Электромагнитный интегрирующий толщиномер

 

Изобретение может быть использовано для толщинометрии крупногабаритных неферромагнитных изделий. Целью изобретения является повьшение точности и упрощение настройки толщиномера за счет использования в качестве органов настройки переменных резисторов и схемы автоматической подстройки частоты генератора в паузы между измерениями . Автоматическая подстройка частоты происходит по сигналу Uj со схемы 10 управления. При этом замыкаются управляемые ключи 27 и 21, с фазочувствительного летектора 26 на регулятор 28 перестраиваемого генератора 29 поступает напряжение, пропорциональное изменению частоты генератора 29. Происходит перестройка генератора 29. При измерении толщины изделия по сигналам с дешифратора 19; соответствующим узлам аппроксимации, ключи 21 - 21,) поочередно включают а в частотозадающую цепь генератора 29 переменные резисторы 202-20(„+,) , каждый из которых настроен на требуемую частоту аппроксимации. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТАХ«Х

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (!% (И) (51) 4 (01 В 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

7к

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕВЬСТВУ

t (21) 4163759/25-28 (22) 18.12.86 (46) 30.09.88. Бюл. > 36 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола и Львовский лесотехнический институт (72) В.Г.Брандорф и В.Л.Котляров (53) 620.179 .14 (088.8) (56) Брандорф В.Г. Интегрирующий электромагнитный толщиномер. - Дефектоскопия, Ф 12, 1981, с.67-77. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИНТЕГРИРУЮЩИЙ

ТОЛЩИНОМЕР (57) Изобретение может быть использовано для толщинометрии крупногабаритных неферромагнитных изделий. Целью изобретения является повьппение точности и упрощение настройки толщиномера за счет использования в качестве органов настройки переменных резисторов и схемы автоматической подстройки частоты генератора в паузы между измерениями. Автоматическая подстройка частоты происходит по сигналу U со схемы 10 управления. При этом замыкаются управляемые ключи 27 и 21, с фазочувствительного детектора 26 на регулятор 28 перестраиваемого генератора 29 поступает напряжение, пропорциональное изменению частоты генератора 29. Происходит перестройка генератора 29. При измерении толщины иэделия по сигналам с дешифратора 19, соответствующим узлам аппроксимации, ключи 21 — 21<„+,1 поочередно включают в частотозадающую цепь генератора 29 переменные резисторы 20 -20 „„1, каждый из которых настроен на требуемую частоту аппроксимации. 3 ил .

14? 7165

Изобретение относится к средствам измерения толщины и может быть использовано для толщинометрии крупногабаритных неферромагнитных„изделий, 5 например оболочек.

Цель изобретения — повышение точности измерения и упрощение настройки толщиномера за счет использования в качестве органов настройки переменных 10 резисторов и использования схемы автоматической подстройки частоты генератора в паузы между измерениями, На фиг,1 изображена функциональная схема толщиномера; на фиг.2 — времен- 15 ные диаграммы сигналов в его цепях; на фиг.3 — функциональная схема схемы управления.

Толщиномер содержит соединенные последовательно источник 1 постоянно- ?0

ro напряжения, резистор 2, обмоткч 3 возбуждения и первый управляемый ключ 4, второй вывод которого соединен с вторым выводом источника 1 постоянного напряжения, соединенные пос" ледовательно индукционный преобразователь 5, буферный усилитель 6, второй управляемый ключ 7, интегратор 8, компаратор 9 и схему 10 управления, первый и второй выходы которой соединены с управляюшими входами соответственно первого управляемого ключа 4 и второго управляемого ключа 7, третий ключ 11, подключенный к общей точке обмотки 3 возбуждения и резистора 2 и входу интегратора 8, клемму 35

12, предназначенную для подключения переменного напряжения, соединенные последовательно формирователь 13 импульсов и первый делитель 14 частоты, выходы которого соединены соответст" 40 венно с вторым и третьим входами схемы 10 .управления, соединенные последовательно генератор 15 с автоматической подстройкой частоты, схему

2И-HE 16, второй вход которой соеди- 45 нен с третьим выходом схемы 10 управления и управляющим входОм третьего управляемого ключа 11, счетчик .17, второй вход которого соединен с четвертым выходом схемы 10 управления, 50 и индикаторный регистр 18, первый вход которого соединен с пятым выходом схемы 10 управления,.дешифратор

