Способ измерения толщины изделия с помощью ультразвуковых импульсов



Способ измерения толщины изделия с помощью ультразвуковых импульсов
Способ измерения толщины изделия с помощью ультразвуковых импульсов

 


Владельцы патента RU 2530450:

Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Иркут" (ОАО "Корпорация "Иркут" (RU)

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля толщины изделий с помощью ультразвука. Способ измерения толщины изделия с помощью ультразвуковых импульсов состоит в том, что с помощью ультразвукового преобразователя излучают ультразвуковые импульсы, регистрируют момент излучения зондирующего импульса в изделие, регистрируют на уровне выше паразитных шумов преобразователя момент выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса, определяют временной интервал между этими моментами, а затем вычисляют толщину исходя из этого временного интервала и известной скорости звука в материале изделия, при этом с момента регистрации выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса на уровне выше паразитных шумов преобразователя с задержкой на время, равное 0,25…0,5 периода колебаний резонансной частоты преобразователя, регистрируют момент выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса на уровне выше паразитных шумов усилителя, но ниже паразитных шумов преобразователя, определяют временной интервал между моментом излучения зондирующего импульса в изделие и данным моментом и этот временной интервал используют для расчета толщины изделия. Технический результат - повышение точности измерений толщины изделий и повышение стабильности точностных характеристик аппаратуры. 2 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля толщины изделий с помощью ультразвука.

Известен резонансный способ измерения толщины изделия, в частности, толщины пластины из твердого материала, заключающийся в возбуждении в пластине вынужденных ультразвуковых колебаний и определении их резонансных частот, по которым при известной скорости распространения ультразвуковых колебаний в материале вычисляют искомую толщину пластины (Крауткремер И., Крауткремер Г. Ультразвуковой контроль материалов: Справочник. М.: Металлургия, 1991, с.283-286). Этот способ не пригоден для измерения толщины изделий с криволинейными и шероховатыми поверхностями.

В настоящее время наиболее часто при ультразвуковом измерении толщины изделий применяется эхо-импульсный способ. По данному способу в материал изделия с помощью ультразвукового преобразователя излучают ультразвуковые импульсы, принимают из изделия эхо-импульсы, отраженные от противоположной поверхности изделия, измеряют время распространения эхо-импульса от одной поверхности до другой и обратно и вычисляют толщину исходя из этого времени и известной скорости звука в материале изделия (Королев М.В. Эхо-импульсные толщиномеры. - М.: Машиностроение, 1980, с.79-87). По одному из вариантов способа измеряют временной интервал между моментами приема двух следующих один за другим эхо-импульсов из последовательности сигналов, многократно отраженных от поверхностей изделия. В частности, по а.с. СССР №1696858 от 24.11.89 г., для измерения толщины изделия берут первый и второй эхо-импульсы и измерение осуществляется следующим образом: с помощью ультразвукового преобразователя излучают ультразвуковые импульсы, регистрируют на уровне выше паразитных шумов преобразователя и усилителя (в описании - на заданном уровне) момент выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса, регистрируют на этом же уровне момент выхода из изделия переднего фронта второго отраженного эхо-импульса, определяют временной интервал между этими моментами, дополнительно на указанном уровне регистрируют моменты выхода из изделия заднего фронта первого отраженного эхо-импульса и заднего фронта второго отраженного эхо-импульса и определяют временной интервал между этими моментами, а толщину изделия определяют исходя из полусуммы временных интервалов между передними и задними фронтами эхо-импульсов.

Недостаток данного варианта эхо-импульсного способа - низкая точность измерения, которая обусловлена возможностью измерений по двум разным периодам колебаний, изменением амплитуды второго эхо-импульса, в том числе низкой амплитудой второго эхо-импульса при измерении толщины изделий из материалов с высоким затуханием ультразвука, несимметричной формой импульса.

