SU1712783A1 - Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю и может быть использовано при измерении толщины различных материалов, а также скорости ультразвука в детали известной толщины. Цель изобретени  - повышение точности и надежности измерений. При измерении толщины по интервалу времени между приходами импульсов отражени  от граней издели  происходит слежение за амплитудой донного импульса. Вычитающий счетчик с приходом каждого синхроимпульса измен ет свое состо ние, уменьша  тем самым пороговый уровень дл  донного эхо-импульса. Когда он сравн етс  с амплитудой этого импульса, происходит измерение искомого интервала времени. 1 ил.слс

Description

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю и может быть использовано при измерении толщины различных материалов , а,также скорости ультразвука в дета; л х известной толщины.

Известен ультразвуковой толщиномер, содержащий RS-триггеры, схемы совпадет ни  и последовательно соединенные синхронизатор , генератор зондирующих импульсов, приемопередающий блок, усилитель и компаратор.

Недостаток - его низка  надежность.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первый одновибратор, первый RS-триггер, первую схему совпадени , выходом подключенную к С-входу первого RS-триггера, второй одновибратор, второй RS-триггер и вторую схему совпадени , выходом подключенную к С-входу второго RSтриггера , последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, вход которого подключен к выходу синхронизатора , приемопередающий преобразователь , усилитель, первый компаратор, третью схему совпадени , второй вход которой подключен к выходу первого RS-триггера, измеритель временных интервалов и индикатор, последовательно соединенные второй компаратор , информационный вход которого подключен к выходу усилител , четвертую схему совпадени , вторым входом подключенную к выходу второго RS-триггера, а выходом - к второму входу измерител  временных интервалов, третий RS-триггер, S-вход которого йвйзан с выходом второй схемы совпадени , а выход - с третьим входами третьей и четвертой схем совпадени , .источник опорного напр жени , подключенный к опорному входу первого компаратора , выход первого компаратора соединен с вторым входом первой схемы совпадени , выход второго компаратора св зан с вторым входом второй схемы совпадени , а выход синхронизатора подключен к входам сброса первого и второго RS-триггеров и измерител  временных интервалов.

Недостаток этого толщиномера - его низка  точность и надежность из-за того, что третий эхо-сигнал может отсутствовать.

Цель изобретени  - повышение точности и надежности измерени  толщины при измен ющихс  параметрах детали (толщина , непараллельность, кривизна поверхностей и т.п.) за счет точного формировани  временного интервала между первым и вторым эхо-сигналами от поверхностей измер емой детали, а также исключени  перестройки порогов дискриминации амплитуд импульсов.

, Поставленна  цель достигаетс  тем, что ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер , содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первый одновибратор, первый RS-триггер, первую схему совпадени , выходом подключенную к С-входу первого RS-триггера, второй одновибратор , второй RS-триггер и вторую схему совпадени , выходом подключеннуюк С-входу второго RS-триггера, последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, вход которого подключен к выходу синхронизатора, приемопередающий преобразователь, усилитель, первый компаратор, третью схему совпадени , второй вход которой подключен к выходу первого RS-триггера, измеритель временных интервалов и индикатор, последовательно соединенные второй компаратор, информационный вход которого подключен к выходу усилител , четвертую схему совпадени , вторым входом подключенную к выходу второго RS-триггера, а выходом - к второму входу измерител  временных интервалов , третий RS-триггер, S-вход которого св зан с выходом второй схемы совпадени , а выход - с третьими входами третьей и четвертой схем совпадени , источник опорного напр жени , подключенный к опорному входу первого компаратора, и источник единичного потенциала, выход первого компаратора соединен с вторым входом первой схемы совпадени ,, выход второго компаратора св зан с вторым входом второй схемы совпадени , а выход синхронизатора подключен к входам сброса первого и второго RS-триггеров и измерител  временных интервалов, снабжен последовательно соединенными п той схемой

совпадени , первым входом подключенной к инверсному выходу третьего RS-триггера, а вторым входом - к выходу синхронизатора , вычитающим счетчиком, информационные входы которого подключены к источнику единичного потенциала, а установочный вход - к выходу измерител  временных интервалов, цифроаналоговым преобразователем и первым коммутатором,

0 управл ющий вход которого соединен с инверсным выходом третьего RS-триггера, и последовательно соединенным делителем напр жени , входом подключенным к выходу цифроаналогового .преобразовател , и

5 вторым коммутатором, управл ющий вход которого соединен с пр мым выходом третьего RS-триггера, а опорный вход второго компаратора св зан с выходами коммутаторов .

0Св зь взаимодействи  указанных элементов с остальными элементами толщиномера позвол ет автоматически, в зависимости от изменени  амплитуды донного эхо-импульса, формировать значение

5 опорного напр жени , определ ющего по рог дискриминации амплитуды донного эхоимпульса . Тем самым обеспечиваетс  точное формирование временного интервала между первым и вторым эхо-сигналами,

0 соответствующего измер емой толщине.

