SU1589052A1 - Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к ультразвуковой толщинометрии. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  за счет кратного раст гивани  интервала времени, пропорционального толщине издели . Кратность раст гивани  временного интервала определ етс  коэффициентом пересчета счетчика фиксированного числа и не зависит от нелинейностей и нестабильностей генераторов тока. Кроме того, толщиномер снабжен каналом калибровки, учитывающим изменени  скорости распространени  звука в изделии. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике И может быть использовано дл  измерени  толщины изделий с односторонним доступом к поверхности.

Целью изобретени   вл етс  повы- , шение точности измерени  толщины за счет кратного раст гивани  интервала времени, пропорционального толщине издели ,

На фиг.1 показана функциональна  схема предлагаемого ультразвукового эхо-импульсного толщиномера; на - зависимости напр жений от времени в различных точках функциональной схемы толщиномера; на фиг.З- гфинципиальна  электрическа  схема )слючевого управл емого генератора импульсов (КУГИ)} на фиг,4 - принципиальна  схема блока сравнени  временного положени  импульсов.

Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер содержи.т последовательно соединенные синхронизатор I, приеьг- но-передающий блок (ППБ) 2 и акустический блок 3, преобразователь 4 маалтаба времени, которьй состоит из последовательно coeдинeнlaJx счетчика 5 фиксированного числа, вход установки в исходное состо ние которого соединен с выходом начала отсчета времени Ш1Б 2, первого ключевого управл емого генератора 6 импульсов (КУГИ), выход которого подсоединен к счетному входу счетчика 5 фиксированного числа, первого блока 7 сравнени  временного положени  импульсов- (БСВПИ), второй сравнивающий вход которого соединен с выходом конца от- счета времен ППБ .2, а вход установ ЕЙ в исзшдкое состо ние соединен с синхронизатором 1, и хгергзого фильтра 8 нижних частот (ФНЧ), выход которо I O соединен с управл ющим входом первого КУГИ 6 последовательно соединенные приемник 9 головных волн, ко торый устано1злен на фиксированном рассто нии от акустического блока 3, и усилитель 1.0, преобразователь 1 I врем  код из последовательно соединенных второго КУГИ 12, вход запуска которого соединен с выходом счетчика 5 фиксированного числа, и счетчика 13, вход установки в исходное состо ние которого соединен с синхронизатором 1, последовательно

ливает выход счетчика 5 фиксироватг ного числа в единичное состо ние, Вследствие этого первый и второй КУГИ 6 и 12 начинают генерировать импульсы соответственно. Первый пос ле начала генерировании 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 рассогл совани  между входными фронтами пер вого БСВПИ 7 вырабатываетс  импульс длительностью, равной этому временному рассогласованиюS и пол рностью определ емой фазой рассогласовани . Если врем  по влени  импульса конца отсчета отстает от времени по вле-

1C

15

соединенные дешифратор 14 фиксирован- 20 первого положительного фронта ного числа, блок 15 за,чержки, второй БСВПИ 16, второй вход которого соединен с усилителем 10, а вход установки в исходное состо нив соединен с

после начала возбуждени  первого КУГИ 6, тогда на выходе первого БСВПИ 7 формируетс  отрицательный импульс, который несколько снижает

синхронизатором 1, второй ФНЧ 17,, вы-25 напр жение на выходе первого ФНЧ 8 ход которого соединен с управл ющим входом второго КУГИ 12 .преобразовател  11 врем  код, и последовательно соединенные буфер IB, входы которого соединены с выходами счетчика 13, и зО цифровой индикатор 19, при этом вход переноса буфера 18 соединен с выходом преобразовател  4 масштаба времениа Акустический блок 3 устанавливаетс  на изделие

Ультразвуков.ой эхо-импульсный толщиномер работает следук цим образом.

и частоту первого Ю ГИ 6. Поэтому рассогласование между сравниваемыми фронтами уменьшаетс . Если импульс конца отсчета времени опережает пер вый положительный фронт первого КУГ 6, тогда на выходе первого БСВПИ 7 формируетс  положительный импульс, который несколько увеличивает управ л ющее напр жение на выходе первого ФНЧ 8 и увеличивает частоту первого КУГИ 6, В конечном счете в системе слежени  устанавливаетс  равновесие и сравниваемые фронты совпадают во времени. Генерируемые первым КУГИ 6 импульсы поступают на счетный вход счетчика 5 фиксированного числа, и через п периодов на выходе счетчика 5 фиксированного числа устанавливаетс  нуль. Таким образом, на выходе счетчика 5 формируетс  импульс, дли тельность которого в п раз превышае временной интервал между входными импульсами, В течение раст нутого временного интервала второй КУГИ 12 генерирует синхронные заг уску иьшул сы. Эти импульсы поступают в счетчи 13, Когда на выходе счетчика 13 об- разуетс  код m числа импульсов, тог да на выходе дешифратора 14 фиксиро ванного числа по вл етс  положитель ный фронт. Этот фронт задерживаетс  в блоке 15 задержки на врем  распро странени  ультразвукового импульса головных волн в акустическом блоке