Более предпочтителен вариант способа измерения толщины изделия с помощью ультразвуковых импульсов, состоящий в том, что с помощью ультразвукового преобразователя излучают ультразвуковые импульсы, регистрируют момент излучения зондирующего импульса в изделие, регистрируют на уровне выше паразитных шумов преобразователя и усилителя момент выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса, определяют временной интервал между этими моментами, а затем вычисляют толщину исходя из этого временного интервала и известной скорости звука в материале изделия (Неразрушающий контроль. Учебное издание. В 5 кн. / Под ред. В.В.Сухорукова, - М.: Высш.шк., 1991. Кн.2. Акустические методы контроля. - с.234-236). Данный способ наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип. В этом варианте определяют временной интервал между моментом излучения зондирующего импульса в изделие и моментом приема из него первого импульса, отраженного от противоположной поверхности изделия (первого донного импульса), а так как момент излучения зондирующего импульса можно зарегистрировать с высокой точностью по времени, то и точность измерений повышается.

Однако в зависимости от уровня, на котором регистрируют момент выхода из изделия первого отраженного эхо-импульса (по прототипу - уровень напряжения U0), зависит точность измерений. Данный уровень должен быть как можно более низким, так как при низком уровне больше крутизна фронта волны и, соответственно, выше точность измерений, но в тоже время быть выше паразитных шумов преобразователя и усилителя (уровня помех). Наиболее высокий уровень шумов создает преобразователь и значительно более низкий уровень шумов (примерно в 10 раз) создает вся остальная схема толщиномера и эти паразитные шумы обычно называют шумами усилителя. Высокий уровень паразитных шумов от преобразователя определяет высокий уровень напряжения U0 и, соответственно, недостаточно высокую точность данного способа измерений. Указанные недостатки ограничивают возможность применения данного способа.

Задачей данного изобретения является повышение точности измерений толщины изделий и повышение стабильности точностных характеристик аппаратуры, использующей эхо-импульсный способ измерений.

Технический результат заключается в достижении возможности создания ультразвуковых эхо-импульсных толщиномеров с улучшенными точностными характеристиками.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известном способе измерения толщины изделия с помощью ультразвуковых импульсов, состоящем в том, что с помощью ультразвукового преобразователя излучают ультразвуковые импульсы, регистрируют момент излучения зондирующего импульса в изделие, регистрируют на уровне выше паразитных шумов преобразователя момент выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса, определяют временной интервал между этими моментами, а затем вычисляют толщину исходя из этого временного интервала и известной скорости звука в материале изделия, согласно предлагаемому изобретению с момента регистрации выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса на уровне выше паразитных шумов преобразователя с задержкой на время, равное 0,25…0,5 периода колебаний резонансной частоты преобразователя, регистрируют момент выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса на уровне выше паразитных шумов усилителя, но ниже паразитных шумов преобразователя, определяют временной интервал между моментом излучения зондирующего импульса в изделие и данным моментом и этот временной интервал используют для расчета толщины изделия.

Отличительные признаки заявляемого технического решения: с момента регистрации выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса на уровне выше паразитных шумов преобразователя с задержкой на время, равное 0,25…0,5 периода колебаний резонансной частоты преобразователя, регистрируют момент выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса на уровне выше паразитных шумов усилителя, но ниже паразитных шумов преобразователя, определяют временной интервал между моментом излучения зондирующего импульса в изделие и данным моментом и этот временной интервал используют для расчета толщины изделия.

Указанные отличительные признаки в известных технических решениях не обнаружены.

Предложенный способ позволяет существенно понизить уровень, на котором регистрируют момент выхода из изделия первого отраженного эхо-импульса, а это позволяет повысить точность и стабильность измерений.

Функциональная схема ультразвукового толщиномера, реализующая предложенный способ, приведена на фиг.1, а на фиг.2 - временные осциллограммы, поясняющие работу толщиномера.

Толщиномер состоит из следующих блоков: блока 1 управления и индикации, генератора 2 зондирующих импульсов, раздельно-совмещенного ультразвукового преобразователя 3, усилителя 4, компараторов 5 и 6, триггера 7, линии задержки 8, блока 9, реализующего логическую функцию И, триггера 10.