На чертеже изображен ультразвуковой эхо-импу)1ьсный толщиномер, структурна  схема.

Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2зондирующих импульсов, приемопередающий преобразователь 3 и усилитель 4, последовательно соединенные первые

0 одновибратор 5, входом подключенный к выходу синхронизатора 1, RS-триггер 6, схему 7 совпадений, выходом подключенную к С-входу первого RS-триггера 6, вторые одновибратор 8, RS-триггер 9, схему 10 совпадений, выходом подключенную к С- входу второго RS-триггера 9, последовательно соединенные первый компаратор 11, пер , вым входом подключенный к выходу усилител  4, вторым входом - к источнику Uon

0 опорного напр жени , третью схему 12 совпадений, второй вход которой соединен с выходом первого RS-триггера, измеритель 13 временных интервалов и индикатор 14, последовательно соединенные второй компаратор 15, первым входом подключенный к выходу усилител  4, четвертую схему 16 совпадений, выходом подключенную к второму входу измерител  13, а вторым входом - к выходу второго RS-триггера 9, выход второго компаратора 15 подключей к второму входу второй схемы 10 совпадений, третий RS-триггер 17, S-входом подключенный к выходу второй схемы 10 совпадений, выходом - к третьим Мр дам третьей 12 и четвертой 16 схем совпёдений , последовательно соединенные п тую схему 18 совпадений первым вхо дом подключенную к второму выходу третьего RS-триггера 17, вторым входом к выходу синхронизатора 1, вычитающий счетчик 19, информационные входы которого подключены к источнику питани га установочный вход РЕ - к второму выходу измерител  13 временных интервалов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 20, цифровые входы которого подключены к соответствующим выходам вычитающего счетчика 19, аналоговый вход - к источнику Uon опорного напр жени , первый коммутатор 21, управл ющий вход которого соединен с вторым выходом третьего RS-триггера 17, а выход - с вторым входом второго компаратора 15, последовательно соединенные делитель 22 напр жени , входом подключенный к выходу ЦАП 20, второй коммутатор 23, управл ющий вход которого соединен с первым выходом третьего RSтриггера 17, а выход - с вторым, входом второго компаратора 15.

Толщиномер работает следующим образом .

Синхронизатор 1 передним фронтом запускает генератор 2 зондирующих импульсов , устанавливает RS-триггеры 6 и 9 и измеритель 13 временных интервалов в исходноесосто ние и задним фронтом запускает первый одновибратор 5. Генератор 2 возбуждает импульс, излученнь1й пьезопреобразователем 3, вводитс  через согласующую среду в контролируемое изделие и, распростран  сь в нем, претерпевает многократные отражени  от поверхностей . УЗ-колебани , возникающие при этом, принимаютс  пьезопреобразователем 3, преобразуютс  им в электрические сигналы, которые поступают на усилитель. Усиленные сигналы поступают на входы первого 11 и второго 15: компараторов. На один из входов первого компаратора 11 подаетс  опорное напр жение Don, которое выбираетс  несколько большим, чем максимальна  амплитуда шумов.

Импульсы на выходе первого компаратора 11 по вл ютс , когда амплитуда сигналов на входе больше уровн  опорного напр жени . Сигналы подаютс  одновременно и на вход второго компаратора 15. Причем на второй вход этого компаратора от ЦАП 20 через первый коммутатор 21 подаетс  опорное напр жение Don. Егозн ачение определ етс  состо нием цифровых выходов , которое задаетс  значением цифровых выходов вычитающего счетчика 19. В исходном состо нии на всех входах устанавливаетс  единица при поступлении на вход РЕ счетчика от измерител  13 временных интервалов. Это состо ние соответствует максимальному значению опорного напр жени , которое выбираетс  несколько большим, чем максимальна  амплитуда донного импульса. При этом на выходах второго компаратора 15 и второй схемы 10 совпадений донный импульс отсутствует и третий RS-триггер 17 находитс 

5 в нулевом состо нии, а второй выход - в состо нии 1, которое, будучи подано на второй вход п той схемы 18 совпадений, разрешает прохождение импульсов синхронизатора 1 на тактовый С-БХОД вьмитающе0 го счетчика 19. От поступающих импульсов состо ние цифровых выходов счетчика .19 дискретно измен етс , и соответственно уменьшаетс  значение опорного напр жени  Don. Когда его значение на втором входе

5 второго компаратора 15 меньше донного импульса, на выходе этого компаратора и соответственно на выходе второй схемы 10 совпадений по витс  импульс, который установит третий RS-триггер 17 в единичное

О состо ние. При этом на инверсном выходе триггера будет нулевое состо ние, запрещающее прохождение импульсов синхронизатора 1 через п тую схему 18 совпадений и опорного напр жени  Uon через первый

5 коммутатор 21. Одновременно потенциал пр мого выхода третьего RS-триггера 17 открывает второй коммутатор 23. Таким , образом, установившеес  значение .цифровых выходов счетчика 19 и соответствующих входов ЦАП 20 зафиксирует значение опорного напр жени  Uon, равное амплитуде донного импульса, которое с делител  22 напр жени  на заданном уровне порога дискриминации будет прило5 жено через открытый второй коммутатор 23

к второму входу второго компаратора 15.