19, входы которого соединены с выхо" дами счетчика 17, (и+1) переменных резисторов 20,-20 „+,1 > (и+1) управляемых ключей 21, — 21(Ä+,1, каждый из которых соединен последовательно с соответствующим переменным резистором 20, -20 „,<1 > образуя (п+1) цепочек, соединенных между собой параллельно> соединенные последовательно первый инвертор 22, вход которого соединен с шестым выходом схемы 10 управления и управляющим входом управляемого ключа 21, из первой цепочки, и схему 2И 23, второй вход которой соединен с первым входом дешифратора 19, а выход — с управляющим входом управляемого ключа 21 из второй цепочки.

Генератор 15 с автоматической подстройкой частоты выполнен в виде соединенных последовательно кварцевого генератора 24, второго делителя

25 частоты, фазочувствительного детектора 26, управляемого ключа 27, управляющий вход которого является входом генератора 15 с автоматической подстройкой частоты и соединен с шестым выходом схемы 10 управления, регулятора 28 и перестраиваемого генератора 29. В частотозадающую цепь перестраиваемого генератора 29 включены цепочки из переменных резисторов 20, -201„+,1 и управляемых ключей

21>-211,„+,1 . Выходы дешифратора 19 с второг; по п-й соединены соответст- . венно с управляющими входами ключей

21-„-21 („„) Схема 10 управления выполнена в виде соединенных последовательно R-Sтриггера 30, R-вход которого является первым входом схемы 10 управления, схемы И 31, выход которой является третьим выходом схемы 10 управления, и второго инвертора 32, выход которого является шестым выходом схемы 10 управления, третьего инвертора 33, вход которого является вторым входом схемы 10 управления, а выход соединен с вторым входом схемы И 31, соединенных последовательно четвертого инвертора 34, вход которого является третьим входом и первым выходом схемы 10 управления и соединен с S-входом триггера 30 и третьим входом схемы

И 31, а выход является вторым выходом схемы 10 управления, и первой дифференцирующей цепи 35, выход которой является пятым выходом схемы 10 управления, второй дифференцирующей цепи 36, вход которой соединен с входом третьего инвертора 34, а выход является четвертым выходом схемы 10 управления.

1427165

Толщиномер работает следующим образом.

Обмотку 3 возбуждения и индукционный преобразователь 5 поля накладывают соосно на разные стороны объекта контроля (не показан). На клемму 12 подается напряжение U (например, от вторичной обмотки силового трансформатора блока питания толщиномера) и на выходе формирователя 13 импульсов возникает прямоугольное напряжение 11 (С =20 мс), поступающее на вход делителя 14 частоты. Количество разрядов этого делителя выбирается из следующего условия: полупериод прямоугольных импульсов его последнего разряда должен быть. больше длительности переходных процессов . „„ в контуре тока i(t) источника 1 пос-! тоянного напряжения и в контуре вих. ревых токов в неферромагнитном объек,те контроля.

l..

СигHBJl U с формируется из сетево» го напряжения U путем деления частоты Б „. на два, Этот сигнал формируется в качестве промежуточного, из . которого путем последующего деления частоты на два формируется сигнал

U4 и U< . Эти два сигнала поступают

C сс на выходы делителя 14 частоты, откуда они поступают на второй и третий входы схемы 10 управления.

Схема 10 управления включает и

1 выключает ключ 4 сигналом U<- . В момент совпадения сигнала U>-, и сигнала 044., поступающего на второй вход

" с схемы И 31 через инвертор 33 с второго входа схемы 10 управления, на выходе схемы И и третьем выходе схемы 10 управления появляется "1" и начинается интервал ь„. Включается управляемый ключ 11. Когда триггер

30 сигналом компаратора 9 переключит" ся в "0", интервал а„ закончится и управляемый ключ 11 разомкнется. При включенном управляемом ключе 11 включены ключи 21, 27 и наоборот. При включенном управляемом ключе 4 включен управляемый ключ 7 и наоборот.

Дифференцированием переднего и заднего фронтов сигнала Ug, с помощью дифференцирующих цепей 35 и 36 получают короткие импульсы U и U на четвертом и пятом выходах схемы 10 управления.