Устройство работает следующим образом. При наличии запускающего сигнала (фиг.2а) от блока 1 управления генератор 2 формирует зондирующий импульс, который поступает на одну половину раздельно-совмещенного ультразвукового преобразователя 3. Эхо-импульс, пройдя через изделие и отразившись от его донной части, снимается со второй половины раздельно-совмещенного ультразвукового преобразователя 3 и поступает на усилитель 4. Осциллограмма сигнала после усиления приведена на фиг.2б, при этом известно, что до первого отраженного сигнала А паразитные шумы (В) преобразователя затихают до уровня шумов (С) усилителя. Далее сигнал поступает на компараторы 5 и 6, которые имеют разные уровни срабатывания. Компаратор 5 настроен на уровень 1К (фиг.2б), который несколько выше (на 5…10%) паразитных шумов преобразователя и исключает ложные срабатывания от помех. Вид сигнала после компаратора 5 показан на фиг.2в. Уровень 2К срабатывания компаратора 6 устанавливается несколько выше (на 5…10%) паразитных шумов усилителя. Обычно уровень паразитных шумов преобразователя на порядок выше других паразитных шумов, присущих ультразвуковым толщиномерам, в частности, шумов усилителя и питания, поэтому уровни 1К и 2К также отличаются на порядок. На фиг.2г показана последовательность импульсов на выходе компаратора 6, а на фиг.2д - эта же последовательность импульсов, задержанная с помощью линии задержки 8 на время Т, равное 0,25 периода колебаний резонансной частоты преобразователя. Сигнал после линии задержки 8 (фиг.2д) и сигнал с компаратора 5 после триггера 7 (фиг.2е) поступает на двухвходовой блок 9, выполняющий логическую функцию И, и после блока 9 имеет вид, приведенный на фиг.2ж, что исключает ложные сигналы при измерении толщины изделий. С выхода блока 9 сигнал поступает на триггер 10, на котором формируется измерительный сигнал (фиг.2з), который в блоке управления 1 квантуется и обрабатывается. При обработке сигнала учитывается, что для определения момента входа зондирующего импульса в изделие и выхода из него переднего фронта первого отраженного эхо-импульса из полученного временного интервала необходимо вычесть временные интервалы, характеризующие задержку импульса в преобразователе (при излучении и приеме), а толщина изделия рассчитывается исходя из половины оставшегося временного интервала и скорости звука в материале изделия.

При применении предложенного способа момент регистрации выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса производится на значительно более низком уровне, что приводит к повышению точности измерений. В частности, на фиг.2б показано, что снижение уровня, на котором производится регистрация выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса с уровня 1К до уровня 2К повышает точность определения временного интервала на величину Δ.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность измерений и улучшить характеристики ультразвуковых эхо-импульсных толщиномеров, работа которых основана на регистрации переднего фронта первого отраженного эхо-импульса. Такие толщиномеры более предпочтительны при измерении толщины изделий из материалов с высоким затуханием ультразвука, например пластмасс, в которых второй и последующие эхо-импульсы могут иметь маленькую амплитуду, а также при несимметричной форме импульсов.

Способ измерения толщины изделия с помощью ультразвуковых импульсов, состоящий в том, что с помощью ультразвукового преобразователя излучают ультразвуковые импульсы, регистрируют момент излучения зондирующего импульса в изделие, регистрируют на уровне выше паразитных шумов преобразователя момент выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса, определяют временной интервал между этими моментами, а затем вычисляют толщину исходя из этого временного интервала и известной скорости звука в материале изделия, отличающийся тем, что с момента регистрации выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса на уровне выше паразитных шумов преобразователя с задержкой на время, равное 0,25…0,5 периода колебаний резонансной частоты преобразователя, регистрируют момент выхода из изделия переднего фронта первого отраженного эхо-импульса на уровне выше паразитных шумов усилителя, но ниже паразитных шумов преобразователя, определяют временной интервал между моментом излучения зондирующего импульса в изделие и данным моментом и этот временной интервал используют для расчета толщины изделия.



 

Похожие патенты:

Использование: для определения высоты внутренней выступающей части патрубка вантуза. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют измерение ультразвуковым дефектоскопом толщины стенки трубы и вычисление высоты внутренней выступающей части патрубка вантуза, при этом ультразвуковым дефектоскопом измеряют толщину воротника трубы и толщину стенки патрубка, устанавливают диапазон развертки по образцу, устанавливают пьезоэлектрический преобразователь на контролируемый патрубок вантуза в максимально возможной близости от воротника трубы, перемещают пьезоэлектрический преобразователь по окружности вдоль образующей патрубка вантуза с определением максимального значения координаты от точки выхода ультразвукового луча до края патрубка вантуза.

