SU658857A1 - Ультразвуковой толщиномер - Google Patents

Description

1

Изобретение относнте  к иеразрушаюн;ему контролю изделий.

Известны эхо-имнульсные ультразвуковые толщиномеры, работающие при одностороннем доступе к измер емым объектам и способные измер ть толщину изделий из металлов н твердых неметаллов 1.

Известно устройство, содержащее генератор , подключенный к нему датчик, возбул{даю1ций в контролнруемом издели  сдвиговые н поверхностные волны и прнннмающий эхо-импульсы сдвиговой волны, последовательно соединенные амплитудный ограничитель, вход которого нодключен к датчику, первый усилитель и измеритель временных интервалов, второй датчик, нрипимающий поверхностную волну, расположенный на фиксированном рассто нии от первого, подключенный через второй усилитель к второму входу измерител  временных интервалов, и индикатор 2.

Однако ДЛЯ измерени  толшин1э1 толщиномеры ДОЛЖНЫ быть предварительно нрокалиброваны по изделию с известной толи;ино11 , т. е. эталону.

Цель изобретени  - обеспечение безэталонного контрол  ТОЛЩИНЫ изделий.

Дл  этого измеритель временных пнтерЕалов выполнен в виде подключенных к генератору двух триггеров, входы которых

подключены еоответственно к выходам норного и второго усилителей, генератора пилообразного напр жени , вход которого соединен с выходом второго триггера, и

преобразовател  масштаба времени, регистрирующий вход которого св зан с выходом первого триггера, а вход обратно пропорционального унравлени  соединен с выходом генератора пилообразного напр  ; :еии .

На фиг. 1 представлена блок-схема толщиномера; па фиг. 2 - временна  диаграмма его работы; на фиг. 3 - упрощенна  схема преобразовател  масштаба времени .

Блок-схема состоит пз двух электроакустических каналов и измерител  временных интервалов. Иервый канал нриема и излучени  сдвиговых (иоиеречных) ультразвуковых колебаний состоит из генератора 1. датчика 2, амплнтудного ограничител  3 и первого усилител  4. Второй электроакустический канал состонт из того же генератора 1, того же датчика 2, датчика 5 и

второго усилител  6. Измеритель временных интервалов состоит из триггеров 7, 8, подключенных к первому и второму усилител м , генератора 9 пилообразного напр жени  и преобразовател  10 uacmiaCia

времени, регистрирующий в.ход которого

св зан с выходом триггера 7, а вход обратно лропорциоиального управлени  соединен с выходом генератора 9.

Толщиномер работает следующим образом .

Генератор 1 короткими электрическими импульсами (фиг. 2, а) возбуждает датчик 2 (излучатель-приемник), излучающий через тонкий слой контактной жидкости, например машинного масла, имиульсы сдвиговых ультразвуковых колебаний в измер емое изделие 11 толщиной di. Эти импульсы распростран ютс  по изделию, как показано вертикальными стрелками на фиг. 1, отражаютс  от нижней поверхности издели  и возвращаютс  на датчик 2 через врем 

t, (1) где Ci - скорость сдвиговых колебаний в материале издели  (фиг. 2, б). Одновременно с возбуждением сдвиговых колебаний датчик 2 возбуждает н поверхностные волны Рэле , которые, распростран  сь в направлении, показанном горизонтальной стрелкой, по поверхности издели , приннмаютс  вторым датчиком 5 (фиг. 2, г), расположенным на фиксированот датчика 2, через ном рассто нии di врем  распространени  волны 35 скорость Рэле  дл  данного материала издели . Генератор 1 одновременно с возбуждением датчика 2 запускает триггер 7 (фиг. 2, в). Импульсы (фиг. 2, б), отраженные or нижней поверхности издели , пройд  амплитудный ограничитель 3 высоковольтн1 1Х импульсов генератора I, усиливаютс  усиллтелем 4. С выхода усилител  4 они по- 45 ступают на другой вход триггера 7 и возвращают его в исходное состо ние. Таким образом, на входе триггера 7 формируетс  пр моугольный импульс (фиг. 2, в), длительность которого дл  данной скорости 50 Ci пропорциональна толщине d контролируемого издели . Этот импульс поступает на вход преобразовател  10 масштаба времени , длительность импульсов на выходе которого пр мо пропорциональна длитель- 55 нести входных импульсов, а -значит, и толщине измер емого издели . Измер   длительность этих импульсов любым известным радиотехническим способом при шкале , градуированной в единицах длины,60 получают значени  толщины измер емого издели . Однако из вырал ени  (1) видно, что npi: изменении скорости ci показани  измсн ютс .65

Зависимость показаний прибора от -rsменений скорости Ci с высокой точноегыо иск.чючаетс  в предлагаемом приборе следующим образом.

Известно, что отношение скоростей повер .чностных и сдвиговых ультразвуковых колебаний

0,87

К,

1 + .U

где ILI - коэффициент Пуассона материала измер емого издели . В реальных средах О ,).,5, а практически дл  всех иежидких металлов 0,,44. При значени15 их   0,25-ьО,44 отношение ,933± ± 1,4%.

