Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер

 

Изобретение относится к ультразвуковой толщинометрии. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет кратного растягивания интервала времени, пропорционального толщине изделия. Кратность растягивания временного интервала определяется коэффициентом пересчета счетчика фиксированного числа и не зависит от нелинейностей и нестабильностей генераторов тока. Кроме того, толщиномер снабжен каналом калибровки, учитывающим изменения скорости распространения звука в изделии. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!Е III) А1 (у)у 6 О1 В 17/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П1НТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (к ".,ий (21) 4491347/25-28 (22) 10,10.88 (46) 30,08,90, Бюл, Р 32 (71) Каунасский политехнический институт им, Антанаса Снечкуса (72) Й,IO.Раманаускас (53) 531ф717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И - 1364867, кл, G 01 В.17/03,, 1986.

Королев М.В, Эхо-импульсные толщиномеры. И,: Машиностроение, 1980, с. 79-87.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения тол» шины изделйй с односторонним досту» пом к поверхности.

Целью изобретения является повы» шение точности измерения толщины за счет кратного растягивания интервала времени, пропорционального толщине изделия °

На фиг,l показана функциональная схема предлагаемого ультразвукового эхо-импульсного толщиномера; на фиг,2 - зависимости напряжений от времени в различных точках функциональной схемы толщиномера; на фиг,3» принципиальная электрическая схема ключевого управляемого генератора импульсов (КУГИ); на фиг.4 - прин2 (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХО-ИМПУЛЬСНЫЙ

ТОЛЩИН ОИЕ Y (57) Изобретение относится к ультразвуковой толщинометрии. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет кратного растягивания интервала времени, пропорционального толщине изделия ° Кратность растягивания временного интервала определяется коэффициентом пересчета счетчика фиксированного числа и не зависит от нелинейностей и нестабильностей генераторов тока, Кроме того, толщиномер снабжен каналом калибров-. ки, учитывающим изменение скорости распространения звука в изделии.

I з,и. ф-лы, 4 ил. ципиальная схема блока сравнения временного положения импульсов, Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор I, прием но-передающий блок (ППБ) 2 и акусти» ческий блок 3, преобразователь 4 масштаба времени, который состоит из последовательно соединенных счетчика 5 фиксированногo числа, вход установки в исходное состояние которого соединен с выходом начала отсчета

1 времени ППБ 2, первого ключевого управляемого генератора 6 импульсов (КУГИ), выход которого подсоединен к счетному входу счетчика 5 фиксированного числа, первого блока 7 сравнения временного положения импульсов(БСВПИ), второй сравнивающий вход ко1589052 торого соединен с выходом конца отсчета времени ППБ 2, а вход установки и исходное состояние соединен с синхронизатором 1, и первого фильтра

8 нижних частот (ФНЧ), выход которо го соединен с управляющим входом первого КУГИ б, последовательно соединенные приемник 9 головных волн, который установлен на фиксированном 10 расстоянии от акустического блока 3, и усилитель 1.0, преобразователь 11 время КОд из пОследовательнО со» единенных второго КУГИ 12, вход запуска которого соединен с выходом счетчика 5 фиксированного числа, и счетчика 13, вход установки в исходное состояние которого соединен с синхронизатором 1, последовательно, соединенные дешифратор 14 фиксирован- 2О ного числа, блок 15 задержки, второй

БСВПИ 16, второй вход которого соединен с усилителем 10, а вход установки в исходное состояние соединен с синхронизатором 1, второй ФНЧ 1/,, вы- 25 ход которого соецинен с управляющим входом второго КУГИ 1?.преобразователя 11 время код, и последовательно соединенные буфер 18, входы которого соединены с выходами счетчика !3, и цифровой индикатор 19, при этом вход переноса буфера 18 соединен с выходом преобразователя 4 масштаба времени. Акустический блок 3 устанавливается на изделие 20, 35

Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер работает следующим образом.

