Ультразвуковой эхо-импульсный измеритель размеров

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Coca Советских

Социалистических

Реслублик

<1н991164 (61) Дополнительное к авт. сеид-еу— (22) Заявлено 02. 12. 80 (2 f) 3211310/18-.38

РЦМК з

О,О1 В 17/Ог с присоединением заявки йо—

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 230183. Ьоллетень 1йо 3 (53) Vga 620ъ 169. .16 (088.8) Дата олубекования описания 23.01-83 ;с

В . A . Êàëèíèí, A . A . Костин и В . Л .Тарасанка

/ ", . -: )

Всесоюзный научно-исследовательский институт no"разработке нераэрушающих методов и средств контроля качества материалов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОИ.ЭХО-ИМПУЛЬСНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

РАЗМЕРОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может найти приме" нение для измерений излучения в трубной промышленности, например, 5 для контроля диаметров.

Известен ультразвуковой измеритель размеров, содержащий генератор ймпульсов, эхо-локационные измерительные каналы и формирующий каскад с амплитудной отсечкой (1).

Недостатком измерителя является то, что обработка информации ведетсй:

s аналоговой форме, что ограничивает производительность и точность измерений. Осуществление цифровой обработ ки ведет к значительному усложнению измерителя.

Известен ультразвуковой измеритель наружного диаметра трубы, содержащий .

:два измерительных канала, пьеэопре-. обраэователи которых размещены диаметрально противоположно, и, третий компенсационный канал.с пьезопреобразователем, взаимодействующим в процессе измерения с отражателем, синхронизатор и блок цифровой индикации (2 ).

Лвдостатком измерителя является

: значительная температурная погреш- . ность. 30

Наиболее близким к изобретению техническим решением является ультра-, звуковой эхо-импульсный измеритель раз меров,содержащий синхронизатор и три . измерительных канала, каждый из которых содержит ультразвуковой преобразова- тель и соединенные с ним генератор и последовательно подключенные усилитель и селектор-формирователь, и подключенные к последнему во втором и третьем каналах .два измерительных триггера, синхронизатор подключен к управляющим входам генераторов первого и третьего каналов, к первому входу измерительного триггера .третьего канала и вторым входам селекторов-формирователей всех каналов, выход селектора-формирователя первого канала соединен с управляю-, щим входом генератора и первым эхо;дом измерительного триггера второго канала, выходи селекторов-формирователей второго и третьего каналов соединены о вторыми входами соответ ствующих измерительных триггеров-.

Синхронизатор запускает первый и третий канал одновременно. &хо-импульс принятый пьеэопреобраэователем первого канала, запускает второй канал.

Разность временных интервалов нэме991164 ренных вторым и третьим каналами песет информацию аб измеряемом размере иэделия 3 ).

Недостатком измерителя является значительная, температурная погрешv ность, ноэрастающая с увеличением измеряемого .размера.

Цель изобретения — повышение точ-.ности измерения, Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой эха-импульсный иэ- р мвритель раэмерон, содержащий синхронизатор и три измерительных канала, каждый из которых содержит ультразвуковой преобразователь и соединенные.с ним генератор и последовательно подключенные усилитель и селектор-Формирователь, и подключенные к последнему во втором и ретьем каналах дна измерительных триггера, синхраниэатор подключен к унранлякшим входам генераторов первого и третье-. го каналов, к первому входу измерительного триггера третьего канала и вторым входам селекторов-формирователей всех каналов, выход селектораформирователя первого канала соеди нен с управляющим входом генератора и первым входом измерительного триггера второго канала, выходы селекторон-формирователей второго и третье=

ro каналов соединены о вторыми входами соответствующих измерительных каналов, снабжен соединенным с синхронизатором реверсивным счетчиком, соединенными с ними эадатчиком цифроного кода и цифровым индикаторам, двумя иннертораыю, пятью схемами И, схемой ИЛИ, RS -триггером, генератором счетных импульсов, расширителем временного интервала и формирователем строба, к выходам измерительных триггеров подключены последовательно соединенные соответственна иннер.тор и схема И, вторые входы первой и второй схем И соединены с ныходами измерительных триггеров перекрестно: второго канала — с второй схемой И, третьего — с первой схемой И, выход селектора-формирователя первого канала соединен с входом формирователя строба, выход которого подсоединен к третьему входу второй схемы И, выходы первой и второй схем И соединены, соответственно с двумя входами RSтриггера и схемы ИЛИ, выходом падсоединенной к расширителю временного интервала,.третья схема И подсоединв- 55 на входами соответственно к выходу расширителя и к генератору счетных импульсов, выход вв соединен с первыми входами четвертой и пятой схем И, вторыв входы которых соединены с соответствующими выходами Рь -триггера, а выходы - c входами реверсивного счетчика.

