UA120288U

UA120288U - ULTRASONIC DEVICE FOR TISSUE MEASUREMENT

Info

Publication number: UA120288U
Application number: UAU201704762U
Authority: UA
Inventors: Йосип Йосипович Білинський; Костянтин Володимирович Огородник
Original assignee: Вінницький Національний Технічний Університет
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2017-10-25

Abstract

Ультразвуковий пристрій для вимірювання товщини складається з індикатора, приймаючого підсилювача та об'єкта контролю. Додатково містить мікроконтролер, генератор змінної частоти, два ультразвукових перетворювачі та аналогово-цифровий перетворювач, причому індикатор з'єднаний з мікроконтролером, який підключено до генератора змінної частоти та до аналогово-цифрового перетворювача, генератор змінної частоти під'єднано до першого ультразвукового перетворювача, причому перший та другий ультразвукові перетворювачі розташовано з можливістю контактувати із об'єктом контролю, при цьому другий ультразвуковий перетворювач під'єднано до приймаючого підсилювача, який підключено до аналогово-цифрового перетворювача.An ultrasonic device for measuring thickness consists of an indicator, a receiving amplifier and an object of control. Additionally contains a microcontroller, a variable frequency generator, two ultrasonic transducers and an analog-to-digital converter, with the indicator connected to a microcontroller connected to a variable frequency generator and an analog-to-digital converter, a variable frequency generator connected to the first transducer, the first and second ultrasonic transducers are arranged to be in contact with the object of control, with the second ultrasonic transducer connected to the receiving amplifier Vacha, connected to the analog-to-digital converter.

Description

Корисна модель належить до області вимірювальної техніки і може бути використана для вимірювання геометричних розмірів, наприклад, товщини різних виробів в машинобудуванні, металургії та інших галузях промисловості.A useful model belongs to the field of measuring technology and can be used to measure geometric dimensions, for example, the thickness of various products in mechanical engineering, metallurgy and other industries.

Відомий ультразвуковий пристрій для вимірювання товщини (патент України Мо 90052, МПК 201 В17/02, опубл. 25.03.2010, бюл. Мо 6), який містить послідовно з'єднаний синхронізатор, генератор зондуючих імпульсів, випромінювальну частину роздільно-суміщеного ультразвукового перетворювача, підсилювач, цифровий індикатор, детектор, формувач часових інтервалів, формувач імпульсів, логічний елемент !, блок підстроювання частоти, блок порівняння частоти, блок п'єзоелектричних перетворювачів, тригер, лічильник.A well-known ultrasonic device for measuring thickness (Ukrainian patent Mo 90052, MPK 201 B17/02, publ. 25.03.2010, Bull. Mo 6), which contains a serially connected synchronizer, a generator of probing pulses, the radiating part of a separate-combined ultrasonic transducer, amplifier, digital indicator, detector, shaper of time intervals, shaper of pulses, logical element !, unit of frequency adjustment, unit of comparison of frequency, unit of piezoelectric converters, trigger, counter.

Недоліком даного пристрою є низька чутливість та точність внаслідок використання імпульсних зондуючих сигналів.The disadvantage of this device is low sensitivity and accuracy due to the use of pulsed probing signals.

Найближчим аналогом є ультразвуковий пристрій для вимірювання товщини (патент РоссииThe closest analog is an ultrasonic device for measuring thickness (patent of Russia

Мо 2185600, 2018 17/02, опубл. 20.07.20021, що містить об'єкт контролю, послідовно з'єднані синхронізатор, генератор зондуючих імпульсів, суміщений електромагнітний перетворювач, приймаючий підсилювач, кварцовий генератор та послідовно з'єднані арифметико-логічний пристрій та індикатор, додатково містить когерентний накопичувач сигналів, цифро-аналоговий перетворювач та блок завдання режимів обробки та індикації сигналів. Перший синхронізуючий вихід синхронізатора підключений до входу генератора зондуючих імпульсів, керуючий вихід арифметично-логічного пристрою підключено шиною управління через цифро-аналоговий перетворювач до входу керування коефіцієнтом підсилення приймального підсилювача і безпосередньо - до першого керуючого входу когерентного накопичувача, сигнальний вхід якого підключений до виходу приймального підсилювача. Вихід-вхід даних когерентного накопичувача сигналів з'єднаний шиною даних з входом-виходом даних арифметично-логічного пристрою, а синхронізуючий і другий керуючий входи когерентного накопичувача сигналів підключені до другого синхронізуючого та керуючого виходів синхронізатора, третій синхронізуючий вихід якого підключений до входу блока задання режимів обробки та індикації сигналів, запускаючий і адресний виходи якого з'єднані відповідно з запускаючим і адресним входами синхронізатора, тактовий вхід якого підключений до виходу кварцового генератора.Mo 2185600, 2018 02/17, publ. 20.07.20021, containing a control object, a serially connected synchronizer, a generator of probing pulses, a combined electromagnetic converter, a receiving amplifier, a crystal oscillator and a serially connected arithmetic-logic device and an indicator, additionally containing a coherent signal accumulator, a digital an analog converter and a unit for assigning signal processing and display modes. The first synchronizing output of the synchronizer is connected to the input of the probing pulse generator, the control output of the arithmetic-logic device is connected by a control bus through a digital-to-analog converter to the gain control input of the receiving amplifier and directly to the first control input of the coherent storage device, the signal input of which is connected to the output of the receiving amplifier . The data output-input of the coherent signal accumulator is connected by a data bus to the data input-output of the arithmetic logic device, and the synchronizing and second control inputs of the coherent signal accumulator are connected to the second synchronizing and control outputs of the synchronizer, the third synchronizing output of which is connected to the input of the mode setting block signal processing and indication, the triggering and address outputs of which are connected, respectively, to the triggering and address inputs of the synchronizer, the clock input of which is connected to the output of the crystal oscillator.