Синхронизатор 1 формирует синхро. импульс, который запускает ППБ 2 и устанавливает в исходное состояние первый БСВПИ 7, счетчик 13 и второй

БСВПИ 16. ППБ 2 формирует электрический возбуждающий импульс, который поступает на акустический блок 3. 45

Акустический блок 3 излучает ультра» звуковые импульсы и изделие 20 и при» нимает отраженные от внешней и внутренней стенок импульсы. В ППБ 2 эти импульсы усиливаются, формируются и разделяются на разные выходы, На од ном выходе ППБ 2 формируется импульс начала отсчета времени, на другомимпульс конца отсчета времени. Время между этими импульсами равно времени

55 распространения ультразвукового импульса от внешней до внутренней поверхности изделия 20 и обратно, Импульс начала отсчета времени устанавливает выход счетчика 5 фиксированного числа в единичное состояние, Вследствие этого первый и второй

КУГИ 6 и 12 начинают генерировать импульсы соответственно, Первый после начала генерирования положительный фронт первого КУГИ 6 поступает на первый вход первого БСВПИ 7, На второй вход, первого БСВПИ 7 поступает импульс с выхода конца отсчета времени. Вследствие времени рассогласования между входными фронтами первого БСВПИ 7 вырабатывается импульс длительностью, равной этому временному рассогласованию, и полярностью, определяемой фазой рассогласования.

Если время появления импульса конца отсчета отстает от времени появле ния первого положительного фронта после начала возбуждения первого

IG ÃÈ 6, тогда на выходе первого

БСВПИ 7 формируется отрицательный импульс, который несколько снижает напряжение на выходе первого ФНЧ 8 и частоту первого КУГИ 6. Поэтому рассогласование между сравниваемыми фронтами уменьшается. Если импульс конца отсчета времени опережает первый положительный фронт первого КУГИ б, тогда на выходе первого БСВПИ 7 формируется положительный импульс, который несколько увеличивает управляющее напряжение на выходе первого

ФНЧ 8 и увеличивает частоту первого

КУГИ 6. В конечном счете в системе слежения устанавливается равновесие, и сравниваемые фронты совпадают во времени. Генерируемые первым КУГИ б импульсы поступают на счетный вход счетчика 5 фиксированного числа, и через п периодов на выходе счетчика

5 фиксированного числа устанавливается нуль, Таким образом, на выходе счетчика 5 формируется импульс, длительность которого в п раз превышает временной интервал между входными импульсами. В течение растянутого временного интервала второй КУГИ 12 генерирует синхронные запуску импульсы, Эти импульсы поступают в счетчик.

l3 Когда на выходе счетчика 13 образуется код m числа импульсов, тогда на выходе дешифратора 14 фиксиро ванного числа появляется положитель ный фронт. Этот фронт задерживается в блоке 15 задержки на время распро странения ультразвукового импульса головных волн в акустическом блоке

158905

3, в призме приемника 9 головных волн и в электрических цепях. Этот задержанный фронт поступает на первый вход второго БСВПИ 16, На второй вход второго БСВПИ 16 поступает приS нятый приемником 9 головных волн ультразвуковой импульс, Таким обра» зом, обеспечивается равенство време» . ни m периодов импульсов второго КУГИ

12 и времени распространения головных волн от точки их ввода до точки их вывода из изделия 20, Если это равенство нарушается, тогда на выходе второго БСВПИ 16 формируется имлульс, полярность и длительность ко торого определяются фазой и величи ной рассогласования сравниваемых фронтов. Этот импульс через второй ФНЧ

l7 уменьшает рассогласование увели 20 чением или уменьшением частоты второго КУГИ !2. Скорость головных волн равна скорости продольных ультразвуковых волн. Поэтому на выходе второго

КУГИ 12 в течение растянутого вре- 25 ме»»ого интервала формируются импульсы, частота которых прямо пропорциональна скорости распространения продоль»ых волн, Количество импульсов, сосчитанное сч тчиком 13, пропорцио- 3О нально толци»е изделия 20, Эта информация с счетчика 13 по окончании растянутого и» гервала времени переносится через буфер 18 »а цифровой и»дика rop 19 ..