Если из выражени  (3) выразить Cj через С2 40 и из выражени  (2) получить cz - н подставить выражение (5) в (4), а результат затем подставить в выражение (1), получим новое выражение дл  толщины измер емого издели  При фиксированном d2 и где В di в выражении (6) В зависит при смене материала контролируемых изделий только от величины К, т. е. измен етс  дл  всех металлов всего на ±1,4%. Из выражени  (6) видио, что если сделать длительность импульса на выходе преобразовател  10 масштаба времени обратно пропорциональной времени tz (времени ti она, как было показано, пр мо пропорциональна ), можно измер ть толщину изделий, в частности, из металлов с любой скоростью распространени  ультразвука без специальной калибровки прибора с принципиальной погрешностью не более ±1, В предлагаемом толщиномере это осуПлсствл ют следующим образом. Генератор 1 одновременно с запуском триггера 7 запускает и триггер 8, который приводитс  в исходное, состо ние импульсом сдвиговых колебаний (фиг. 2, г), прин тым 5 и усиленным усилитедатчиком лем 6. На выходе триггера 8 формируетс  пр моугольный импульс (фиг. 2, д) длительностью 2, равной времени распространени  волны Рэле  от датчика 2 к датчику 5 и не завис щей от толщины измер емого издели . Этим импульсом запускаетс  генератор 9 пилообразного напр жени . iia выходе которого формируетс  импульс ( фиг. 2, е) с амплитудой U, пр мо пропорциональной времени t.

Этот импульс поступает иа второй (управл ющий ) вход преобразовател  10 масштаба Бремени, который выполпсн так, чти его коэффициент преобразовани , как было показано выше, ир мо пропорционален времени 1, т. е. длительности импульса триггера 7, и обратно пронорцпоналеи времени /2, т. е. длительности импульса триггера 8.

Исход  из выражени  (6), именно эту функцию и должеи выиолн ть предлагаемый толщиномер.

На фиг. 3 показана прннцнпиальнач схема управл емого преобразовател  временного масштаба - одного пз основных узлов предлагаемого толщиномера. Часть схемы, справа от пунктирной линии, нредставл ет собой собственно преобразователь «врем -врем , часть схемы выполн ет следуюихую функцию:

J. ВХ 11 tX/ -7

11 иЫХ .k /

где /„„к

-длительность импульса на

выходе схемы;

/I

-длительность импульса па

П ВХ ее нервом входе (вход 1);

- ток, создаваемый этим имI , пульсом в цепи первого входа (вход 1);

Io - ток, создаваемый генератором иосто нного тока на транзисторе Т.

Из выражени  (7) видно, что ивых пр мо пропорционально времени t.

Иа второй вход схемы (фиг. 3) поступают пилообразные импульсы генератора 9. зат гиваютс  практически до иосто нного наир жени  U Л/2, где А - иосто нный коэффициент на цеиочке D. С, R, которое, поступа  на базу Т, задает величину тока

io UKR + ) , + RZ).

Поставив это значение IQ п (7), иолучим

1„х- («2-(-«:.)

t,

- - В

/,

где В-г, + )/А В.

Совпадение выражеиий (6) и (8) говорит о том, что схема фиг. 3, а значит и прибор в целом, выполн ет функцию (6).

Экспериментальный макет безэталонного толни1номера с цифровой индикацией нри измерении образцов изделий из нескольких марок стали и алюминиевых силаВОВ , латунн, вольфрама и органического стекла в диаиазоие толщин 2-50 мм имеет ногрешность не более 1,8-2% от измер емой величины при частоте поверхности измер емых изделий не хуже Г 4. Перестройки нрнбора при иереходе с одного материала иа другой не требуетс .

Ф о р у л а и 3 о б р е т е и и  

Ультразвуковой толщииомер, содержащий генератор, подключенный к нему датчик , возбуждающий в коитролируемом изделии сдвиговые и поверхностные волны и ирииимающий эхо-импульсы сдвиговой волны , последовательно соедпненные амплитудный ограничитель, вход которого нодключен к датчику, первый усилитель и измеритель временных интервалов, второй датчик, иринимающий поверхностную волну , расположенный иа фпкснрованиом рассто нпп от первого, подключенный через второй усилитель к второму входу измерител  времениьтх интервалов, и индикатор, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  безэталонного контрол  толщины изделий, измеритель временных интервалов выиолнен в виде иодключенных к генератору двух триггеров, входы которых иодклю чены соответственно к выходам иервого н

второго усилителей, генератора нилообразного напр жени , вход которого соедннен с выходом второго триггера, и иреобразовател  масштаба времени, регистрирующий вход которого св зан с выходом первого

триггера, а вход обратно пропорционального управлени  соединен с выходом генератора пилообразного напр жени .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Гребенков В. С. Физические основы ультразвуковых методов измерени  толщины . М., «Машиностроение. 1968.

2. Авторское свидетельство

СССР ЛЬ 169858, кл. G 01 N 29/04, 1962.

u.

xorf 2 0

Claims (1)

1. Формула изобретения

   15 Ультразвуковой толщиномер, содержащий генератор, подключенный к нему датчик, возбуждающий в контролируемом изделии сдвиговые и поверхностные волны и принимающий эхо-импульсы сдвиговой ВОЛ20 ны, последовательно соединенные амплитудный ограничитель, вход которого подключен к датчику, первый усилитель и измеритель временных интервалов, второй датчик, принимающий поверхностную вол25 ну, расположенный на фиксированном расстоянии от первого, подключенный через второй усилитель к второму входу измерителя временных интервалов, и индикатор, отличающийся тем, что, с целью обес30 печения безэталонного контроля толщины изделий, измеритель временных интервалов выполнен в виде подключенных к генератору двух триггеров, входы которых подклю йены соответственно к выходам первого и

   35 второго усилителей, генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом второго триггера, и преобразователя масштаба времени, регистрирующий вход которого связан с выходом первого

   40 триггера, а вход обратно пропорционального управления соединен с выходом генератора пилообразного напряжения.