Способ измерения толщины металлического листа и датчик для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения толщины металлических листов. Целью изобретения является повышение чувствительности за счет увеличения полезного фазового набега при взаимодействии электромагнитного поля с поверхностью контролируемого металлического листа. Информативным параметром является собственная частота электромагнитных колебаний резонатора. Датчик для достижения поставленной цели содержит К 1,2... трехплечих циркуляторов, включенных в резонатор своими первым и вторым плечами, к третьему плечу каждого из которых подсоединен волновод с открытым торцом, направленным в сторону соответствующей поверхности листа 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PEСПУБЛИК (5!)5 G 01 В 15/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4722068/28 (22) 20.06,89 (46) 23.09.91. Бюл.№35 (71) Институт проблем управления (72) А.С,Совлуков (53) 621.371 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1193462, кл, G 01 В 15/00, 1984, Soga Н. А new microwave thickness

gauge — 3 ournai of Microware Power, 1973, Уо!, ¹ 3, р.р. 253 — 266. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ МЕТАЛЛИЧ ЕСКОГО Л ИСТА И ДАТЧИК ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для

Изобретение относится к области СВЧизмерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения . толщины металлических листов.

Целью изобретения является повышение чувствительности за счет увеличения полезного фазового набега при взаимодействии электромагнитного поля с поверхностью металлического листа, На фиг.1 — 4 изображены условные схемы, поясняющие варианты осуществления зондирования объекта волнами по предлагаемому способу; на фиг.5 и 6 — варианты функциональных схем датчика, реализующих данный способ измерения.

Датчик содержит волноводные резонаторы 1, трехплечие циркуляторы 2 и волноводы 3 с открытыми торцами, Способ заключается в многократном одновременном зондировании поверхностей

„,. Ы„, 1679185 А1 бесконтактного измерения толщины металлических листов. Целью изобретения является повышение чувствительности за счет увеличения полезного фазового набега при взаимодействии электромагнитного поля с поверхностью контролируемого металлического листа. Информативным параметром является собственная частота электромагнитных колебаний резонатора. Датчик для достижения поставленной цели содержит К

= 1,2... трехплечих циркуляторов, включенных в резонатор своими первым и вторым плечами, к третьему плечу каждого из которых подсоединен волновод с открытым торцом, направленным в сторону соответствующей поверхности листа. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. металлического листа электромагнитными волнами, возбуждаемыми в волноводных резонаторах. При этом обеспечиваются условия для многократного увеличения чувствительности к измеряемой величине, т.е. происходит фактическое возрастание крутизны кривой f(x), характеризующей зависимость собственной частоты f электромагнитных колебаний объемного резонатора от расстояния х между его торцом и поверхностью металлического листа.

На фиг,1 показана условная схема образования в волноводном резонаторе стоячей волны при многократном зондировании контролируемой поверхности одной.из встречных волн в резонаторе, образующих стоячую волну, На фиг,2 и 3 показаны схемы, соответствующие случаям, когда для получения полезной информации используются не одна,а обе встречные волны в резонато1679185 ре, взаимодействующие поверхностью листа вместе или раздельно. Собственная частота колебаний каждого из таких резонаторов изменяется при одновременном многократном взаимодействии поля стоячей волны резонатора с поверхностью листа. Если для получения информации о толщине листа с помощью схем, показанных на фиг.1, 2 и 3 необходимы два резонатора, то с помощью схемы на фиг.4 необходим один резонатор С-образной формы.

Операцию зондирования поверхности листа в указанных схемах повторяют такое число раз, которое необходимо для получения требуемой чувствительности. Для схем на фиг.1 — 3 условие резонанса в таких синтезирующих резонаторах может быть записано следующим образом:

2 j3n 1.+К 2Д х= 2 д, (1) где L- общая длина волноводного тракта вне области зондирования, т.е. выше пунктирной линии на фиг,1 — 3; ф n = 2 Xfn/Чф — фаэовая постоянная, Чф — фазовая скорость волны в резонаторе, равная скорости волны С на участках длиной х, т,е. в пространстве между резонатором и контролируемым листом; f — собственная частота колебаний резонатора и-го типа; К 1,2...,— число зондирований, т,е. число раз, которое волны, образующие стоячую волну в резонаторе, взаимодействуют с поверхностью листа при падении на нее и отражении от этой поверхности, в частности зондирования могут быть произведены по нормали к поверхности листа.