40

Синхронизатор 1 формирует сингхро импульс, который запускает ППБ 2 и устанавливает в исходное состо ние первый БСВПИ 7, счетчик 13 и второй БСВПИ 16, ППБ 2 форш1рует ;5лектричес- кий возбуждающий импульс, который

поступает на акустический блок 3, д5 Акустический блок 3 излучает ультразвуковые имп:ульсы в изделие 20 и принимает отраженные от Е1Нешней и внутренней стенок И1 01ульсы« В ППБ 2 эти иьшульсы усиливаютс , формируютс  и раздел ютс  на.разные выходы. На од-

ном выходе ППБ 2 форьзируетс  и шульс начала отсчета времени, на другом - импульс конца отсчета времени, ВреМ  между этими импульсами равно времени распространени  ультразвукового им пульса от внешней до внутренней поверхности издели  20 и обратно. Импульс начала отсчета времени устанав

50

55

890524

ливает выход счетчика 5 фиксироватг ного числа в единичное состо ние, Вследствие этого первый и второй КУГИ 6 и 12 начинают генерировать импульсы соответственно. Первый после начала генерировании 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 рассогласовани  между входными фронтами первого БСВПИ 7 вырабатываетс  импульс длительностью, равной этому временному рассогласованиюS и пол рностью, определ емой фазой рассогласовани . Если врем  по влени  импульса конца отсчета отстает от времени по вле-

1C

15

первого положительного фронта

после начала возбуждени  первого КУГИ 6, тогда на выходе первого БСВПИ 7 формируетс  отрицательный импульс, который несколько снижает

напр жение на выходе первого ФНЧ 8 О 5

0

5

0

5

и частоту первого Ю ГИ 6. Поэтому рассогласование между сравниваемыми фронтами уменьшаетс . Если импульс конца отсчета времени опережает первый положительный фронт первого КУГИ 6, тогда на выходе первого БСВПИ 7 формируетс  положительный импульс, который несколько увеличивает управл ющее напр жение на выходе первого ФНЧ 8 и увеличивает частоту первого КУГИ 6, В конечном счете в системе слежени  устанавливаетс  равновесие, и сравниваемые фронты совпадают во времени. Генерируемые первым КУГИ 6 импульсы поступают на счетный вход счетчика 5 фиксированного числа, и через п периодов на выходе счетчика 5 фиксированного числа устанавливаетс  нуль. Таким образом, на выходе счетчика 5 формируетс  импульс, длительность которого в п раз превышает временной интервал между входными импульсами, В течение раст нутого временного интервала второй КУГИ 12 генерирует синхронные заг уску иьшуль- сы. Эти импульсы поступают в счетчик- 13, Когда на выходе счетчика 13 об- разуетс  код m числа импульсов, тог да на выходе дешифратора 14 фиксированного числа по вл етс  положительный фронт. Этот фронт задерживаетс  в блоке 15 задержки на врем  распространени  ультразвукового импульса головных волн в акустическом блоке

3, в призме приемника 9 головных волн и в электрических цеп х. Этот задержанный фронт поступает на первый вход второго БСВПИ 16, На второй вход второго БСВПИ 16 поступает при н тый приемником 9 головных волн ультразвуковой импульс. Таким обра зом, обеспечиваетс  равенство времени m периодов импульсов второго КУГИ 2 и времени распространени  головных волн от точки их ввода до точки их вывода.из издели  20, Если это равенство нарушаетс , тогда на выходе второго БСВПИ 16 формируетс  им- .пульс, пол рность и длительность которого определ ютс  фазой и величиной рассогласовани  сравниваемых фронтов . Этот импульс через второй ФНЧ 17 уменьшает рассогласование увеличением или уменьшением частоты второго УШ 12, Скорость головных волн равна скорости продольных ультразвуковых волн. Поэтому на выходе второго КУГИ 12 в течение раст нутого временного интервала формируютс  импульсы , частота которых пр мо пропорциональна скорости распространени  продольных волн. Количество импульсов, сосчитанное счетчиком 13, пропорционально тол;цине издели  20, Эта информаци  с счетчика 13 по окончании раст нутого интервала времени переноситс  через буфер 18 на цифровой индикатор 19.,

Особенность схемы Ю ГИ (фиг.З) состоит в том, что она генерирует импульсы, синхронные с входным запускающим импульсом. В предлагаемом ,решении это позвол ет реализовать след щие системы с разрешающей способностью по временному рассогласованию намного меньше времени между импульсами , т.е. a-iaMiioro меньше периода поступающих на вход БСВПИ импульсов . Это происходит потому, что всегда известны фазовые соотношени  генерируемых КУГИ импульсов с запускающим его импульсом,.