На фиг.1 представлена принципиальная.схема измерителя; на фиг.2, — вре-65 менныв диаграммы, иплюстрирующив работу измерителя.

Ультразвуковой эхо-импульсный измеритель (фиг.1) содержит синхронизатор 1 и три измерительных канала, каждый из которых содержит ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 2 — 4 и соединвнныв с ним генератор 5 — 7 и последовательно подключенные усилитель 8 — 10 и свлектор- формирователь 11 †.13, к которому во нтором и третьем канале подключены ,цва измерительных триггера 14 и 15, ренерсивный счетчик 16, входы парал" лельной записи которого соединены с задатчиком 17 циФрового кода, выходы — с цифровым индикатором 18, два иннертара 19 и 20, пять схем И 21

25,схему ИЛИ 26, RS — триггер 27,генератор 28 счетных импульсов, расширитель 29 нременного интервала и формирователь 30 строба.Измеряемое изделие

31 размещено между првобраэователяmr 2 и 3, третий преобразователь 4 установлен на расстоянии от отражателя 32, равном суммарному расстоянию между преобразователями 2 и 3 эа вычетом номинального размера иэделия

31.

Синхронизатор 1 подключен к управляющим входам генераторов 5 и 7 первого и третьего каналов, к первому входу измерительного триггера 15 третьего канала и вторым входам селекторов-формирователей 11 — 13 всех каналов, выход селектора-формирователя 11 rrepsoro канала соединен с управляющим входом генератора 6, первым входам измерительного триггера

14 второго канала и входом формирователя 30 .строба, выходы селекторовформирователей 12 и 13 второго и третьего каналов соединены со вторыми входами соответствующих измерительных триггеров 14 и 15, к выходам которых подключены последовательно соединенныв инввртор 19 и 20 и схема

И 21 и 22.

Вторые входы первой и второй схем

И 21 и 22 соединены с выходами измерительных триггеров пврекрвстно: выход измерительного триггера 14 второго канала соединен со входом второй схемы И 22, а выход измерительного триггера 15 третьего канала — с входом.первой схемы И 21. Выход селектора-формирователя 11 первого канала соединен со нходом формирователя 30 строба, выход которого подсоединен к третьему входу второй схемы И 22.

Выходы первой и второй схем И 21 и

22 соединены соответственно с днумя входами R5-триггера 27 и схемы ИЛИ 26, выходом подсоединенной к расширителю 29 временного интервала. Третья схема И 23 подсоединена соответственно к выходу расширителя 29 и к генератору 28 счетных импульсов, выход

991164 6 теля 32, принимается тем же пьезоэлектрическим преобразователем и поступает на вход усилителя 10, а с его выхода — на вход селектора-формирователя 13, управляемого синхронизатором 1.

На первый вход измерительного триггера 15 поступает импульс синхронизатора 1, на второй - импульс (фиг.2 д), сформированный селекторомщ формирователем 13 с задержкой С> относительно импульса (фиг.2 а) синхронизатора 1. С.выхода измерительного триггера 15 импульс (фиг.2 е) пос,тупает на первый вход инвертора 20 и первый вход схемы И 21.

Значение С устанавливается при калибровке измерителя путем изменения расстояния между отражателем 32 ,и пьезоэлектрическим преобразовате лем 4 третьего измерительного канала до получения равенства g> -С „ +

+ 4 . HpH этом в качестве к8нтроли3 руемого изделия 31 должен быть установлен образец с номинальным зна1ением геометрического размера.

Выделение интервала С =С3 -С +t

З 32.

