Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер
Изобретение относится к неразрушающему контролю, а именно к средствам ультразвуковой толщинометрии, используемым в машиностроении, авиастроении , энергетике и других отраслях народного хозяйства. Целью изоб- I ретения является повьшение точности измерения и производительности контроля путем введения автоматической установки нуля диапазона измерения и сигнала коррекции. Автоматическая установка нуля обеспечивается с помощью юстировочного образца, значение толщины которого выбрано численно равным значению скорости распространения ультразвука в нем. Процесс измерения толпцаны разбивается на три этапа: в первом вводится з начение скорости распространения ультразвука в материале , во втором автоматически вычис сляется и запоминается корректирующий коэффициент, а в третьем измеряется толщина контролируемого образца , проводится автоматическая или ручная коррекция начала цифровой шкалы диапазона измерения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (sp 4 С 01 В 17/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4228316/25-28 (22) 13.04.87 (46) 30.10.88. Бюл. В 40 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по разработке неразрушающих методов и средств контроля качества материалов (72) В.Л. Тарасенко, В.А. Калинин и Л.Б. Цеслер (53} 620.179. 16(088.8) (56) Заявка ФРГ И 3209838, 1983.
Ультразвуковой толщиномер УГ-93П:
Руководство по эксплуатации ЩЮ2.787011. — Кишинев, завод "Электроточприбор", с. 14-32. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХО-ИМПУЛЬСНЫЙ
ТОЛЩИНОМЕР (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю, а именно к средствам ультразвуковой толщинометрии, используемым в машиностроении, авиа„„Я0„„1434245 А 1 строении, энергетике и других отраслях народного хозяйства. Целью изоб ретения является повышение точности измерения и производительности конт" роля путем введения автоматической установки нуля диапазона измерения и сигнала коррекции. Автоматическая установка нуля обеспечивается с помощью юстировочного образца, значение толщины которого выбрано численно равным значению скорости распространения ультразвука в нем. Процесс измерения толщины разбивается на три этапа: в первом вводится значение скорости распространения ультразвука в матери-. але во втором автоматически вычир сляется и запоминается корректируюИий коэффириеит, а в третьем измеряется толщина контролируемого образца, проводится автоматическая ипи . С ручная коррекция начала цифровой шкалы диапазона измерения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
1434245
Изобретение относится к технике неразрушающего контроля„,а именно к средствам ультразвуковой толщинометрии, используемым в машиностроении, авиастроении, энергетике и других отраслях народного хозяйства.
Цель изобретения — повьш ение точности измерения и производительности контроля путем введения автоматической установки нуля диапазона измерения и сигнала коррекции, На.чертеже представлена функциональная схема ультразвукового эхоимпульсного толщиномера.
Ультразвуковой эхо-иь пульсный толщиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2 импульсов возбуждения, ультразвуковой преобразователь 3 с юстировочным образцом 4, усилитель 5,. формирователь 6 измерительных импульсов,, перВыи коммутатор гр пеpBMG схему И Яу первый счетчик 9, последовательно соединенные второй счетчик 10, пер1 вый регистр 11 памяти„.дешифратор 12
25 и цифровой индикатор 13 электронную схему 14 задержки, входом подключенную к выходу генератора 2 импуль" сов возбуждения, вторым входом - к второму выходу формирователя 6 изме- 30 рителькых импульсов, а выходом -- к второму входу усилителя 5, выход генератора 2 импульсов возбуждения подключен к второму входу формирователя
6 измерительных импульсов, формиро- у ватель 15 калибровочных импульсов, входами подключенный к второму и третьему выходам синхронизатора 1, а выходом — к второму í::opy первого коммутатора 7, генератор 16 счетных импульсов, выходом подключенный к
Второму вход первои сх;=ль И 8 фоомирователь 17 стартовых импульсов„ входом подключенный к третьему выходу синхронизатора 1 и вторым входам дешифратора 12 и цифрового генератора 13, первым выходом — к третьему входу формирователя 6 измерительных импульсов, вторым выходом — к второму входу первого счетчика 9 и первому входу второго счетчика 10 формФф>ователь 18 импульсов перезаписи, первым входом подключенный к третьему выходу синхронизатора 1, выходом - к второму входу первого