БСВПИ перед каждым зондированием устанавливаетс  в исходное состо ние импульсом от синхронизатора 1,.Тогда в точке между резисторами напр жение между резисторами равно приблизительно половине питающего микросхему напр жени ;, оба транзистора закрыты (фиг,4), Если первым положительный фронт проходит в Вх1, тогда на выхо 052

де верхнего триггера формируетс  отрицательный фронт, в результате .-- нижний транзисторг открываетс . Когда приходит второй положительный фронт в Вх2, тогда инвертированный выход нижнего триггера приобретает состо ние логической единицы, и нижний транзистор закрываетс . После воз- 1Q действи  синхроимпульса схема оп ть готова к работе. Если первым-положительный фронт приходит в Вх2,. тогда в течение времени рассогласовани  входных фроктол открыт верхний трак- ,5 зистор. Таким образом- обеспечиваемс  изменение напр жени  на выходе тч только в течение времени рассогласовани  входных положительных фронтов. Это позвол ет с высокой точностью осуществить слежение фиксированного числа периодов КУШ за принимаемыми ультразвуковыми импульсами .

Первый БСВПИ 7 не срабатывает от положительного фронта импульсов первого КУШ 6, совпадающего по времени с и тульсом начала отсчета времени, потому что синхроимпульс заканчиваетс  позже, чем по вл етс  импульс начала отсчета времени ППБ 2,

20

25

30

35

I

Предлагаемый ультразвуковой эхоимпульсньй толщиномер имеет повьпиен- ную точность измерени , так как позвол ет осуществить кратное раст пг- вание интервала времени, пропорцио- напьного толщине издели , с высокой точностью.

40

Формула

изобретени 

1. Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, приемно-передающий блок и акустический блок, преобразователь масштаба времени, соединенный с приемно-пере- дающим блоком, и преобразователь врем  - код, который состоит из по- следовательно соединенных первого ключевого управл емого генератора импульсов ключа, управл ющий вход которого соединен с. преобразователем масштаба времени, и счетчика, соединенного с синхронизатором, отличающий с   тем, что, с целью повышени  точности измерени , преобразователь масштаба времени выполнен из последовательно соединенных счет0

5

, 1

чика фиксированного числа, вход кр- торого соединен с .выходом начала отсчета временного интервала приемно- передающего блока, первого ключенюго управл емого генератора импульсов, выход которого соединен со счетнь1м входом счетчика фиксированного числа первого блока сравнени  временного положени  и a yльcoв, второй вход которого соединен с выходом конца отсчета временного интервала прйемно- передающего блока, а его вход установки в исходное состо ние соединен с синхронизатором, и первого фильтра нижних частот, выход которого соединен с управл ющим входом первого ключевого управл емого генератора импульсов.

2« Толщиномер по , о т ли - чающийс  тем, что он снабжен последовательно соединенными приемни8

ком головных волн, установленным на фиксированном рассто нии от акусти ческого блока, и усилителем, и после довательно соединенными дешифратором фиксированного числа, входы которого соединены с выхрдами счетчика преобразовател  врем  - код, блоком задержки , вторым блоком сравнени  временного положени  импульсов, второй вход которого соединен с усилителем, а вход установки в исходное состо ние соединен с синхронизатором, и вторым фильтром нижних частот, а преобразователь врем  код состоит из последовательно соединенных второго клйчевого управл емого генератора импульсов, один вход которого соединен с выходом счетчика фиксированного числа преобразовател  масштаба времени, а его управл ющий вход соединен с вторым фильтром нижних частот , и счетчика.

Фиё. 1

д

и

ruiUл

г

.П

пл

1

Фаг.З

omcuHxp.1

ФигЛ

Claims (2)

1. Фор мула’нзобре тения

   1. Ультразвуковой эхо—импульсный толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, приемно-передающий блок и акустический блок, преобразователь масштаба времени, соединенный с приемно—передающим блоком, и преобразователь время - код, который состоит из по— следовательно соединенных первого ключевого управляемого генератора импульсов ключа, управляющий вход которого соединен с преобразователем масштаба времени, и счетчика, соединенного с синхронизатором, о тли — чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, преобразователь масштаба времени выполнен из последовательно соединенных счет чика фиксированного числа, вход которого соединен с .выходом начала отсчета временного интервала приемнопередающего 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 отсчета временного интервала приемнопередающего блока, а его вход установки в исходное состояние соединен с синхронизатором, и первого фильтра нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом первого ком головных волн, установленным на фиксированном расстоянии от акустического блока, и усилителем, и после· j довательно соединенными дешифратором фиксированного числа, входы которого соединены с выхрдами счетчика преобразователя время - код, блоком задержки, вторым блоком сравнения вре10 менного положения импульсов, второй вход которого соединен с усилителем, а вход установки в исходное состояние соединен с синхронизатором, и вторым фильтром нижних частот, а пре· 15 образователь время - код состоит из последовательно соединенных второго клйчевого управляемого генератора ключевого управляемого генератора импульсов.
2. 2. Толщиномер по п.1, о т ли ч а ю щ и й с я тем, что он снабжен импульсов, один вход которого соединен с выходом счетчика фиксированного числа преобразователя масштаба времени, а его управляющий вход соединен с вторым фильтром нижних час-