Особе»»ость схемы КУГИ (фиг.3) состоит в том, что о»а генерирует импульсы, си»хронные с входным загускающим импульсом, В предлагаемом .решении это позволяет реализовать 40 следящие системы с разрешающей способностью по временному рассогласованию намного меньше времени между импульсами, т,е. намного меньше перно» да поступающих на вход БСВПИ импуль сов, Это происходит потому, что всегда известны фаэовые соотношения генерируемых КУГИ импульсов с запускающим его импульсом.

1. Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, 45 приемно-передающий блок и акустичес кий блок, преобразователь масштаба времени, соединенный с приемно-передающим блоком, и преобразователь время - код, который состоит из IIo следовательно соединенных первого ключевого управляемого генератора импульсов ключа, управляющий вход которого соединен с преобразователем масштаба времени, и счетчика, соеди ненного с синхронизатором, о т л ичающий с я тем, что, с целью повышения точности измерения, преобразователь масштаба времени выполнен

БСВПИ перед каждым зондированием устанавливается в исходное состояние импульсом от синхронизатора 1..Тогда в точке между резисторами напряжение между резисторами равно приблизи™ тельно половине питающего микросхему напряжения, оба транзистора закрыты (фиг,4). Если первым положительный фронт проходит в Bxl тогда на выхо

2 б де верхнего триггера формируется отрицательный фронт, в результате нижний транзистор открывается. Когда приходит второй положительный фронт в Вх2, тогда инвертированный выход нижнего триггера приобретает состояние логической единицы, и нижний транзистор закрывается, После воздействия синхронмпульса схема опять готова к работе, Если первым. положи тельный фронт приходит в Вх2,. тогда в течение времени рассогласования входных фронтон открыт верхний тран зистор, Таким образом. обеспечиваеася изменение напряжения иа выходе

ФНЧ только в течение времени рассогласования входных положительных фронтов. Это позволяет с высокой точностью осуществить слежение фиксиро» ванного числа периодов КУГИ за принимаемыми ультразвуковыми импульсами.

Первый БСВПИ 7 не срабатывает от положительного фронта импульсов первого КУГИ 6, совпадающего по времени с импульсом начала отсчета времени, потому что сннхроимпульс заканчивается позже, чем появляется импульс начала отсчета времени ППБ 2, Предлагаемый ультразвуковой эхоимпульсный толщиномер имеет повышенную точность измерения, так как поз» воляет осуществить кратное растягивание интервала времени, пропорционального толщине изделия, с высокой точ»остью

Формула из обре т ения иэ последовательно соединенных счет1589052 чика фиксированного числа, вход которого соединен с.выходом начала от счета временного интервала приемно передающего блока, первого ключевого управляемого генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика фиксированного числа, первого блока сравнения временного положения импульсов, второй вход которого соединен с выходом конца от счета временного интервала приемно» передающего блока, а его вход уста новки в исходное состояние соединен с синхронизатором, и первого фильтра нижних частот, выход которого соеди» нен с управляющим входом первого кпючевого управляемого генератора импульсов, 15

2, Толшдномер по п, I, о т л ич а ю шийся тем, что он снабжен последовательно соединенными приемником головных волн, установленным на фиксированном расстоянии от акустического блошка, и усилителем, и после" довательно соединенными дешифратором фиксированного числа, входы которого соединены с.выходами счетчика преобразователя время код, блоком задержки, вторым блоком сравнения временного положения импульсов, второй вход которого соединен с усилителем, а вход установки в исходное состояние соединен с синхронизатором, и вторым фильтром нижних частот, а преобразователь время код состоит иэ последовательно соединенных второго ключевого управляемого генератора импульсов, один вход которого соединен с выходом счетчика фиксированного. числа преобразователя масштаба времени, а его управляющий вход соединен с вторым фильтром нижних частот, и счетчика, 1589052!

589052

ON ИИХФ. 1

Составитель В,Кольцов

Редактор Т,Парфенова Техред M.Äèäûê Корректор С,Черни .Заказ 2530 Тираж 478 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101