5D регистра 11 памяти, а третьим входом к выходу nepaoro коммутатора 7, переключатель 19, входом подключенный к выходу формирователя 19 импульсов перезаписи, последовательно соединенные первый электронный ключ 20, второй регистр 21 памяти, третий счетчик 22, выходом подключенный к первому входу мультиплексора 23, вторым входом подключенного к общей шине, а выходом — к второму входу второго счетчика 10, выходом соединенного с вторым входом второго регистра 21 памяти, первый вход первого электронного ключа 20 подключен к выходу формирователя. 18 импульсов перезаписи, вторым входом подключенного к второму выходу формирователя
17 стартовых импульсов, второй электронный ключ 24, выходом подключенный к второму входу третьего счетчика 22, первым входом - к второму выходу формирователя 17 стартовых импульсов, второй коммутатор 25, выходом подключенный к третьему входу второго счетчика 10, первым и вторым входами — к первому и второму выходам первого счетчика 9, третий коммутатор
26, первым входом соединенный с вторым выходом первого счетчика 9, а выходом — с входом формирователя 27 сигналов коррекции, первым и вторым выходами подключенного соответственно к третьему и четвертому входам третьего счетчика 22, первый, второй и третий выходы переключателя 19 подключены к третьим, четвертым и пятым входам первого 7 и второго 25 коммутатора, вторые входы первого 20 и второго 24 электронных ключей подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя 19, второй вход третьего коммутатора 26 подключен к второму выходу переключателя 19, третьим выходом подключенно" го к входу схемы 28 управления, первым и вторым выходами подключенной соответственно к третьему и четвертому входам мультиплексора 23. формирователь 27 сигналов коррекции содержит последовательно соединенные первый формирователь 29 одиночных импульсов, формирователь 30 задержанных импульсов, вторую схему
И 31 и схему ИЛИ 33, вторым входом подключенную к выходу второго формирователя 33 одиночных импульсов.
Выход первого формирователя 29 одиночных импульсов, подключенный к второму входу второй схемы И 31, является первым выходом формирователя 27 сигналов коррекции. Выход и третий
1434245 вход схемы ИЛИ 32 являются соответственно вторым выходом и входом формирователя 27 сигналов коррекции.
Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер работает в трех режимах:
I режим — ввод значения скорости
С распространения ультразвука в материале;
II режим — автоматическое вычисление и запоминание корректирующего
10 значения;
III режим — измерение толщины, автоматическая и ручная коррекция начала цифровой шкалы диапазона измере15 ний.
Режимы I u II используются при выполнении операций юстировки конца и начала цифровой шкалы диапазона измерений. Переключение режимов осуществляется сигналом "1", поступающим с выходов 1, 2 и 3 переключателя 19.
В первом режиме переключатель 19 установлен-в первую позицию. При этом на его первом выходе присутствует уровень "1" при уровнях "0" на втором и третьем выходах.
В начале измерительного цикла стар1 товь1м импульсом, поступающим с выходов формирователя 17, устанавливается в исходное состояние формирователь б измерительных импульсов и обнуляются первый 9 и второй 10 счетчики. При этом обнуление второго счетчика 10 производится через мультиплексор 23, открытый для прохождения через него уровня "0", поступающим на его третий вход с первого выхода схемы 28
/ управления сигналом "1", который формируется при работе в режимах I u II.
Из сигналов, поступающих с выходов щ
2 и 3 синхронизатора 1, формирователь
15 опорных импульсов формирует калибровочные импульсы со стабильной длительностью, поступающие на второй вход первого коммутатора 7. Сигнал "1" по- 5 ступает с выхода 1 переключателя 19 на вход 3 первого коммутатора 7. При этом калибровочные импульсы пропускаются первым коммутатором 7 на первый вход первой схемы И 8, открывая ее для счетных импульсов, поступающих с генератора 1б счетных импульсов на второй вход первой схемы И 8.
Генератор 16 счетных импульсов работает асинхронно по отношению к фронтам измерительных импульсов, следующих с выхода первого коммутатора 7.