На фиг.2 показан случай, когда количество разрядов первого делителя

14 частоты равно трем и напряжения

U4 и U с выходов его предпослед с

С него и последнего разрядов с периода" ми следования 80 и 160 мс подаются на второй и третий входы схемы 10 управления. При укаэанных значениях периодов полупериод тока i(t) равен

80 мс, и при толщине электропроводящих включений Т 6 50 мм, которые мо10 гут располагаться в стенке контроли" руемого иэделия, показания толщиномера не зависят от их наличия. Если

Т 50 мм, то количество разрядов первого делителя 14 частоты должно быть увеличено для сохранения укаэанного -выше условия.

На временных интервалах перехода тока i(t) от одного стационарного значения к другому в обмотке индукционного преобразователя наводятся импульсы ЭДС e(t,T„),(Ò„ — значение измеряемой толщины), которые поступают на вход буферного усилителя 6, служащего для обеспечения режима хо2б лостого хода этой обмотки и получения низкого выходного сопротивления.

Непосредственно перед моментом выходное напряжение интегратора 8

U (t)=0. В момент t размыкается уп". равляемый ключ 4 и замыкается управляемый ключ 7. Отрицательный импульс

e(t,Ò„) интегрируется интегратором 8.

В момент t=t + „„ переходные процессы завершаются и Uб,() становится неиз,менным: U (t)=-U (Т„) .

В момент t< размыкается управляемый ключ 7 и замыкается управляемый ключ 4, вновь возникает ток i(t)

Так как вход интегратора 8 отключен, 40 то его выходное напряжение не изменяется. К моменту и замыкания управляемого ключа 11 ток i(t) становится постоянным и в этот момент интегратор

8 начинает интегрировать положитель4> ное постоянное напряжение, снимаемое с резистора 2. Напряжение U,(t) уменьшается по линейному закону до момента t» когда U5(t )=О» что вызывает срабатывание компаратора 9, воздействующего на первый вход схемы 10 уп50 равления так, что управляемый ключ

11 размыкается. Это состояние рассмотренной части схемы остается неизменным до момента t начала следующего аналогичного цикла работы.

Интервал времени

"".õ„==7„(T„) =t„-t =М() /R (1) где N(T„) — коэффициент взаимоиндукции между обмотками 3 И 5;

5 14271

К вЂ” величина сопротивления резистора 2 (выходная величина преобразователя толщины T в интервал времени ь )

Ьлагодаря тому; что время интегрирования е (t,Ò ) кратно периоду С обеспечивается высокая помехозащита преобразования Т„ —

10.

Преобразование Т„ — в- „, как следует из (1), является нелинейным и дпя линеаризации сквозной градуировочной характеристики служит остальная часть схемы. Линеаризация осуществляется методом кусочно-линейной аппроксимации. Для конкретного преобразователя толщины в интервал времени в заданном диапазоне измеряемых толщин Т,„ сТ„ 6 Т„„ экспериментально полу20 чают градуировочную харакч еристику ь „(Т„) . Затем из условия 5 6 Е„(8 3„) реализуемая и заданная погрешность от нелинейности, соответственно раз. бивают диапазон (Т, Т 1 на примыкаемые интервалы.

На, временных интервалах ь д„ч межГ ду соседними импульсами С„ключи 21< и 27 замкнуты и совокупность функциональных узлов 20, 21,, 24-29 и связей между ними образуют стандартную схему АПЧ. При этом замкнуто кольцо обратной связи с выхода перестраивае" мого генератора 29 на второй вход фазочувствительного детектора 26.

Работа АПЧ заключается в подаче на вход перестраиваемого генератора 29 такого напряжения, чтобы частота этого генератора была равна частоте на выходе второго делителя 25. При этом в частотозадающей цепи генератора 29 40 включен резистрр 20 .

Управление перестраиваемым генератором 29 при размыкании управляемых ключей 21, и 27 происходит только путем изменения величины резисторов 45

20 — 20 „„,1 в его частотозадающей цепи, так как при этом напряжение на его входе оказывается неизменным, обеспечивающим устранение влияния изменения его параметров. Таким обра" 50 эом, с помощью контура АПЧ происходит периодическая автоматическая калибровка перестраиваемого генератора 29, что позволяет повысить стабильность этого генератора как устройства, за- 55 дающего частоты, необходимые для работы толщиномера.

