а выход- с вторым входом первого триггера, и формирователем импульсов заданной длительности, выход которого св зан с вторым входом третьего элемента И,

   реверсивным счетчиком, вход запрета которого подключен к выходу интегратора, а выход - к входу цифрового индикатора, и п тым элементом И, включенным между выходом третьего элемента ИЛИ и суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого св зан с выходом первого элемента И, второй выход формировател  стробов соединен с вторым входом третьего-элемента ИЛИ, третий выход формировател  стробов подключен к второму входу второго элемента И и первому входу первого элемента И, выход аналого- цифрового преобразовател  св зан с вторыми входами первого и п того элементов И, а

   выход синхронизатора подклкнен к входу формировател  стробов и вторым входам второго триггера и второго элемента ИЛИ.

   Фиг. 1

   И

   И

   п

   ЙЬЭ

   &

   гз

   31

   п.

   JL

   вь. т- ,

   «ЦЈЈ

   Ј1

   п

   t//topЈ

   /

   TV

   TV

   фигЗ