Счетные импульсы, пропускаемые первой схемой И 8 в течение времени действия измерительного импульса (1 такт измерений), поступают с выхода последней на первый вход первого счетчика 9, выполняющего функцию делителя частоты. На третий вход второго коммутатора 25 поступает сигнал "1" с первого выхода переключателя 19, открывающий второй коммутатор 25 для прохождения счетных импульсов, поступающих íà его первый вход с первого выхода первого счетчика 9. С выхода второго коммутатора 25 счетные импульсы поступают на счетный третий вход второго счетчика 10. Накопление числа счетных импульсов в счетчике 10 происходит в течение измеD рительного цикла, который формируется стартовыми импульсами и импульсами перезаписи, поступающими с выходов соответствующих формирователей
17 и 18. В конце измерительного цикла, содержащего 2" измерительных тактов с выхода формирователя 18 импульсов перезаписи на второй вход первого регистра 11 памяти поступает импульс перезаписи, в результате чего цифровая информация, содержащаяся во втором счетчике 10 поступает на первый вход первого регистра 11 памяти и перезаписывается в него.
Дешифратор 12 преобразует в соответствующий код цифровую информацию, поступающую на его первый вход с выхода первого регистра 11 памяти, и подает ее на первый вход цифрового индикатора 13. В случае использования жидкбкристаллического индикатора с целью обеспечения его нормальной работы на второй вход индикатора
13 и дешифратора 12 с третьего выхода синхронизатора 1 поступают прямоугольные импульсы со скважностью 2.
Формирование импульса перезаписи в формирователе 18 происходит после поступления на его третий вход 2 измерительных импульсов с выхода первого коммутатора 7, начиная с момента поступления стартового импульса с второго выхода соответствующего формирователя 1? на второй вход формирователя 18 импульсов перезаписи.
На первый вход формирователя 18 импульсов перезаписи поступают тактовые импульсы с третьего выхода синхронизатора 1. Первый электронный ключ 20 открыт сигналом "1", поступающим с первого выхода переключателя 19, импульс перезаписи пропускается первым электронным ключом 20
6 на первый вход второго регистра 21 памяти, вследствие чего осуществляется перезапись информации с выхода второго счетчика 10 во второй регистр
21 памяти.
Итогом работы в первом режиме является индикация с запоминанием вводимого значения скорости распространения ультразвука и его запоминание
Во ВТор0М регистре 21 памяти, В режиме II переключатель 19 ус-! тановлен во вторую позицию ("1" на втором выходе, Π— на первом и третьем выходах), Установка в исходное состояние в начале. измерительного цикла формиро- . вателя 6 измерительных импульсов, обнуление первого и второго счетчиков
9 и 10 осуществляются так же, как и при работе в режиме IВ начале измерительного цикла стартовые импульсы поступают с соответствующего формирователя 17 на второй вход третьего счетчика 22 через второй электронный ключ 24, открытый для прохождения данного сигнала. сигналом "1", поступающим на второй вход второго электронного ключа 24 с второго выхода переключателя 19, благодаря чему производится перезапись значения скорости распространения ультразвука из второго регистра 21 памяти ва второй счетчик 22.
