RU2130169C1 - Ultrasonic thickness gauge - Google Patents
Ultrasonic thickness gauge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2130169C1 RU2130169C1 RU97110978A RU97110978A RU2130169C1 RU 2130169 C1 RU2130169 C1 RU 2130169C1 RU 97110978 A RU97110978 A RU 97110978A RU 97110978 A RU97110978 A RU 97110978A RU 2130169 C1 RU2130169 C1 RU 2130169C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulse
- thickness gauge
- output
- input
- trigger
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый ультразвуковой толщиномер относится к устройствам неразрушающего контроля и предназначен для измерения остаточной толщины стенок технологического оборудования в химической, нефтегазодобывающей и других отраслях промышленности. The proposed ultrasonic thickness gauge relates to non-destructive testing devices and is designed to measure the residual wall thickness of technological equipment in the chemical, oil and gas and other industries.
Известны аналогичные технические решения - см. , например, а.с. N 1064130, а.с. N 1108387, а.с. N 859811, а.с. N 407189, техническое описание серийного толщиномера типа УТ-93П и т.д. Similar technical solutions are known - see, for example, a.s. N 1064130, a.s. N 1108387, a.s. N 859811, a.s. N 407189, technical description of a serial thickness gauge type UT-93P, etc.
Устройство, предлагаемое в а. с. N 1064130, относится к безэталонным ультра звуковым толщиномерам. Такие толщиномеры не нуждаются в операциях калибровки и тем самым позволяют упростить процесс измерения. Однако это преимущество может быть реализовано лишь при контроле изделий с гладкими стенками, поскольку датчик безэталонного толщиномера имеет значительно большую площадь акустического кон такта, чем у обычных искателей, при этом для контроля необходима значительно большая площадь зачистки корродированной поверхности реальных изделий, а это существенно увеличивает трудозатраты при проведении контроля. По этой же причине безэталонные толщиномеры практически непригодны для измерения остаточной толщины изделий криволинейной формы, а в промышленности чаще всего контролируются именно такие объекты. Кроме этого, в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, таких, например, как изменение температуры, влажности, механических воздействий, неизменность измерительных характеристик все равно приходится контролировать по эталонному образцу и при необходимости подстраивать толщиномер элементами регулировки, т.к. в ином случае при измерениях возможны грубые ошибки. Серьезным недостатком таких приборов является высокая сложность как датчика, так и самого толщиномера, предопределяющая низкую надежность приборов такого типа и их высокую стоимость. The device proposed in a. with. N 1064130, relates to non-reference ultra sound thickness gauges. Such thickness gauges do not need calibration operations and thereby simplify the measurement process. However, this advantage can be realized only when testing products with smooth walls, since the sensor of a standardless thickness gauge has a significantly larger acoustic contact area than conventional searchers, and for monitoring a significantly larger area for cleaning the corroded surface of real products is required, and this significantly increases labor costs during the control. For the same reason, non-standard thickness gauges are practically unsuitable for measuring the residual thickness of products of a curved shape, and in industry such objects are most often monitored. In addition, under the influence of destabilizing factors, such as, for example, changes in temperature, humidity, mechanical stresses, the invariance of the measuring characteristics, one still has to control the reference sample and, if necessary, adjust the thickness gauge with adjustment elements, since otherwise gross errors are possible during measurements. A serious drawback of such devices is the high complexity of both the sensor and the thickness gauge itself, which predetermines the low reliability of devices of this type and their high cost.