Недоліком даного пристрою є низька чутливість, точність і завадостійкість внаслідокThe disadvantage of this device is low sensitivity, accuracy and immunity due to

Зо використання імпульсних сигналів.From the use of pulse signals.

В основу корисної моделі поставлена задача створення ультразвукового пристрою для вимірювання товщини, в якому за рахунок введення нових елементів і зв'язків між ними досягається можливість вимірювання малих змін товщини, що приводить до підвищення чутливості, точності і завадостійкості контролю даного процесу.The basis of a useful model is the task of creating an ultrasonic device for measuring thickness, in which, due to the introduction of new elements and connections between them, the possibility of measuring small changes in thickness is achieved, which leads to increased sensitivity, accuracy and trouble-free control of this process.

Поставлена задача вирішується тим, що ультразвуковий пристрій для вимірювання товщини, що складається з індикатора, приймаючого підсилювача та об'єкта контролю, відповідно до корисної моделі додатково введено мікроконтролер, генератор змінної частоти, два ультразвукових перетворювачі та аналогово-дифровий перетворювач (АЦП), причому індикатор з'єднаний із мікроконтролером, який підключено до генератора змінної частоти та доThe task is solved by the fact that the ultrasonic device for measuring thickness, consisting of an indicator, a receiving amplifier and a control object, according to a useful model, a microcontroller, a variable frequency generator, two ultrasonic transducers and an analog-to-digital converter (ADC) are additionally introduced, and the indicator is connected to a microcontroller which is connected to a variable frequency generator and to

АЦП, генератор змінної частоти під'єднано до першого ультразвукового перетворювача, причому перший та другий ультразвукові перетворювачі розташовані з можливістю контактувати із об'єктом контролю, при цьому другий ультразвуковий перетворювач під'єднаний до приймаючого підсилювача, який підключено до АЦП.The ADC, the variable frequency generator is connected to the first ultrasonic transducer, and the first and second ultrasonic transducers are located to be in contact with the object of control, while the second ultrasonic transducer is connected to the receiving amplifier, which is connected to the ADC.

Технічний результат, що досягається при здійсненні запропонованого ультразвукового пристрою для вимірювання товщини, полягає в тому, що за рахунок введення нових елементів та зв'язків між ними досягається можливість вимірювання малих змін товщини, що приводить до підвищення чутливості і, як наслідок, точності контролю даного процесу.The technical result achieved by the implementation of the proposed ultrasonic device for thickness measurement is that due to the introduction of new elements and connections between them, the possibility of measuring small changes in thickness is achieved, which leads to an increase in sensitivity and, as a result, the accuracy of this control process

На кресленні подано схему ультразвукового пристрою для вимірювання товщини.The drawing shows a diagram of an ultrasonic device for measuring thickness.