Синхраимпульсом, поступающим с синхронизатора 1, запускается генератар 2 импульсов возбуждения, формирующий высоковольтный импульс с . крутыи передним фронтам, используемый для возбуждения ультразвукового преобразователя 3, пьезоэлемент которого через хинию задержки (например, защитный протектор) акустически связан с юстировочным образцом 4. Приня1 тый ультразвуковым преобразователем эхо-сигнал, отраже,-::ный ат г ративополажнай поверхности юстиравочнога образца 4, усиливается селективным усилителем 5 и поступает на первый вход формирователя 6 измерительных импульсов, на второй вход которого поступают импульсы с генератора 2 вазбр анпцих импульсов, Временная селекция эхо=сигналов осуществляется в селективном усилителе 5 импульсаии, поступающими на его второй вход с выхода электронной схемы 14 задержки,.Электронная схема 14 задерж кн запускается импульсами, поступающими на ее первый и второй входы с генератора 2 импульсов возбуждения и второго выхода формирователя 6 измерительных импульсов. С выхода формирователя 6 измерительные импульсы, длительность которых пропорциональна толщине образца, поступают на первый вход первого электронного коммутатора 7. На вход 4 первого электронного коммутатора 7 с второго выхода переключателя 19 поступает сигнал
"1", открывающий первый электронный коммутатор 7 для прохождения измерительных импульсов, поступающих на его первый вход. С выхода первого электронного коммутатора 7 измерительные импульсы поступают на первый вход первой схемы И 8, открывающие ее для прохождения сигнала с выхода генератора 16 счетных импульсов. Таким образом, на выходе первой схемы И 8 каждый такт формируются счетные импульсы, поступающие на первый вход первого счетчика 9, с второго выхода которого счетные импульсы поступают на второй вход второго коммутатора 25. С второго выхода переключателя 19 на четвертый вход второго коммутатора 25 поступает сигнал "1", открывающий второй коммутатор 25 для прохождения сигнала, поступающего на его второй вход. С выхода второго коммутатора 25 счетные импульсы по" ступают на счетный третий вход второго счетчика 10. Работа. элементов
10-13 полностью идентична их работе в режиме I. При этом на цифровом индикаторе 13 индицируется число S щ +
+ S3. в, где S — толщина юстировочного образца (мм), численно равная значению С@, скорости распространения ультразвука в материале {м/с); 8,укв приращение показаний толщины (мм), обусловленное задержками времени в электронно-акустическом тракте ультразвукового толщиномера, выраженное в виде эквивалентной толщины.
Счетные импульсы с второго выхода первого счетчика 9 поступают также на первый вход третьего коммутатора
26, который открыт сигналом 1", поступающим с второго выхода переключателя 19 на его второй вход. С вы" хода третьего коммутатора 26 счетные импульсы пропускаются схемой ИЛИ 32 на счетный четвертый вход третьего счетчика 22. Третий счетчик работает в режиме вычитания, выполняя действие С вЂ” (S щ + Я1 двв) . l 434
Так как у юстировочного образца обеспечивается численное равенство
S = С, то в.конце измерительного цикла в третьем счетчике 22 остается значение S>,„, выраженное в до5 полнительном коде °
В режиме III переключатель 19 на" ходится в третьей позиции, что соответствует наличию уровня "1" на третьем его выходе, а на первом и втором выходах — уровня "0".
Установка формирователя б измерительных импульсов в исходное состоя ние и обнуление первого счетчика 9 осуществляется так же, как и при работе в первом и втором режимах. . Мультиплексор 23 открыт для прохождения сигналов с выхода третьего счетчика 22 на второй вход второго счетчика 10 сигналом "1", поступаю20
1 щим на четвертый вход мультиплексора
i23 с второго выхода схемы 28 управдения.
Элементы 1-14, 16-18 ультразвуко-:вого толщиномера работают так же, как и в режиме II, с тем отличием, что первый коммутатор 7 и второй коммутатор 25 открыты для прохождения тех же сигналов сигналом "1", поступающим с третьего выхода переключателя 19.
В начале измерительного цикла во второй счетчик 10 через мультиплексор 23 переписывается значение $, нп, хранящееся в третьем счетчике 22, 35 при поступлении на первый вход второго счетчика 10 стартового импульса со второго выхода соответствующего формирователя 17.