Из соотношения (1) следует

Crnl

2т +ых) (2)

Число и соответствует номеру возбуждаемого типа колебаний.

Чувствительность Sn = dfn/dx к измеряемому расстоянию х, как следует иэ выражения (2) есть

clnl k Cnk

Яп 2(+К )2 2 2 где х«1 .

По сравнению с известными способами измерений толщины металлического листа чувствительность возрастает в К раз, так как изменение расстояния х в предлагаемом способе приводит к большему В К раз изменению собственной частоты.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройств, в которых организовано многократное взаимодействие с поверхностями контролируемого металлического листа.

На фиг.5 и 6 приведены схемы датчика для осуществления предлагаемого способа.

В нем обеспечено взаимодействие с поверхностями листа одной(фиг,5) и обеих (фиг.6) встречных волн в волноводных резонаторах

1 раздельно. Для обеспечения такого раздельного взаимодействия волн в состав каждого резонатора 1 введены трехплечие циркуляторы 2, Подсоединение циркуляторов 2 к вол новодам осуществлено их первыми и вторыми плечами, места включения этих циркуляторОВ В разрыВ ВолноВОдного резонатора может быть произвольным, т.е.

К8К зкВидистантным, TBK и с разными интервалами между соседними циркуляторами.

Число циркуляторов выбирается с учетом требуемой чувствительности к толщине листа, оно соответствует числу осуществляемых зондирований, для чего к третьему плечу каждого циркулятора 2 подсоединен одним иэ торцов волновод 3, другой торец которого открыт и направлен в сторону соответствующей поверхности листа.

Датчик на фиг.5 соответствует схеме зондирования на фиг.1, датчик на фиг.6 соответствует схеме на фиг.З.. Как видно из схем на фиг.5 и 6, они отличаются друг от друга включением циркуляторов, на этих схЕмах направления прохождения волн через циркуляторы обозначены стрелками, показывающими путь волны от Одного плеча циркулятора к другому.

Схема зондирования обеих сторон листа с помощью одного датчика может быть реализована на основе датчика на фиг.5 или

6, которым придана С-образная форма.

Схема зондирования при взаимодействии с поверхностью листа обеих встречных волн вместе (см.фиг.2) может быть реализована, например, с применением системы зеркал, отражающих многократно волны от датчика к контролируемой поверхности (поверхностям) листа, Описанный способ измерения толщины металлического листа и датчик для его осуществления позволяют значительно (многократно) увеличить чувствительность по сравнению с чувствительностью, обеспечиваемой в известных решениях. укаэанные технические решения могут быть реализованы не только с применением элекромагнитных волн СВЧ-диапазона частот, но и других диапазонов волн на основе соответствующей этим диапазонам элементной базы.

Формула изобретения

1, Способ измерения толщины металлического листа, заключающийся в том, что контролируемый лист с каждой из сторон зондируют электромагнитным полем стоячей волны с помощью волноводного резо1679185 натора и по изменению характеристик этого поля судят о толщине листа, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности, контролируемую поверхность зондируют дополнительно К-раз одновременно в нескольких заданных точках, при этом каждый раз в качестве зондирующей волны используют отраженную стоячую волну.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, при дополнительном зондировании раздельно используют отраженные волны от поверхности листа и от поверхности резонатора.

3. Датчик для измерения толщины металлического листа, содержащий два волноводных резонатора, расположенных встречно с зазором для установки контроли5 руемого листа, отличающийся тем, что он снабжен в каждом резонаторе К-трехплечими циркуляторами и волноводами с открытым торцом llo числу циркуляторов, резонаторы выполнены составными, а каж10 дый циркулятор двумя из своих плеч сопрягает смежные отрезки резонаторов, а третьим плечом соединен с соответствующим волноводом, открытый торец которого направлен в процессе измерения в сторону

15 поверхности листа.

1679185

«Ф

Составитель П.Лапшин

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор Т.Малец

Редактор А.Бер

Заказ 3200 Тираж 353 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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