Изобретение относится к способам и устройствам для определения объема шлама и подшламовых структур в резервуарах с сырой нефтью. Техническим результатом изобретения является повышение точности устройства.

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения высоты (толщины) металлических деталей или их износа. .

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения параметров вибраций в различных отраслях машиностроения. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для дистанционного контроля перемещения объекта измерения. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля угловых многооборотных не реверсивных перемещений объекта. .

Изобретение относится к технике акустических нашлемных систем позиционирования и может быть применено в устройствах, где используются данные о трех координатах положения и трех углах ориентации головы оператора, преимущественно в нашлемных системах целеуказания и индикации летательных аппаратов, в системе управления прожектором вертолета, в авиа- и автотренажерах, в системах виртуальной реальности.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обнаружения взрывных устройств с часовыми замедлителями, людей, попавших под завал, при условии наличия электронного часового устройства.

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано при построении элементов измерительных устройств и систем автоматического управления.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в системах измерения линейного перемещения. .

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения параметров угловых вибраций и малых углов поворота шнековых механизмов в различных отраслях машиностроения. Ультразвуковой фазовый преобразователь угла поворота вала содержит последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, излучающий преобразователь, исследуемый объект, приемный преобразователь, согласующий усилитель, фазовый детектор, выполняющий роль первого блока умножения, выход которого подключен к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с генератором тактовых импульсов. К третьему входу второго блока умножения подключен выход компаратора, а первый вход компаратора через интегратор соединен с выходом согласующего усилителя. Второй вход компаратора соединен с источником опорного напряжения. Выход второго блока умножения через блок анализа соединен с цифроаналоговым преобразователем. При этом излученный и отраженный ультразвуковые сигналы направлены по нормали к плоскости спирали шнека. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет измерения минимальных угловых виброколебаний жестких роторов со сложной шнековой структурой. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области метрологии, в частности к средствам измерения расстояний, размеров и формы различных объектов. Устройство содержит жезл с двумя акустическими излучателями, пусковую кнопку и наконечник, контактирующий с поверхностью измеряемого объекта, акустический приемник с тремя микрофонами, снабженными формирователями переднего фронта импульса и закрепленными в вершинах жесткого треугольника. Также профиломер содержит трехканальный электронный блок, каждый канал которого включает последовательно соединенные полосовой усилитель, компаратор и счетчик измерителя временных интервалов. Электронный блок через соответствующий интерфейс соединен с ЭВМ. Акустический приемник выполнен в виде равносторонней треугольной антенны, установленной на опорные точки, причем центры двух микрофонов должны быть расположены на оси, перпендикулярной плоскости ее опорных точек. При этом фронтальная поверхность антенны закрыта звукоизолирующим экраном с отверстиями для микрофонов, на поверхности экрана между расположенными на оси микрофонами размещена мишень диаметром порядка 20 мм с перекрестием в центре, а между индуктивными электродинамиками установлен лазерный целеуказатель. Технический результат - повышение точности измерений и сокращение трудоемкости измерений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения параметров радиальных вибраций и при балансировке шнековых механизмов в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений радиальных вибраций шнековых валов. Ультразвуковой фазовый вибропреобразователь, содержит последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, излучающий преобразователь, исследуемый объект, приемный преобразователь, согласующий усилитель, формирователи меандра, фазовый детектор, первый и второй блоки умножения, выходы задающего генератора и согласующего усилителя через формирователи меандров и первый блок умножения соединены с первым входом второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом компаратора, третий вход - с генератором тактовых импульсов, а выход через блок обработки информации соединен с цифроаналоговым преобразователем, к выходу согласующего усилителя подключены последовательно соединенные интегратор, компаратор с тремя входами, источником опорного напряжения с двумя выходами, а выход компаратора соединен с третьим входом второго блока умножения и с последовательно соединенными дифференциатором, инвертором, с