Поскольку значение S 3 Устройство 27, включающее элемен= ты 29-33, позволяет вручную откоррек- 50 тировать значение S y з, хранящееся в третьем счетчике 22, что позволяет скомпенсировать погрешность изготовления юстировочного образца 4. При коррекции значения S y.çê в сторону уменьшения одиночные импульсы поступают с второго формирователя 33 одиночных импульсов, запуска245 8 г . емого оператором при помощи кнопки через схему ИЛИ 32 на счетйый вход третьего счетчика 22„ и вычитаются из числа, хранящегося в нем. При коррекции значения S > „, в сторону увеличения одиночные импульсы поступают с первого формирователя 29 ;одиночных импульсов, запускаемого оператором при помощи кнопки, на входы формирователя 30 задержанных импульсов, второй схемы И 31 и управляющий третий вход третьего счетчика 22, реверсируя работу последнего из режима вычитания в режим суммирования на время прохождения одиночного импульса на четвертыи счетный вход третьего счетчика 22. При этом значение S>. „, увеличивается на единицу. Таким образом, использование предложенного устройства повьппает точность и производительность контроля. Формула изобретения 1. Ультразвуковой эхосимпульсный толщиномер, содержащий юстировочный образец, последовательно соединенные синхронизатор., генератор импульсов возбуждения, ультразвуковой преобразователь с возможностью установки на юстировочном образце, усилитель, формирователь измерительных импульсов, первый коммутатор, первую схему И и первый счетчик, последовательно соединенные второй счетчик, первый регистр памяти, дешифратор и цифровой индикатор, электронную схему задержки, входом подключенную к выходу генератора импульсов возбуждения, формирователь калибровочных импульсов, входами подключенный к второму и третьему выходам синхронизатора, а, выходом — к второму входу первого ! коммутатора, генератор счетных импульсов, выходом подключенный к второму входу первой схемы И, формирователь стартовых импульсов, входом подключенный к третьему выходу синхронизатора и вторым входам дешифратора и цифрового индикатора, первым выходом — к третьему входу формирователя измерительных импульсов, вторым выходом — к второму входу первого счетчика и первому входу второго счетчика, формирователь импульсов перезаписи, первым входом подключенный к третьему выходу синхронизатора, выходом — к второму входу первого регистра памяти, а третьим входом— 1434245 )О к выходу первого коммутатора, и переключатель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности, он снабжен последовательно соединенными первым электронным ключом, вторым регистром памяти, третьим счетчиком и мультиплексором, выходом подключенным к второму входу второго счетчика, выходом сое- 1р, диненного с вторым входом второго регистра памяти, второй вход мультиплексора подключен к общей шине, пер-! . вый вход первого электронного ключа, :подключен к выходу формирователя им- 15 ! пульсов перезаписи, вторым входом подключенного к второму выходу фор. мирователя стартовых импульсов, фор-! мирователем сигналов коррекции, вто рым электронным ключом, выходом под- 2р ключенным к второму входу третьего :,счетчика, первым входом — к второму :выходу формирователя стартовых им, пульсов, вторым коммутатором, выходом подключенным к третьему входу второго25 счетчика, первым и вторым входами, подключенным соответственно к первому и второму выходам первого счетчика, третьим коммутатором, первым вхо, дом соединенным с вторым выходом пер- gp, вого счетчика, а выходом — с входом, формирователя сигналов коррекции,,, первым и вторым выходами подключенно го соответственно к третьему и чет-! вертому входам третьего счетчика, первый, второй и третий выходы пере.,ключателя соответственно подключены к третьим, четвертым и пятым входам, первого и второго коммутатора, вход переключателя подключен к выходу формирователя импульсов перезаписи, вторые входы первого и второго электронных ключей подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя, второй вход третьего коммутатора подключен к второму выходу переключателя, схемой управления, выходами подключенной к третьему и четвертому входам мультиплексора, а входом — к третьему выходу переключателя, выход электронной схемы задержки подключен к второму входу усилителя, а второй вход — к второму выходу формирователя измерительных импульсов, вторым входом подключенным к выходу генератора импульсов возбуждения, а толщина юстировочного образца выбрана из условия S = С„, где С,о скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале юстировочного образца. 2. Толщиномер по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что формирователь сигналов коррекции выполнен из последовательно соединенных первого формирователя одиночных импульсов, формирователя задержанных импульсов, второй схемы И и схемы ИЛИ, второй вход которой является входом формирователя сигналов коррекции, подключенный к третьему входу схемы ИЛИ второго формирователя одиночных импульсов, выход первого формирователя одиночных импульсов подключен к второму входу второй схемы И,, и является первым выходом формирователя сигналов коррекции, а выход схемы ИЛИ является вторым выходом формирователя сигналов коррекции. 1434245 Составитель В.Кольцов Техред Л.Сердюкова Корректор И.Муска Редактор Л.Пчолинская Заказ 5542/4 1 Тираж 680 Подписное ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4