3 3-, 3 происходит йа второй логической схеме

И 22. При этом на ее входы поступают импульс (Фиг.2 г) с измерительного триггера 14 второго канала, импульс (фиг.2 ж) с выхода второго инвертора

20, на вход которого, в свою очередь, .поступает импульс (фиг.2 e) c измерительного триггера 15 третьего канала и импульс (фиг.2 э) с выхода формирователя .ЗР строба, запускаемого импульсом (фиг.2 б), поступающим с селектора-Формирователя 11. В результате, на выходе второй логической схемы И 22 формируются импульс (фиг. 2 и) длительностью ее соединен с первыми входами. четвертой и пятой схем И 24 и 25, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами R -триггера 27, а выходы схем И 24 и 25 соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 16, вход управления параллельной записью которого. подключен к выходу синхронизатора 1.

Ультразвуковой эхо-импульаный измеритель размеров работает следующим образом.

Синхронизатор 1 вырабатывает импульсы (фиг.2 а), .запускающие генератор 5 первого канала. Импульсы генератора 5 амплитудой несколько десятков вольт и длительностью менее

0,1 мкс возбуждают пьезоэлектрический преобразователь 2. Ультразвуковой импульс, излучаемый пьезоэлектрическим преобразователем 2, отражается .от поверхности контролируемого изделия 31 и поступает на вход усилителя 8, а с его выхода — на вход .селектора-формирователя 11 управляемого синхронизатором 1. Сформированный селектором-формирователем ll импульс (фиг.2 б) с задержкой С> от-носительно импульса синхронизации (Фиг.2 а) запускает генератор б второго канала, который вырабатывает электрический импульс с таким же параметром, что и генератор 5 первого

- измерительного канала. Этот импульс возбуждает пьезЬэлектрический преобраэователь 3. Ультразвуковой импульс, излучаемый пьезоэлектрическим преоб- 35 разователем 3, отражается от поверхего выхода — на вход селектора-формирователя 12, управляемого синхрони- 40 затором 1.

Сформированный селектором-Формирователем 12 импульс (фиг.2 в) с задержкой С относительно импульса (фиг.2 б), полученного на выходе се- 45 лектора-формирователя 11 первого канала, поступает на первый вход измерительного триггера 14 второго канала. На второй вход измерительного триггера 14.поступает импульс (фиг.2 б) с выхода селектора-формирователя 12. С выхода измерительного триггера 14 импульс (фиг.2 r) поступает на первый вход схемы И 22 и на вход инвертора.19.

Одновременно.с запуском генератора 5 первого канала синхронизатор

1 запускает генератор 7 третьего канала, который вырабатывает электрический импульс с такими же параметрами, что и генератор 5. Этот импульс6() возбуждает пьезоэлектрический преобразователь 4 третьего канала.

Ультразвуковой импульс, излучаемый пьезоэлектрическим преобразователем

4, отражается от поверхности отража- 65 ности контролируемого изделия 31 и поступает на вход усилителя 9, а с

3 3 Зд . ние интервала осуществляется. на первой логической. схеме И 21 ° При этом ,на ее входы поступают : импульс (фиг.2 е) с измерительного триггера

15 третьего канала и импульс (фиг.2 к) с выхода инвертора .19, на вход которого поступает импульс с измерительного триггера 14 второго канала.

В результате, на выходе первой логической схеьы И 21 формируется импульс (фиг;2 л) длительностью

31 t32) - Э,з °

В обоих случаях полученный импульс (фиг.2 и) или (фиг.2 л) через логическую схему ИЛИ 26 поступает на вход расширителя 29 временного интервала.

Коэффициент -расширения устанавливается при калибровке.

С выхода расширителя 29 временного интервала расширенный импульс

991164 (фиг. 2 м) поатупавт на второй вход третьей логичвской схемы И 23, на пврзый.,вброд которой подаютая импульсы с генератора 28 счетных импульсов.

Полученная пачка импульсов

{фиг.2 н) поатупавт на пврвыв входы чвтввртой и пятой логичвских ахвм

И 24 и 25. На вторые входы этих ахвм поступают сигналы а прямого и инввраного выходов R5 -триггера 27. Таким образом, нри 1 v t. + импульсы (фиг.2 н) с выхода ахвмьг И 24 поступают на вход суммирования рввврсивного счвтчика 16. При 4 > <Ф „ +

+ t3 импульсы (фиг.2 н) с выхода схвьй И 24 поступают на вход вычита- 15 ния рввврсивного счетчика 16.

Управлвнив RS-триггером 27 оаущвствлявтся подачей на вго вход сигналов с выхода первой и второй логических схем И 21 и 22. 20

В начале каждого такта иэмврвния импульсом (фиг.2 а) синхронизатора 1 осуществляется првдваритвльная,запись в рввврсивный счетчик 16 номинального эначвния контролирувмого размера а 25 эадатчика 17 цифрового кода, в котором оно устанавливается при наатройке.

Информация о рвзультатах измврвний с выходов рввврсивного ачвтчика

16 поступавт ва цифровой индикатор

18. В предлагаемом эхо-имгульаном. измеритвлв раэмвров изделий доатигавтся повышение точности измерений за . счвт полной компвнаации температурной погрешности измврвний при номинальном эначвнии размера измеряемого объекта. Твмпвратурная погрешность измерений в данном алучае возникает при отклонвнии гвомвтричвского размера издвлия от номинального значения и одновременном с ним отклонвнии температуры промежуточной жидкости от значения, которов она имела в момент настройки измвритвля на номинальный размвр. При измерении наружного диамвтра рвальиых особотонкостенных труб првдлагавмым измвритвлвм твмпвратурная погрешность в 5 раз меньше, чвм в известном измвритвлв 50 (2 ), и болвв, чвм на порядок мвньшв, чвм в известном измвритвлв 53).

Формула изобрвтвния ультразвуковой эхо-импульсный измеритель размвров, содвржащий аинхрониэатор и трн измвритвльных канала, каждый иэ которых содвржит ультразву-6О ковой првобраэоватвль и аовдинвнные с ним генератор и послвдоватвльна подключвнныв уаилитвль и свлвктор»

Формирователь, и подключвнныв к послвднвму во втором и трвтьвм каналах два измерительных триггвра, синхронизатор подключен к управлянлаим входам гвнвраторов пврвого и третьего каналов, к первому входу измвритвльного триггера трвтьвго канала и вторым входам свлвкторов-формирователей всех каналов, выход свлвктора-формироватвля первого канала соединен с управляющим входом генератора и пврвым входом измьритвльного триггвра второго канала, выходы селекторовформирователей второго и третьвго каналов совдинвны с вторыми входами соответствующих измерительных триггеров, отличающийся твм, что, а целью повышения точности иэмврвйий, он снабжвн соединенным а синхронизатором реверсивным счвтчиком, соединенными с ними задатчиком цифрового кода и цифровым индикатором, двумя инвврторами, пятью схвмами И, схвмой ИЛИ, А5 -триггером, гвнератором счетных импульсов, расширителем временного интврвала и формирователем строба„ к выходам иэмвритвльных триггеров подключвны послвдоватвльно соединвнныв соответственно инввртор и схема И, вторыв входы пврвой и второй схем И совдинвны с выходами иэмвритвльных триггвров пврвкрвстно: второго канала — с второй схвмой И, третьего - с первой схемой И, выход селектора-формирователя пврвого канала соединен с входом формироватвля строба, выход ко срого подсоединен к третьему входу второй схемы И, выхо" ды первой и второй схем И соединвны соответственно с двумя входами 8э триггера и схвмы ИЛИ, выходом подсоединенной к расширителю врвмвнного интервала, третья схема И подсовдииена входами соотввтстввнно к выходу расширители и к генератору счетных импульсов, выход вв совдинвн с первыми входами четвертой и пятой схвм И, вторыв входы которых совдинвны с соответствующими выходами R5триггера, а выходы — с входами рввврсивного счвтчика.

Источники информации, нринятыв во внимание при экспвртизв

1. Авторсков свидвтвльство СССР

9 560139, кл. С Ol В 17/02, 1971 °

2. Патент США 9 3980404, кл. 73-67. 8 R, 1976.

3. Патент Франции 9 1547473 кл. С, 01 8, 1968 (прототип) .