первым входом третьего блока умножения и блоком анализа вибросигналов, генератор тактовых импульсов соединен со вторым входом третьего блока умножения, а второй и третий входы компаратора соединены с выходами источника опорных напряжений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ коррекции линейных и угловых координат заключается в том, что на шлеме оператора в реперных точках размещают четыре нашлемных ультразвуковых приемников, а в кабине над шлемом оператора в связанной системе координат кабины - четыре ультразвуковых излучателя. По краям рабочей зоны возможных положений шлема размещают четыре ультразвуковых приемника четырех корректирующих каналов, осуществляют излучение и прием импульсных ультразвуковых сигналов. Измеряют время задержки сигналов от каждого ультразвукового излучателя до каждого нашлемного ультразвукового приемника и до четырех ультразвуковых приемников корректирующих каналов. Определяют направление с учётом данных указанных корректирующих каналов. Технический результат заключается в повышении точности определения координат шлема оператора в условиях вибрации и изменяющихся внешних условиях. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области метрологии. Cпособ предполагает определение оптимальных размеров и формы судовой забойной трубы, трассы её расположения на судне. Размещают трубу между двумя конечными фланцами, соединяют фланцы настроечным шаблоном и измеряют координаты нанесенных на нем контрольных точек электронным устройством. Используют измерительную станцию, содержащую два акустических излучателя, трехмикрофонную приемную антенну, связанную через трехканальный электронный блок с ЭВМ. При этом жезл оснащают лазерным целеуказателем, а микрофоны антенны устанавливают, соблюдая условия прямой видимости между контрольными точками и микрофонами, на стенках и/или оборудовании судового помещения в виде равностороннего треугольника, плоскость которого должна находиться напротив шаблона и на удалении от его ближайшей точки не менее размера стороны упомянутого треугольника. Оси микрофонов должны быть направлены в сторону средней точки стягивающей длины шаблона, а длина сторон треугольника должна быть в пределах 0,5÷0,7 от размера стягивающей длины шаблона. Переставляя измеритель, снимают множество значений, заносят значения в память ЭВМ, строят трассу и конфигурацию трубы, изгибают трубу. Технический результат - упрощение технологии проектирования и монтажа оборудования. 2 н.п. ф-лы , .2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в системах измерения линейного перемещения в заявленном устройстве и способе, реализующем указанное устройство. Сущность изобретения заключается в том, что проводят калибровку, при которой перемещают лазерный излучатель, жестко соединенный с подвижным элементом магнитострикционного преобразователя линейных перемещений. При этом лазерный излучатель проецирует метку на эталонную шкалу, расположенную параллельно магнитострикционному преобразователю линейного перемещения. Положение метки на эталонной шкале регистрируют цифровым микроскопом. После этого рассчитывают расстояние от начала координат эталонной шкалы до центра лазерной метки. Для этого цифровым микроскопом делают не менее 5 снимков (всей шкалы измерения, всей шкалы измерения с меткой в первом положении, участка в районе метки в первом положении, всей шкалы измерения в районе метки во втором положении и участка в районе метки во втором положении). Полученные снимки загружают в персональный компьютер. Далее на эти снимки накладывают цифровые шкалы, после чего производят расчет параметров линейных перемещений. Технический результат - повышение точности измерения линейного перемещения за счет коррекции составляющей погрешности, вызванной аппаратной задержкой. 2 н.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам мониторинга напряженно-деформированного состояния объектов. Датчик содержит устройство на ПАВ, состоящее из корпуса, образованного верхней и нижней крышками с упругими мембранами, жестко соединенными с металлическим штоком, имеющим выступ, контактирующий с прокладкой, расположенной на свободном конце консольно закрепленной с помощью прижимных пластин внутри корпуса платы с резонаторами на ПАВ, электрически связанными с антенной, размещенной над верхней крышкой корпуса. Устройство установлено на трансформатор механических перемещений, выполненный в виде основания с продольным пазом и имеющий две грани, расположенные перпендикулярно основанию трансформатора, в каждой из которых выполнено отверстие до продольного паза основания трансформатора, в которое установлен прижимной механизм. При этом в продольный паз помещен элемент, передающий перемещение, имеющий продольную клинообразную выемку, выполненную на его поверхности в месте контакта со штоком устройства на ПАВ, и возвратный механизм. Прижимной механизм состоит из винтов и прокладок, либо из пружин, винтов и шариков. При этом радиус шариков соответствует радиусу канавок стержня. Технический результат - увеличение пределов измерения перемещений. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх