Ультразвуковой безэталонный толщиномер

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУЬЛИН

QQ (И2

Заа2 G 01 В 17/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к *взооснаи саиаатвватвм

Ю

° °

° °

Ъю (21) 33229265/18-28

/ (22} 22 10.81 (46} 1 .07.83. Бюл. И 26 (72) И.В. Королев, В.Г.Шевалдыкин и А.Е.Карпельсон (71) Научно-исследовательский институт интроскопии

b3} 534.6:534.8(088.8} (56} 1. Патент Великобритании и 1219290, кл. 6 01 В 17/02, 1971.

2, Авторское свидетельство СССР

It 658857,:кл. G Of М 17/02. 1979 (прототип) . (522) (57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ БЕЗЗТАЛОНHbN ТОЛЩИНОИЕР, содержащий генератор высокой частоты, к выходу коmpof o подключены первые- входы первого и второго триггеров и первый преобразователь, второй:преобразова-. тель, расположенный на фиксированном расстоянии от первого и предназначенный для акустического контакта с той же поверхностью изделия, и сое. диненный через усилитель с вторым входом первого триггера генератор пилообразного напряжения, входом подключенный к выходу первого триггера, выходом - к первому входу преобразователя масштаба времени, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а выходс измерителем временного интервала, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в область малых толщин, второй вход второго триггера подключен к выходу части предварительных каскадов усилителя, имеющей коэффициент усиления на 20-30 дБ меньше, чем у всего усилителя.

1 1

Изобретение относится к акустическим измерениям, а именно к технике неразрушающего контроля изделий и может быть использована для . определения толщины различных материалов, главным образом металлов, например, в машиностроении, Известен ультразвуковой толщиномер, содержащий генератор высокой частоты, к выходу которого подключен излучающий преобразователь, принимающий преобразователь, расположенный на фиксированном расстоянии от излучающего и предназначенный для акустического контакта с той же поверхностью иэделия, и блок регистрации времени прохождения ультравука вдоль поверхности изделия. Толщи.=, на определяется по величине скорости распространения поверхностных волн, зависящей от толщины изделия(ф

Недостатком устройства является необхрдимость предварительной градуировки,так как скорость рас-пространения поверхностных волн зависит также и от материала изделия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является ультразвуковой безэталонный толщиномер, счдержащий генератор высокой частоты, к выходу которого подключены первые входы первого и второго триггеров и первый преобразователь, второй преобразователь, расположенный на фик. сированном расстоянии от первого и предназначенный для акустического контакта с той же поверхностью изделия, и соединенный через усилитель со вторым входом первого триггера, генератор пилообразного напряжения, входом подключенный к выходу первого триггера, выходом - к первому входу преобразователя масштаба времени, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход - с измерителем временного интервала, причем второй вход второго триггера подключен к первому преобразователю. Ультразвуковые сигналы, отраженные от внутренней поверхности контролируемого изделия и несущие информацию о толщине, принимают= ся в этом толщиномере тем же преобразователем, который их излучает в иэделие (2).

Однако после окончания действия возбуждающеro импульса собственные колебания пластины затухают не мгно венно и еще некоторое время мешают приему сигналов. Практически, при использовании стандартных пьезопреобразователей на частоту 2,5 ИГц, принимаемые сигналы начинают различаться на фоне собственных помех пре" образователей через 1-1,5 мкс после окончания возбуждающего cHf íàëà, причем при контроле плоских изделий, При длительности возбуждающего импульса порядка 1 мкс минимальная измеряемая толщина, например, сталь. ного изделия получается равной

6 мм. При измерении толщины стенок труб и прочих изделий с кривыми поверхностями принимаемые сигналы меньше, и поэтому минимальная измеряемая прибором толщина еще больше.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений в область малых толщин.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом беээталонном толщиномере, содержащем генератор высокой частоты, к выходу которого подключены первые входы первого и второго триггеров и первый преобразователь, второй преобразователь, расположенный на фиксированном расстоянии от первого и предназначенный для акустического контакта с той же поверхностью изделия, и сое диненный через усилитель с вторым входом первого триггера генератор пилообразного напряжения, входом подключенный к выходу первого триггера, выходом — к первому входу преобразователя масштаба времени, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход с измерителем временного интервала, второй вход второго триггера подключен к выходу части предварительных каскадов усилителя, имеющей коэффициент усиленйя на 2030 дБ меньше, чем у всего у илителя.

На чертеже представлена блоксхема устройства.

Толщиномер содержит генератор 1, подключенные к нему входами два триггера 2 и 3 и пьезопреобразова-. тель 4, излучающий в контролируемое изделие продольные. обьемные и продольные поверхностные волны, приемный пьеэопреобразователь 5, расположенный на фиксированном расстоя4 029

:нии от первого и подключенный через усилитель 6 ко второму входу первого триггера 3, преобразователь 7 мас. штаба времени, подключенный управляющим входом через генератор 8 пилообразного напряжения к выходу ч эиггера 3, а регистрирующим входом - на выход второго триггера 2, и измеритель 9 временных интервалов, которые соединены с выходом преоб- t0 разователя 7 масштаба времени, причем второй вход второго триггера подключен к выходу части предварительных каскадов усилителя 6, имеющей коэффициент усиления на 20-30 дБ меньший, чем всего усилителя, Толщиномер работает следующим образом.

Генератор 1 короткими электрическими импульсами возбуждает излучающий пьезопреобразователь 4 и одновременно запускает триггеры 2 и 3..

Сигналы, принятые ультразвуковым пьезопреобразователем 5, подаются на усилитель б, выход которого подклю- д чен к триггеру 3. Сигнал на вход триггера 2 снимается с выхода одного из предварительных каскадов усилителя 6, например, предоконечного.

Тогда коэФФициент усиления оконечного каскада усилителя 6 должен быть не менее 20 дБ. С выхода триггера

3 импульсы подаются на генератор 8. пилообразного напряжения, выполняющий роль преобразователя время-напряжение. Амплитуда импульсов гене35 ратора 8.пропорциональна длительности входных импульсов. Эти импульсы в преобразователе 7 масштаба вре мени подвергаются пиковому детектированию, и постоянное напряжение, однозначно связанное с амплитудой входных импульсов, используется для

I управления. Преобразователь 7 масштаба времени выполнен таким образом, что его коэффициент преобразо- 45 вания обратно пропорционален амплитуде импульсов, приходящих на управляющий вход. Поскольку длительность импульсов, вырабатываемых триггером

3, равна времени распространения про-50 дольных поверхностных волн от преобразователя 4 к преобразователю 5, т.е. при фиксированном расстоянии между ними обратно пропорциональна скорости продольных ультразвуковых, волн в из- 55 делии, то, в результате, импульсы триггера 2, длительность которых прямо пропорциональна толщине контроли007 4 руемого изделия 10, подвергаются временному преобразованию (расширению) с коэФФициентом преобразования, прямо пропорциональным скорости ультразвука в изделии. Измеряя длитель-, ность выходных импульсов преобразо" вателя 7 масштаба времени измерителем

9 временных интервалов, по шкале, отградуированной. в единицах длины, можно непосредственно получать значе- . ния толщины контролируемого изделия, независимо от скорости ультразвука в нем. Расстояние (база) между излучающим 4 и приемным 5 ультраэву ковыми пьезопреобразаеателями должна выбираться из компромиссных соображений: с одной стороны, оно должно быть малым для обеспечения измерений малых толщин изделий, с другой стороны, оно должно быть достаточно большим, чтобы абсолютное значение приращения времени пробега сигналов между пьезопреобразователями 4 и 5, вызванное изменением скорости ультразвука в изделиях в заданном диапазоне скоростей, было достаточным для управления преобразователем 7 масшта ба времени. Практически, последнее условие легко выполняется при базе, равной 2 мм. При этом минимальная измеряемая прибором толщина равна

2,5-3 мм.

Весьма существенным для надежной, работы устройства является выбор коэффициента усиления оконечного каска. да.усилителя (6-20)-30 дБ. В этом случае, даже при различии принятых сигналов объемных и подповерхностных волн,не менее, чем на 20 дБ, для наихудшего случая, например, при измерении больших толщин изделий из материалов с большим затуханием, они легко могут быть отделены друг от друга и зафиксированы отдельно.

Принятые сигналы усиливаются в приборе до уровня, достаточного для того: чтобы от импульса объемной волны сработал триггер 2, При этом импульсы подповерхностных волн еще очень малы по амплитуде и не могут опрокин ть этот триггер.

Затем все сигналы еще усиливаются не менее чем на 20 дБ. Теперь уровень сигналов подповерхностных волн достаточен для срабатывания триггера 3, подключенного к выходу усилителя 5, а поскольку эти сигналы всег да самые ранние, то именно они опро-: кинут триггер 3. В результате триг1029007

Составитель В.Гордиенко

Редактор Т.Парфенова Техред А.Ач Корректор В.Бутяга

Тираж 602 Подписное

RHHHAH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, М-35. Рауаская наб., д. 4/5 .

Заказ "944/38

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

rep j сФормирует импульс длительностью, равной времени распространения подповерхностных волн от излучающего пьезогреобразователя к приемному, à триггер 2 - длительностью, равной двойному времени прохода обь" емных волн через изделие.

Использование устройства, в кото-, ром применены приемник подповерхно-. стных волн для приема объемных волн, позволяет не. только в 2 раза уменьшить минимальную измеряемую прибо" ром толщину, но и значительно упростить схему прибора, исключив из нее усилитель сигналов объемных волн и

S амплитудный ограничитель. Лабораторный макет безэталонного толщиномера с базой, равной 2 мм обеспечивает измерение толщины изделий 2,5-500 мм с погрееностью не ниже 23 при толщи1 не более 3,5 мм и с погревностью не ниже 3,53 при толщине изделий менее .

3,5 мм.