( Дл  выделени  информационных сигналов

из серии импульс служат одновибраторы 5

и 8, RS-триггеры 6, 9 и 17 и схемы 7, 10.12 и

0 16 совпадений.

Длительность выходного импульса первого одновибратора 5 определ етс  време . нем переходных процессов в усилителе 4 и толщиной согласующего материала. По заднему фронту импульса взводитс  первый триггер 6. На его выходе устанавливаетс  потенциал, разрешающий прохождение импульсов от второго компаратора 15 через первую схему 7 совпадений. Первый импульс , соответствующий первому эхо-импульсу , пройд  через первую схему 7 совпадений , своим задним фронтом по С-входу сбрасывает первый RS-триггер 6, который запрещает дальнейшее прохождение импульсов через первую схему 7 совпадений и запускает второй одновибратор 8, по заднему фронту его импульса взводитс  второй RS-триггер 9. На выходе второго RS-триггера 9 устанавливаетс  потенциал, разрешающий прохождение импульсов через вторую схему 10 совпадений. После сложени  импульсов на выходе схемы 10 совпадений по вл етс  импульс, соответствующий донному эхо-импульсу. Задним фронтом этого импульса второй RS-триггер 9 сбрасываетс  и запрещает прохождение импульсов через вторую схему 10 совпадений. Этим же импульсом взводитс  третий RS-триггер 17, На выходе его устанавливаетс  потенциал, разрешающий прохождение импульсов первого 11 и второго 15 компараторов соответственно через третью 12 и четвертую 16 схемы совпадений . После сложени  импульсов на выходах этих схем совпадений по вл ютс  импульсы, соответствующие отражени м от наружной (первый) и внутренний (донный) поверхностей детали.

Таким образом, из всей серии импульсов выбирают два импульса, передние фронты которых соответствуют заданному порогу дискриминации амплитуд первого и второго (донного) эхо-импульсов, а врем  между ними при любых изменени  амплитуд донных эхо-импульсов соответствует измер емой толщине.

Импульсы поступакэт на измеритель 13 временных i интервалов, где длительность Тизм. преобразуетс  в метрические единицы , соответствующие измер емой толщине , которые отсчитываютс  по индикатору 14.

Использование изобретени  позвол ет повысить точность контрол  толщины и стабильность результатов измерений при наличии различных вли ющих факторов: переменна  толщина, измен юща с  шероховатость , кривизна поверхности и т.п., привод щих к резкому и непредсказуемому изменению амплитуды сигналов в процессе измерени , Кроме того, оно позвол ет исключить перестройку порогов дискриминации амплитуд импульсов при контроле материалов с различными коэффициентами затухани , измен ющейс  шероховатости и кривизны поверхности, и тем самым упростить настройку прибора при эксплуатации.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Ультразвуковой эхо-импульсный толщиномер , содержащий последовательно соединенные синхронизатор, первый одновибратор, первый RS-триггер, первую схему совпадени , выходом подключенную к С-входу первого RS-триггера, второй одновибратор , второй RS-триггер и вторую схему совпадени , выходом подключенную к С-входу второго RS-триггера, последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, вход которого подключен к выходу синхронизатора, приемопередающий преобразователь, усилитель, первый компаратор, третью схему совпадени , второй вход которой подключен к выходу первого RS-триггера, измеритель временных интервалов и индикатор, последовательно соединенные второй компаратор, информационный вход которого подключен к выходу усилител , четвертую схему совпадени , вторым входом подключенную к выходу второго RS-триггера, а выходом - к второму входу измерител  временных интервалов, третий RS-триггер, S-вход которого св зан с выходом второй схемы совпадени , а выход - с третьими входами третьей и четвертой схем совпадени , источник опорного напр жени , подключенный к опорному входу первого компаратора, и источник еди-. ничного потенциала, ыход первого компаратора соединен с вторым входом первой схемы совпадени , выход второго компаратора св зан с вторым входом второй схемы совпадени , а выход синхронизатора подключен к входам сброса первого и второго RS-триггеров и измерител  временных интервалов , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и надежности, он снабжен последовательно соединенными п той схемой совпадени , первым входом подключенной к инверсному выходу третьего RS-триггера, а вторым входом - к выходу синхронизатора, вычитающим счетчиком, информационные входы которого подключены к источнику единичного потенциала, а установочный вход- к выходу измерител  временных интервалов, цифроаналоговым преобразователем и первым коммутатором, управл ющий вход которого соединен с инверсным выходом третьего RS-триггера, и последовательно соединенными делителем напр жени , входом подключенным к выходу цифроаналогового преобразовател , и вторым коммутатором, управл ющий вход которого соединён с пр мым выходом третьего RS-триггера, а опорный вход второго компаратора св зан с выходами коммутаторов.