UA134392U

UA134392U - ULTRASONIC AUTO-GENERATOR TISSUE MEASURER

Info

Publication number: UA134392U
Application number: UAU201812911U
Authority: UA
Inventors: Йосип Йосипович Білинський; Костянтин Володимирович Огородник; Олександр Олександрович Лазарєв; Ігор Андрійович Бойко
Original assignee: Вінницький Національний Технічний Університет
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2019-05-10

Abstract

Ультразвуковий автогенераторний вимірювач товщини складається з індикатора, двох електроакустичних перетворювачів та об'єкта контролю, причому перший і другий електроакустичні перетворювачі розташовані з можливістю контактувати із об'єктом контролю. Введено підсилювач з позитивним зворотним зв'язком та мікропроцесорний блок обробки сигналу. При цьому перший електроакустичний перетворювач під'єднано до входу підсилювача з позитивним зворотним зв'язком, до виходу якого під'єднано другий електроакустичний перетворювач та мікропроцесорний блок обробки сигналу. До виходу мікропроцесорного блока обробки сигналу під'єднано індикатор.The ultrasonic autogenerator thickness meter consists of an indicator, two electroacoustic transducers and a control object, the first and second electroacoustic transducers being arranged to contact the control object. Positive feedback amplifier and microprocessor signal processing unit introduced. The first electro-acoustic converter is connected to the input of the positive feedback amplifier, the output of which is connected to the second electro-acoustic converter and the microprocessor signal processing unit. An indicator is connected to the output of the microprocessor signal processing unit.

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 товщиномір (патент России Мо 2185600, (201817/02, опубл. 20.07.2002), що включає 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 задання 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 накопичувана, 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 блоку завдання 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.The well-known ultrasonic thickness gauge (patent of Russia Mo 2185600, (201817/02, publ. 20.07.2002), which includes a control object, a synchronizer connected in series, a generator of probing pulses, a combined electromagnetic converter, a receiving amplifier, a quartz generator and in series with combined arithmetic-logic device and indicator, additionally contains a coherent signal accumulator, a digital-to-analog converter and a unit for setting 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 - analog converter to the control input of the gain of the receiving amplifier and directly - to the first control input of the coherent accumulator, 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 arithmetic-l optical 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 signal processing and indication mode task block, the triggering and address outputs of which are connected to the triggering and address inputs, respectively synchronizer, the clock input of which is connected to the output of the crystal oscillator.

Недоліком даного пристрою є низька чутливість, точність і завадостійкість внаслідок використання імпульсних сигналів.The disadvantage of this device is low sensitivity, accuracy and immunity due to the use of pulse signals.

Найбільш близьким аналогом є ультразвуковий товщиномір (патент України Мо 116638, МПК 201 В17/02, опубл. 25.05.2017, бюл. Мо 10), що включає індикатор, блок керування, генератор змінної частоти, об'єкт контролю, перший і другий електроакустичні перетворювачі, аналогово- цифровий перетворювач (АЦП), приймаючий підсилювач, компаратор, контролер, причому індикатор з'єднаний із блоком керування, який підключено до генератора змінної частоти та до другого електроакустичного перетворювача, при цьому перший електроакустичний перетворювач під'єднано до генератора змінної частоти, приймаючий підсилювач підключеноThe closest analog is an ultrasonic thickness gauge (Ukrainian patent Mo 116638, MPK 201 B17/02, publ. 05.25.2017, Bull. Mo 10), which includes an indicator, a control unit, a variable frequency generator, a control object, the first and second electroacoustic converters, an analog-to-digital converter (ADC), a receiving amplifier, a comparator, a controller, and the indicator is connected to a control unit that is connected to a variable frequency generator and to a second electroacoustic converter, while the first electroacoustic converter is connected to the variable frequency generator , the receiving amplifier is connected

Зо до другого електроакустичного перетворювача, АЦП і компаратора, який з'єднаний з контролером, до якого підключено АЦП, генератор змінної частоти та індикатор.From to the second electro-acoustic converter, ADC and comparator, which is connected to the controller, to which the ADC, variable frequency generator and indicator are connected.

Недоліком даного пристрою є низька чутливість і, як наслідок, точність, пов'язані з пологістю вимірювальної характеристики в околі останнього дифракційного максимуму звукового тиску, тобто в області безпосереднього вимірювання.The disadvantage of this device is low sensitivity and, as a result, accuracy, associated with the flatness of the measurement characteristic in the vicinity of the last diffraction maximum of sound pressure, that is, in the area of direct measurement.

В основу корисної моделі поставлена задача створення ультразвукового автогенераторного вимірювача товщини, в якому за рахунок введення нових елементів і зв'язків між ними досягається можливість вимірювання малих змін товщини, що приводить до підвищення чутливості та точності контролю даного процесу.The basis of a useful model is the task of creating an ultrasonic self-generating thickness gauge, 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 an increase in the sensitivity and accuracy of the control of this process.

Поставлена задача вирішується тим, що в ультразвуковий автогенераторний вимірювач товщини, який складається з індикатора, двох електроакустичних перетворювачів та об'єкта контролю, причому перший і другий електроакустичні перетворювачі розташовані з можливістю контактувати із об'єктом контролю, згідно з корисною моделлю, введено підсилювач з позитивним зворотним зв'язком та мікропроцесорний блок обробки сигналу, причому перший електроакустичний перетворювач під'єднано до входу підсилювача з позитивним зворотним зв'язком, до виходу якого під'єднано другий електроакустичний перетворювач та мікропроцесорний блок обробки сигналу, при цьому до виходу мікропроцесорного блока обробки сигналу під'єднано індикатор.The task is solved by the fact that, according to a useful model, an amplifier with positive feedback and a microprocessor signal processing unit, and the first electroacoustic transducer is connected to the input of the amplifier with positive feedback, to the output of which the second electroacoustic transducer and a microprocessor signal processing unit are connected, while to the output of the microprocessor processing unit indicator is connected to the signal.

На Фіг. 1 подано схему ультразвукового автогенераторного вимірювача товщини, на фіг. 2 - залежності товщини від резонансної частоти для різних значень п.In Fig. 1 shows a diagram of an ultrasonic autogenerator thickness gauge, in fig. 2 - dependence of the thickness on the resonance frequency for different values of p.

Пристрій складається з першого електроакустичного перетворювача 1, об'єкта контролю 2, другого електроакустичного перетворювача 3, підсилювача з позитивним зворотним зв'язком 4, мікропроцесорного блока обробки сигналу 5 і індикатора 6, причому перший 1 і другий З електроакустичні перетворювачі розташовані з можливістю контактувати із об'єктом контролю 2, перший електроакустичний перетворювач 1 під'єднано до входу підсилювача з позитивним зворотним зв'язком 4, до виходу якого під'єднано другий електроакустичний перетворювач З та мікропроцесорний блок обробки сигналу 5, при цьому до виходу мікропроцесорного блока обробки сигналу 5 під'єднано індикатор 6.The device consists of the first electroacoustic transducer 1, the control object 2, the second electroacoustic transducer 3, an amplifier with positive feedback 4, a microprocessor signal processing unit 5 and an indicator 6, and the first 1 and the second Z electroacoustic transducers are located with the possibility of contact with control object 2, the first electroacoustic transducer 1 is connected to the input of the amplifier with positive feedback 4, to the output of which the second electroacoustic transducer C and the microprocessor signal processing unit 5 are connected, while to the output of the microprocessor signal processing unit 5 indicator 6 is connected.

Пристрій працює наступним чином:The device works as follows:

При подачі живлення в системі перший 1 та другий З електроакустичний перетворювач бо (випромінювач-приймач), які під'єднані в коло позитивного зворотного зв'язку підсилювача з позитивним зворотним зв'язком 4, в схемі виникне автогенерація коливань на частоті резонансу, на якій буде виконуватися умова балансу фаз (фазовий зсув на частоті резонансу дорівнює 0) та балансу амплітуд (коефіцієнт підсилення має бути більшим за втрати сигналу у вимірювальному каналі). ге випромінювач-приймач виникає резонанс за умови: 57и. де ЇЇ - відстань між першим електроакустичним перетворювачем 1 та другим електроакустичним перетворювачем З (випромінювачем та приймачем), тобто товщина об'єкта контролю 2, П - ціле число, ХМ - довжина акустичної хвилі в об'єкті контролю 2.When power is supplied to the system, the first 1 and the second Z electroacoustic converter bo (emitter-receiver), which are connected to the positive feedback loop of the amplifier with positive feedback 4, in the circuit, self-generation of oscillations will occur at the resonance frequency, at which the condition of phase balance (the phase shift at the resonance frequency is equal to 0) and amplitude balance (the amplification factor must be greater than the signal loss in the measurement channel) will be fulfilled. he emitter-receiver resonance occurs under the condition: 57y. where YII is the distance between the first electroacoustic transducer 1 and the second electroacoustic transducer Z (emitter and receiver), i.e. the thickness of the control object 2, P is an integer, XM is the length of the acoustic wave in the control object 2.

Частеха резонансу при фіксованій товщині об'єкта контролю 2 визначається виразом:The resonance frequency at a fixed thickness of control object 2 is determined by the expression:

ТО -ЗВ- - ла р . . 21 2. :іякнаслідок РО, (1)TO -ZV- - la r. . 21 2. As a result of RO, (1)

Музх - ' - де - швидкість ультразвуку у об'єкті контролю 2.Muzh - ' - where is the speed of ultrasound in the object of control 2.

І . . .And. . .

Для кожного значення Р з формули (1) існує множина відповідних значень товщини (див.For each value of P from formula (1), there is a set of corresponding thickness values (see

Фіг. 2) залежно від значення ПП, хоч на практиці, виходячи з амплітудно-частотних характеристик системи передавач-приймач, ця множина скорочується до одного-двох значень товщини. Але в межах товщин їх-їх кХ (в межах довжини однієї хвилі) існує однозначна залежність . резонансної частоти Р та товщини Г. . . | . .Fig. 2) depending on the PP value, although in practice, based on the amplitude-frequency characteristics of the transmitter-receiver system, this set is reduced to one or two thickness values. But within the limits of the thicknesses of their kX (within the length of one wavelength) there is an unambiguous dependence. resonance frequency P and thickness H. . | . .

За виміряним значенням резонансної частоти "Р, у мікропроцесорному блоці обробки сигналу 5 розраховується множина значень Ї, для відповідних значень П-1..К, де К- ціле число, що залежить від діапазону вимірювань. Далі вибираються значення Ї., яке потрапляє у заданий діапазон вимірювання 797770 ї ; яке і буде істинним значення шуканої товщини. Це значення виводиться на індикатор 6.According to the measured value of the resonance frequency "P, in the microprocessor signal processing unit 5, a set of values \u200b\u200bis calculated, for the corresponding values \u200b\u200b-1..K, where K is an integer that depends on the measurement range. Next, the value of Y. is selected, which falls into the specified measurement range is 797770, which will be the true value of the desired thickness. This value is displayed on indicator 6.

Використання запропонованого ультразвукового автогенераторного вимірювача товщини має суттєві переваги в порівнянні з найближчим аналогом, оскільки в процесі вимірювання використовується ділянка вимірювальної характеристики з вищою крутістю, за рахунок чого підвищується точність та чутливість вимірювань.The use of the proposed ultrasonic autogenerator thickness gauge has significant advantages in comparison with the nearest analogue, since the measuring characteristic section with a higher steepness is used in the measurement process, due to which the accuracy and sensitivity of the measurements increases.

Claims

UTILITY MODEL FORMULA Zo Ultrasonic autogenerator thickness gauge consisting of an indicator, two electro-acoustic transducers and a control object, the first and second electro-acoustic transducers being positioned to be in contact with the control object, characterized by the fact that a positive feedback amplifier is introduced and the microprocessor signal processing unit, and the first electroacoustic converter is connected to the input of the amplifier with positive feedback, to the output of which the second electroacoustic converter and the microprocessor signal processing unit are connected, while to the output of the microprocessor signal processing unit under the indicator is connected. KiMU a U min ZHE e pika. Ex and IZ day VM U

Fig. 1