Пристрій складається з індикатора 1, мікроконтролера 2, генератора змінної частоти 3, об'єкта контролю 4, першого 5 та другого 6 ультразвукових перетворювачів, приймаючого підсилювача 7, АЦП 8, причому індикатор 1 з'єднаний із мікроконтролером 2, який підключено до генератора змінної частоти З та до АЦП 8, генератор змінної частоти З під'єднано до першого ультразвукового перетворювача 5, причому перший 5 та другий б ультразвукові перетворювачі розташовані з можливістю контактувати із об'єктом контролю 4, при цьому другий ультразвуковий перетворювач б під'єднано до приймаючого підсилювача 7, який підключено до АЦП 8.The device consists of an indicator 1, a microcontroller 2, a variable frequency generator 3, a control object 4, the first 5 and second 6 ultrasonic transducers, a receiving amplifier 7, an ADC 8, and the indicator 1 is connected to a microcontroller 2, which is connected to a variable frequency generator frequency Z and to the ADC 8, the variable frequency generator Z is connected to the first ultrasonic transducer 5, and the first 5 and the second b ultrasonic transducers are located with the possibility of contacting the object of control 4, while the second ultrasonic transducer b is connected to the receiving amplifier 7, which is connected to the ADC 8.

Пристрій працює наступним чином:The device works as follows:

Ультразвукові коливання створюються першим 5 і приймаються другим 6 ультразвуковими перетворювачами, що розташовані з можливістю контактувати із об'єктом контролю 4. Частоту бо їх збудження забезпечує генератор змінної частоти 3. Дані коливання підсилюються приймаючим підсилювачем 7 та через АЦП 8 надходять на мікроконтролер 2, де аналізуються за амплітудою й реєструється значення частоти їЇтах, яке відповідає максимальному значенню амплітуди прийнятого сигналу.Ultrasonic oscillations are created by the first 5 and received by the second 6 ultrasonic transducers located with the possibility of contacting the control object 4. The frequency of their excitation is provided by the variable frequency generator 3. These oscillations are amplified by the receiving amplifier 7 and through the ADC 8 are sent to the microcontroller 2, where are analyzed by amplitude and the value of the frequency yYtah is recorded, which corresponds to the maximum value of the amplitude of the received signal.

Амплітуда звукового тиску (амплітуда сигналу) на другому 6 ультразвуковому перетворювачі прийма начається як: (прийманю вивThe amplitude of the sound pressure (amplitude of the signal) on the second 6 ultrasonic transducer of the receiver begins as:

ЗаBy

Ро . . де - амплітуда звукового тиску на поверхні першого 5 ультразвукового перетворювача (передавача), За - площа ультразвукового перетворювача, К - коефіцієнт пропорційності, що залежить від геометрії перетворювачів, І - функція, яка для точок на осі пари дископодібних перетвфрювівчі їусом а набуває вигляду: реа реетре яд у у де К - хвильове число, Х - відстань між перетворювачами.Ro. . where is the amplitude of the sound pressure on the surface of the first 5 ultrasonic transducer (transmitter), Za is the area of the ultrasonic transducer, K is the proportionality factor that depends on the geometry of the transducers, and I is the function, which for points on the axis of a pair of disk-shaped transducers takes the form: rea reetre yad u u where K is the wave number, X is the distance between the transducers.

Функція | набуває ряду осциляцій зі збільшенням Х та досягає останнього максимуму на межі ближньої зени пари ультразвукових перетворювачів у точці: х-Мбл- х, де М - довжина хвилі ультразвуку в об'єкті контролю, Мел - ширина ближньої зони пари ультразвукових перетворювачів. Враховуючи те, що: ух 7Function | acquires a series of oscillations with an increase in X and reaches the last maximum at the border of the near zone of a pair of ultrasonic transducers at the point: x-Mbl-x, where M is the wavelength of ultrasound in the control object, Mel is the width of the near zone of a pair of ultrasonic transducers. Given that: uh 7

Мах | ! де Ух - швидкість ультразвуку у об'єкті контролю, ! - частота ультразвукових коливань.Mach | ! where Uh is the speed of ultrasound in the control object, ! - frequency of ultrasonic oscillations.

Як наслідок, у мікроконтролері 2 розраховується товщина об'єкта контролю, що відповідає максимальній трованій частоті, за формулою: зимаьні дейеесAs a result, microcontroller 2 calculates the thickness of the object of control, which corresponds to the maximum driving frequency, according to the formula:

Музх та виводиться на екран індикатора 1.The message is displayed on the screen of the indicator 1.

Claims

UTILITY MODEL FORMULA An ultrasonic thickness measuring device consisting of an indicator, a receiving amplifier and a control object, characterized in that it additionally contains a microcontroller, a variable frequency generator, two ultrasonic transducers and an analog-to-digital converter, and the indicator is connected with a microcontroller that is connected to the variable frequency generator and to the analog-to-digital converter, the variable frequency generator is connected to the first ultrasonic transducer, and the first and second ultrasonic transducers are located to be in contact with the object of control, while the second ultrasonic transducer is connected to connected to a receiving amplifier, which is connected to an analog-to-digital converter.

Porn-ya Z she 4 shk Kk! In en 7 frontite E | !