В момент t импульс Uf с четвертого выхода схемы 10 управления уста65 6 навливает счетчик 17 в состояние, соответствующее показанию Т>, и на первом выходе дешифратора 19 возникает сигнал " 1" (1), В момент t перехода Ug от уровня "1" к уровню "0" на выходе инвертора 22 устанавливаетI ся уровень "1, что вызывает появление единицы на выходе схемы 2И 23.

Таким образом, в этот момент ключи

21„ и 27- размыкаются, ключ 21< замыкается, цепь АПЧ размыкается, на выходе регулятора 28 сохраняется напряжение управления генератором 29.

Вместо резистора 20< в частотозадающий контур этого генератора включается резистор 20 . Таким образом, в момент t выходная частота генератора 29 становится равной f, . Через схемы 2И-НЕ 16 на счетный вход счетчика 17 поступает последовательность импульсов с частотой следования

Путем изменения величины резистора

20 при настройке толщиномера частоту f выбирают такой, что при изменении толщины на величину АT=Т„ -Т„,," Т,) — нижняя граница последнего интервала, равную значению последнего. интервала аппроксимации, состояние счетчи:.а будет соответствовать значению Т,„„. !

В момент tI состояние счетчика 17 будет соответствовать значению Т

Это состояние дешифрируется, управляемый ключ 21 размыкается, управляемый ключ 21 замыкается. Взамен резистора 20 в частотозадающий контур генератора 29 вводится резистор 20 .

На вход счетчика 17 поступает последовательность импульсов с частотой

f, настраиваемой аналогично с помощью резистора 20 . Таким образом, осуществляется настройка всех резисторов 20 -20(31+ 1, В процессе измерений смена частот завершается в момент окончания импульса U „„ °

В момент t импульс Uр поступает с выхода е системы 10 управления на вход "Записьи индикаторного регистра

18 и значение измеренной толщины T„ индуцируется его индикатором, Последовательность импульсов U поступивших на вход счетчик- 17, йоказана на фиг.2 (N„,N, ...,,N„ . - коГ личества импульсов соответствующих частот). формул а изобретения

Электромагнитный интегрирующий толщиномер, содержащий соединенные

14271б5 последовательно источник постоянного напряжения, резистор, обмотку возбуждения и первый управляемый ключ, второй вывод которого соединен с вторым выводом источника поСтоянного напряжения, соединенные последовательно индукционный преобразователь, буферный усилитель, второй управляемый ключ, интегратор, компаратор и схему управления, первый и второй выходы которой соединены с управляющими входами соответственно первого и второго ключей, третий управляемый ключ, включенный между общей точкой обмотки 1r„ возбуждения и резистора и входом интегратора, соединенные последовательно формирователь импульсов, предназначенный для подключения к источнику переменного напряжения, и первый делитель частоты, выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами схемы управления, соединенные последовательно генератор с автоматической подстройкой частоты, 25 схему 2И-HE второй вход которой соединен с третьим выходом схемы управления и управляющим входом третьего ключа, счетчик, второй вход которого соединен с четвертым выходом ЗО схемы управления, и индикаторный регистр, первый вход которого соединен с пятым выходом схемы управления, и дешифратор, входы которого соединены с .выходами счетчика, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения настройки, он снабжен {и+1) переменными резисторами, (и+1) управляемыми ключами, каждый из которых соединен последовательно с соответствуюшим переменным резистором, образуя (и+1) соединенных между собой параллельно цепочек, соединенными последовательно инвертором, вход которого соединен с шестым выходом схемы управления и управляющим входом ключа первой цепочки, и схемой 2И, второй вход которой соединен с первым выходом цешифратора, а выход — с управляющим входом ключа второй цепочки, генератор с автоматической подстройкой частоты выполнен в виде соединенных последовательно кварцевого генератора, второго делителя частоты, фазочувствительного детектора, ключа, управляющий вход которого является входом генератора с автоматической подстройкой частоты и соединен с шестым выходом схемы управления, регулятора и перестраиваемого генератора, выход которого соединен с вторым входом фазочувствительного детектора и является выходом генератора с автоматической подстройкой частоты, а в частотозадающую цепь перестраиваемого генератора включены цепочки из переменных резисторов и ключей, второй— и-й выходы дешифратора соединены соответственно с управляющими входами ключей третьей — (n+1)-й цепочек.

Составитель И,Иванюшенко

Редактор М.Петрова Техред M.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Заказ 484 1/35 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4