Ультразвуковой толщиномер, предлагаемый в а.с. N 859811, позволяет измерять толщину изделий, используя произвольный по номеру отраженный импульс. Это позволяет обеспечить высокую точность измерения, поскольку при таком алгоритме в качестве результата измерения может использоваться разность результатов двух измерений для n- и (n+1)-го отраженных импульсов. При этом результат оказывается независимым от времени задержки ультразвука в призмах искателя и от нестабильности этой задержки. Калибровка такого толщиномера исключительно проста, т.к. включает всего лишь одну операцию установки равенства между показаниями толщиномера и реальной толщиной измеряемого эталона. Однако такому алгоритму измерения присущ принципиальный недостаток, практически исключающий применение приборов такого типа при контроле корродированных изделий, отражающие поверхности которых зачастую позволяют получить лишь один отраженный импульс. Ultrasonic thickness gauge offered in A.S. N 859811, allows you to measure the thickness of products using a random number of reflected pulse. This allows for high measurement accuracy, since with such an algorithm, the difference of the results of two measurements for the n- and (n + 1) -th reflected pulses can be used as the measurement result. In this case, the result turns out to be independent of the delay time of the ultrasound in the prism of the finder and the instability of this delay. Calibration of such a thickness gauge is extremely simple, as includes only one operation to establish the equality between the readings of the thickness gauge and the real thickness of the measured standard. However, there is a fundamental drawback inherent in such a measurement algorithm, which practically excludes the use of devices of this type in monitoring corroded products, the reflective surfaces of which often allow only one reflected pulse.
Толщиномер по а. с. N 407189, как и предыдущий, требует для измерения наличия как минимум двух отраженных импульсов. Кроме этого, недостатками этого устройства являются аналоговый способ получения результата, а также необходимость априорного знания табличных значений скорости звука в контролируемых материалах. Thickness gauge by a. with. N 407189, like the previous one, requires at least two reflected pulses to measure the presence of. In addition, the disadvantages of this device are the analogue method of obtaining the result, as well as the need for a priori knowledge of the tabular values of the speed of sound in controlled materials.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультра звуковой толщиномер УТ-93П [1]. Это устройство содержит синхронизатор, подключенный выходами к генератору зондирующего импульса и к пусковому входу генератора задержки, выход которого соединен с первым входом сброса триггера разрешения счета, усилитель, цифровой измеритель длительности импульса с регулируемой частотой заполнения, вход управления которого соединен с соответствующим выходом триггера разрешения счета, а также кнопку управления. Closest to the technical nature of the proposed is an ultrasonic thickness gauge UT-93P [1]. This device contains a synchronizer connected by the outputs to the probe pulse generator and to the start input of the delay generator, the output of which is connected to the first reset input of the count resolution trigger, an amplifier, a digital pulse width meter with an adjustable filling frequency, the control input of which is connected to the corresponding output of the count resolution trigger as well as a control button.
Выход усилителя подключен к входу усилителя-дискриминатора с регулируемым порогом дискриминации, выход которого соединен с входом установки триггера разрешения счета. Кроме этого, в состав толщиномера входит генератор калибровочного импульса, который при нажатой кнопке управления позволяет установить частоту заполнения цифрового измерителя длительности импульса примерно пропорциональной скорости звука в исследуемом материале, которая должна быть априорно известна. The output of the amplifier is connected to the input of the amplifier-discriminator with an adjustable discrimination threshold, the output of which is connected to the input of the setup of the account resolution trigger. In addition, the thickness gauge includes a calibration pulse generator, which, when the control button is pressed, allows you to set the filling frequency of the digital pulse duration meter approximately proportional to the speed of sound in the material being studied, which should be known a priori.
Достоинством этого устройства является применяемый алгоритм измерения, в соответствии с которым результатом измерения считается интервал времени между передними фронтами зондирующего и первого отраженного импульсов минус длительность импульса генератора задержки, которая выбирается при калибровке толщиномера равной времени распространения ультразвука в призмах искателя. Использование такого алгоритма позволяет контролировать изделия практически с любым качеством отражающей поверхности, при этом возможности толщиномера ограничиваются только его чувствительностью. Однако чувствительность прототипа невелика, т.к. усилитель выполнен однокаскадным, поэтому уровень дискриминации в сложных условиях контроля обычно не превышает нескольких десятков милливольт, а это приводит к необходимости частой перерегулировки порога порогового устройства (при изменении объектов контроля, смене искателей, изменении температуры и т.д.), что значительно ограничивает возможности толщиномера и усложняет его эксплуатацию. The advantage of this device is the applied measurement algorithm, according to which the measurement result is the time interval between the leading edges of the probe and the first reflected pulses minus the duration of the delay generator pulse, which is selected when calibrating the thickness gauge equal to the ultrasound propagation time in the prism of the finder. Using this algorithm allows you to control products with almost any quality of the reflective surface, while the capabilities of the thickness gauge are limited only by its sensitivity. However, the sensitivity of the prototype is small, because the amplifier is single-stage, so the level of discrimination in difficult control conditions usually does not exceed several tens of millivolts, and this leads to the need for frequent adjustment of the threshold of the threshold device (when changing the objects of control, changing finders, changing the temperature, etc.), which significantly limits the possibilities thickness gauge and complicates its operation.
Другим недостатком прототипа является используемый способ калибровки, содержащий операции установки ориентировочного значения скорости звука в исследуемом материале (которое необходимо предварительно определить по таблице), измерения двух эталонов с существенно отличающимися толщинами, причем при измерении эталона большей толщины регулируется частота генератора заполнения, а при измерении эталона меньшей толщины - длительность импульса генератора задержки, и путем последовательных приближений на табло прибора получают отсчеты, численно совпадающие с толщиной эталонов. Применение такого способа калибровки определяет не только эксплуатационные, но и целый ряд конструктивных недостатков, в том числе сложность структуры толщиномера, а соответственно его неэкономичность, невысокую надежность и высокую стоимость, а также узость функциональных возможностей. Существенным недостатком прототипа является также невозможность его калибровки и недостоверность контроля измерительной характеристики по встроенному эталону. Another disadvantage of the prototype is the used calibration method, which includes the operation of setting the approximate value of the speed of sound in the test material (which must be previously determined from the table), measuring two standards with significantly different thicknesses, and when measuring a standard with a larger thickness, the frequency of the fill generator is regulated, and when measuring the standard smaller thickness - the duration of the pulse of the delay generator, and by successive approximations on the display of the device receive samples, h techniques, are coincident with the thickness standards. The use of this method of calibration determines not only operational, but also a number of design flaws, including the complexity of the structure of the thickness gauge, and accordingly its inefficiency, low reliability and high cost, as well as the narrowness of functionality. A significant disadvantage of the prototype is the impossibility of its calibration and the inaccuracy of the control of the measuring characteristic according to the built-in standard.
Задачей настоящего изобретения является упрощение эксплуатации толщиномера при одновременном упрощении его конструкции и повышении чувствительности. The objective of the present invention is to simplify the operation of a thickness gauge while simplifying its design and increasing sensitivity.
С этой целью в ультразвуковой толщиномер, содержащий синхронизатор, подключенный выходом к генератору зондирующего импульса и к пусковому входу генератора задержки, выход которого соединен с первым входом сброса триггера разрешения счета, усилитель, цифровой измеритель длительности импульса с регулируемой частотой заполнения, вход управления которого соединен с соответствующим выходом триггера разрешения счета, а также кнопку управления, введены дополнительно преобразователь импульсов, включенный последовательно с усилителем, второй триггер, двухвходовый логический элемент ИЛИ и дифференцирующая цепь, причем триггер разрешения счета выполнен счетным, его соответствующий выход подключен к счетному входу второго триггера, выход которого соединен с вторым входом сброса триггера разрешения счета, первый вход сброса которого объединен с входом сброса второго триггера, выход преобразователя импульсов через элемент ИЛИ подключен к счетному входу триггера разрешения счета, причем второй вход этого элемента через кнопку управления и дифференцирующую цепь подключен к выходу генератора задержки. To this end, in an ultrasonic thickness gauge containing a synchronizer connected by an output to a probe pulse generator and to the start input of a delay generator, the output of which is connected to the first reset input of a counting trigger, an amplifier, a digital pulse width meter with an adjustable filling frequency, the control input of which is connected to the corresponding output of the trigger for resolution of the count, as well as the control button, an additional pulse converter is added, connected in series with the amplifier, oh trigger, a two-input OR logic element and a differentiating circuit, and the count resolution trigger is counted, its corresponding output is connected to the counting input of the second trigger, the output of which is connected to the second reset input of the count resolution trigger, the first reset input of which is combined with the reset input of the second trigger, the output of the pulse converter through the OR element is connected to the counting input of the count resolution trigger, and the second input of this element through the control button and the differentiating circuit is connected to delay generator output.
Постоянная времени восстановления преобразователя импульсов выбрана большей постоянной времени затухания выходных сигналов ультразвукового датчика. The recovery time constant of the pulse converter is selected to be a larger decay time constant of the output signals of the ultrasonic sensor.
Функциональная схема возможного варианта реализации ультразвукового толщиномера представлена на фиг. 1. Возможные варианты выполнения преобразователя импульсов 8 представлены на фиг. 2, 3. A functional diagram of a possible embodiment of an ultrasonic thickness gauge is shown in FIG. 1. Possible embodiments of the pulse converter 8 are shown in FIG. 2, 3.
Толщиномер содержит синхронизатор 1, генератор зондирующего импульса 2, генератор задержки 3, триггер разрешения счета 4, усилитель 5, цифровой измеритель длительности импульса 6 с регулируемой частотой заполнения, кнопку управления 7, преобразователь импульсов 8, второй триггер 9, двухвходовый элемент ИЛИ 10 и дифференцирующую цепь 11. Преобразователь импульсов 8 содержит диод 12, RC-цепь 13 и разделительный конденсатор 14. The thickness gauge contains a synchronizer 1, a probe pulse generator 2, a delay generator 3, an account resolution trigger 4, an amplifier 5, a digital pulse width meter 6 with an adjustable filling frequency, a control button 7, a pulse converter 8, a second trigger 9, a two-input element OR 10, and a differentiator circuit 11. The pulse Converter 8 contains a
Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.
Сигнал с выхода синхронизатора 1 запускает одновременно генератор зондирующего импульса 2 и генератор задержки 3. Генератор зондирующего импульса 2 возбуждает ультразвуковой импульс в объекте контроля, который отражается от его задней стенки, преобразуется приемной секцией ультразвукового искателя в электрический сигнал, поступающий на вход преобразователя импульсов 8. Генератор задержки 3 формирует отрицательный импульс, длительность которого можно установить равной времени распространения ультразвука в звукопроводящих призмах датчика. Этот импульс подается на входы сброса триггера разрешения счета 4 и второго триггера 9, устанавливая уровень логического нуля на их неинверсных выходах. При ненажатой кнопке управления 7 задний фронт этого импульса, выделенный дифференцирующей цепью 11 и прошедший через логический элемент ИЛИ 10, изменяет состояние триггера разрешения счета 4 на обратное, при этом разрешается работа цифрового измерителя длительности импульса 6. При появлении сигнала о первом отраженном ультразвуковом импульсе на воде преобразователя импульсов 8 он преобразуется в соответствии с диаграммами, представленными на фиг. 2, 3, усиливается усилителем 5 и через элемент ИЛИ 10 поступает на вход триггера разрешения счета 4, возвращая его в исходное состояние. Это прекращает работу цифрового измерителя длительности импульса 6, а также изменяет состояние на выходе второго триггера 9, который по второму входу сброса запрещает дальнейшую работу триггера разрешения счета 4. Переключение второго триггера 9 соответствует окончанию цикла измерения, результат которого, пропорциональный сумме задержек ультразвука в призмах искателя и в контролируемом изделии, выводится на табло цифрового измерителя длительности импульса 6. The signal from the output of the synchronizer 1 starts both the probe pulse generator 2 and the delay generator 3. The probe pulse generator 2 excites an ultrasonic pulse in the test object, which is reflected from its rear wall, and is converted by the receiving section of the ultrasonic finder into an electrical signal fed to the input of the pulse converter 8. Delay generator 3 generates a negative pulse, the duration of which can be set equal to the propagation time of ultrasound in sound-conducting prisms of dates chica. This pulse is applied to the reset inputs of the trigger for resolving the count 4 and the second trigger 9, setting the level of logical zero at their non-inverse outputs. When the control button 7 is not pressed, the trailing edge of this pulse, which is distinguished by the differentiating circuit 11 and passed through the OR logic element 10, changes the state of the counter resolution enable trigger 4 to the opposite, and the digital pulse width meter 6 is enabled. When a signal appears about the first reflected ultrasonic pulse the water of the pulse Converter 8, it is converted in accordance with the diagrams presented in FIG. 2, 3, is amplified by the amplifier 5 and, through the OR element 10, enters the input of the trigger for resolving the count 4, returning it to its original state. This stops the digital pulse width meter 6 and also changes the state at the output of the second trigger 9, which prohibits the further operation of the count resolution 4 trigger at the second reset input. Switching the second trigger 9 corresponds to the end of the measurement cycle, the result of which is proportional to the sum of ultrasound delays in prisms finder and in a controlled product, is displayed on the scoreboard of a digital pulse duration meter 6.
При нажатой кнопке 7 дифференцирующая цепь 11 отключается от входа логического элемента ИЛИ 10, поэтому триггер разрешения счета 4 изменяет состояние в первый раз при приходе сигнала от первого отраженного ультразвукового импульса, а второй раз - в момент прихода сигнала от второго отраженного импульса. Дальнейшие переключения триггера разрешения счета 4 запрещаются изменившим свое состояние вторым триггером 9. Интервал времени между этими импульсами измеряется цифровым измерителем длительности импульса 6, результат на табло которого пропорционален толщине измеряемого объекта. When the button 7 is pressed, the differentiating circuit 11 is disconnected from the input of the OR logic element 10, therefore, the trigger for resolving the count 4 changes the state for the first time when the signal comes from the first reflected ultrasonic pulse, and the second time when the signal comes from the second reflected pulse. Further switchings of the trigger for resolving the count of 4 are prohibited by the second trigger 9, which has changed its state. The time interval between these pulses is measured by a digital pulse duration meter 6, the result of which is proportional to the thickness of the measured object.
Очевидно, что толщиномер предлагаемой структуры позволяет при минимальных аппаратурных затратах осуществлять измерение толщины двумя способами. Измерение по второму способу (кнопка управления 7 нажата) позволяет измерять гладкие изделия с наиболее высокой точностью, при этом толщиномер калибруется по единственному эталону изменением частоты заполнения измерителя длительности импульса 6. При измерении первым способом (кнопка 7 отжата) обеспечивается меньшая точность, однако можно контролировать объекты с плохим качеством поверхности (например, корродированных) и, если проведена калибровка при измерении по второму способу, толщиномер калибруется по тому же эталону путем изменения длительности выходного импульса генератора задержки. При операциях калибровки в обоих случаях на табло цифрового измерителя длительности импульса 6 должен быть получен отсчет, численно равный толщине используемого эталона. Никакой табличной информации, а также последовательных приближений при операциях калибровки по эталону не требуется. It is obvious that the thickness gauge of the proposed structure makes it possible to measure the thickness in two ways with minimal hardware costs. Measurement by the second method (control button 7 is pressed) allows you to measure smooth products with the highest accuracy, while the thickness gauge is calibrated according to a single standard by changing the filling frequency of the pulse-width meter 6. When measuring the first method (button 7 is depressed), less accuracy is provided, however, you can control objects with poor surface quality (for example, corroded) and if calibration is carried out when measuring according to the second method, the thickness gauge is calibrated according to the same standard by changing I the length of delay generator output pulse. During calibration operations in both cases, a countdown numerically equal to the thickness of the standard used should be obtained on the display of a digital pulse duration meter 6. No tabular information, as well as successive approximations, are not required for calibration operations using the standard.
Использование такого способа калибровки позволило не только упростить эксплуатацию толщиномера, но и радикально упростить его структуру, а следовательно снизить его стоимость, повысить надежность и экономичность, а также уменьшить массогабаритные показатели, поскольку по сравнению со структурой прототипа в предлагаемом толщиномере отсутствует целый ряд узлов, предназначенных для установки ориентировочного значения скорости звука в контролируемом изделии. При этом возможность работы толщиномера в двух различных режимах расширяет его функциональные возможности по сравнению с прототипом, поскольку оператор может выбирать режим измерения в зависимости от объекта контроля (например, второй режим дает более точные результаты при хорошем качестве поверхности контролируемых изделий, первый - при контроле изделий плохого качества и больших толщинах). Существенным преимуществом предлагаемого толщиномера перед прототипом является возможность перепроверки результатов контроля обоими способами, что, в конечном итоге, позволяет увеличить достоверность контроля. Using this method of calibration allowed not only to simplify the operation of the thickness gauge, but also to radically simplify its structure, and therefore reduce its cost, increase reliability and economy, as well as reduce overall dimensions, since, in comparison with the prototype structure, the proposed thickness gauge does not have a number of nodes designed to set the approximate value of the speed of sound in the controlled product. At the same time, the possibility of the thickness gauge working in two different modes expands its functionality compared to the prototype, since the operator can choose the measurement mode depending on the control object (for example, the second mode gives more accurate results with good surface quality of the controlled products, the first - when controlling products poor quality and large thicknesses). A significant advantage of the proposed thickness gauge over the prototype is the ability to double-check the control results in both ways, which, ultimately, allows to increase the reliability of the control.
Однако обеспечить правильное функционирование логических узлов предлагаемого толщиномера в режиме измерения толщины по двум соседним эхо-сигналам, используя линейные усилительные каскады, входящие в состав усилителя прототипа, не возможно. Это объясняется тем, что реальные сигналы, поступающие с приемной секции ультразвукового датчика, имеют вид радиоимпульсов с достаточно сложной формой огибающей, затухающих обычно в течение нескольких периодов колебаний с рабочей частотой используемого датчика. Это обстоятельство является несущественным для прототипа, завершающего измерение по фронту первого отраженного импульса, но оно исключает возможность калибровки предлагаемого толщиномера, так как при измерении по второму способу отсчет по шкале толщиномера будет соответствовать не измеряемой толщине, а рабочей частоте используемого преобразователя. Кроме того, между основными импульсами, соответствующими отражениям от задней стенки изделия, при высокой чувствительности наблюдаются импульсы меньшей амплитуды. Все эти мешающие факторы особенно сильно проявляются при калибровке предлагаемого толщиномера, когда условия приема ультразвука близки к идеальным и сигнал на входе высокочувствительного усилителя имеет максимальную величину, при этом выделить всплески сигнала, соответствующие отражениям от задней стенки изделия, становится невозможно, так как они маскируются помехами. However, it is not possible to ensure the correct functioning of the logical nodes of the proposed thickness gauge in the thickness measurement mode using two adjacent echo signals using the linear amplification stages included in the prototype amplifier. This is because the real signals coming from the receiving section of the ultrasonic sensor are in the form of radio pulses with a rather complex envelope shape, usually damping over several periods of oscillation with the operating frequency of the sensor used. This circumstance is insignificant for the prototype completing the measurement along the front of the first reflected pulse, but it excludes the possibility of calibrating the proposed thickness gauge, since when measured by the second method, reading on the scale of the thickness gauge will correspond not to the measured thickness, but to the operating frequency of the transducer used. In addition, between the main pulses corresponding to reflections from the rear wall of the product, at high sensitivity pulses of lower amplitude are observed. All these interfering factors are especially pronounced when calibrating the proposed thickness gauge, when the conditions for receiving ultrasound are close to ideal and the signal at the input of a highly sensitive amplifier has a maximum value, while it becomes impossible to isolate signal bursts corresponding to reflections from the back wall of the product, since they are masked by interference .
Хотя существует достаточно много способов преобразования выходного сигнала ультразвукового искателя для определения временного интервала, соответствующего задержке между эхо-сигналами (см. , например, справочник "Ультразвуковой контроль материалов", Й.Крауткремер, Г.Крауткремер), однако все они требуют больших аппаратных затрат для своей реализации и поэтому непригодны для экономичной переносной аппаратуры контроля. В предлагаемом толщиномере для преобразования эхо-сигналов из аналоговой формы в цифровую предлагается использовать преобразователь импульсов 8, включенный последовательно с усилителем 5. На фиг. 2, 3 приведены диаграммы электрических сигналов для возможных вариантов этого устройства. Although there are many ways to convert the output signal of an ultrasonic finder to determine the time interval corresponding to the delay between echo signals (see, for example, the reference book "Ultrasonic material control", J. Krautkremer, G. Krautkremer), but all of them require large hardware costs for its implementation and therefore unsuitable for cost-effective portable control equipment. In the proposed thickness gauge, it is proposed to use a pulse converter 8, connected in series with the amplifier 5, for converting echo signals from an analog form to a digital one. FIG. 2, 3 are diagrams of electrical signals for possible options for this device.
Пока размах сигналов на выходе пьезопреобразователя в несколько раз меньше прямого смещения на диоде 12, преобразователь импульсов 8 представляет собой практически линейную цепь передачи сигнала. При этом чувствительность толщиномера существенно увеличена за счет увеличения числа усилительных каскадов в усилителе 5. Поэтому по сравнению с прототипом можно существенно увеличить порог дискриминации, который в предлагаемом устройстве определяется разностью между уровнем порогового напряжения логического элемента И 10 и напряжением на выходе усилителя 5 в режиме покоя. Возрастание порога до единиц вольт позволяет обеспечить практически полную независимость процесса отбора полезных сигналов от температуры. Поэтому предлагаемый толщиномер не нуждается в регулировке порога дискриминации во всем диапазоне рабочих температур и несмотря на возрастание порога дискриминации обладает значительно более высокой чувствительностью по сравнению с прототипом, что объясняется непропорциональным увеличением коэффициента усиления по сравнению с возрастанием порога дискриминации. While the amplitude of the signals at the output of the piezoelectric transducer is several times smaller than the direct bias on the
При увеличении амплитуд на входе преобразователя импульсов 8 сигнал начинает детектироваться. При этом конденсатор фильтра амплитудного детектора 8 каждый раз заряжается до максимальной амплитуды всплеска сигнала, после окончания которого выпрямляющий элемент запирается напряжением заряженного конденсатора фильтра и может быть открыт либо быстро, но следующим импульсом примерно такой же амплитуды, либо импульсом малой амплитуды, но после разряда конденсатора фильтра через резистор. Такой характер работы каскада позволяет выделить импульсы сигнала, соответствующие отраженным ультразвуковым импульсам, и эффективно подавить как спадающую часть эхо-сигнала, так и помехи между соседними эхо-сигналами при условии большей постоянной времени разряда RC цепи 13 по сравнению с постоянной времени затухания акустического эхо-сигнала. Для ограничения не линейности амплитудного детектора, которая может уменьшить чувствительность толщиномера к малым сигналам, выпрямительный элемент амплитудного детектора должен быть смещен постоянным током в прямом направлении, что осуществляется путем подключения резистора к источнику смещения. Чтобы удалить постоянную составляющую из выходного сигнала амплитудного детектора, способную при больших входных сигналах перегрузить усилитель, в рассматриваемом варианте преобразователя импульсов 8 установлен переходной конденсатор 14. With increasing amplitudes at the input of the pulse Converter 8, the signal begins to be detected. In this case, the filter capacitor of the amplitude detector 8 is charged each time to the maximum amplitude of the signal burst, after which the rectifying element is closed by the voltage of the charged filter capacitor and can be opened either quickly, but with the next pulse of approximately the same amplitude, or a pulse of small amplitude, but after the discharge of the capacitor filter through a resistor. This type of cascade operation makes it possible to isolate signal pulses corresponding to reflected ultrasonic pulses and to effectively suppress both the decaying part of the echo signal and interference between adjacent echo signals provided that the discharge time of the RC circuit 13 is longer than the acoustic echo decay time constant signal. To limit the non-linearity of the amplitude detector, which can reduce the sensitivity of the thickness gauge to small signals, the rectifier element of the amplitude detector should be biased by direct current in the forward direction, which is done by connecting a resistor to the bias source. To remove the constant component from the output signal of the amplitude detector, capable of overloading the amplifier with large input signals, in the considered embodiment of the pulse converter 8, a
В другом варианте предлагаемого толщиномера в качестве преобразователя импульсов 8 применен параллельный детектор (фиг. 3). Выходным сигналом такого детектора являются импульсы тока через диод 12, соответствующие пиковым значениям входного сигнала. Постоянная времени τ детектора также определяется RC-цепью 13, при этом также должно выполняться условие τ > τa, где τa - постоянная времени затухания выходных сигналов ультразвукового датчика. В этом варианте толщиномера в качестве усилителя может использоваться усилитель постоянного тока с преобразованием тока в напряжение на входе. Если в передней части эхо-сигналов импульсы нарастают по амплитуде, выходные сигналы преобразователя импульсов такого типа представляют собой пачку импульсов, для объединения которых можно использовать устройство типа ждущего мультивибратора.In another embodiment of the proposed thickness gauge, a parallel detector is used as a pulse transducer 8 (Fig. 3). The output signal of such a detector are current pulses through the
Если помеха от возбуждающего импульса относительно велика, то при измерении по первому отраженному импульсу и слабом полезном сигнале в толщиномерах предлагаемой структуры возможно снижение чувствительности при малых толщинах контролируемых изделий, поскольку RC-цепь 13, заряженная мощной помехой, не успеет восстановиться к моменту прихода первого отраженного сигнала. Для устранения этого недостатка достаточно дополнительной секцией кнопки 7 при переходе к первому способу измерения существенно уменьшить постоянную времени преобразователя импульсов 8 (например, шунтируя резистор RC-цепи резистором меньшего номинала). Возможно также уменьшать τ с помощью электронного ключа, управляемого с выхода генератора задержки 3 или синхронизатора 1. If the noise from the exciting pulse is relatively large, then when measured by the first reflected pulse and a weak useful signal in the thickness gauges of the proposed structure, sensitivity may be reduced at small thicknesses of the controlled products, since the RC circuit 13, charged with powerful interference, will not have time to recover by the time the first reflected signal. To eliminate this drawback, an additional section of the button 7 is sufficient to switch to the first measurement method to significantly reduce the time constant of the pulse Converter 8 (for example, by shunting the resistor of the RC circuit with a resistor of a lower nominal value). It is also possible to decrease τ using an electronic key controlled from the output of delay generator 3 or synchronizer 1.
Следует отметить, что в случае малых сигналов на выходе пьезопреобразователя (например, при малой мощности возбуждения), перед преобразователем импульсов 8 может быть включен дополнительный усилитель. И наоборот, если в качестве детектора используется транзисторный каскад, включенный по схеме с ОЭ, совмещающий функции детектора и усилителя, то никакой дополнительный усилитель может не использоваться. It should be noted that in the case of small signals at the output of the piezoelectric transducer (for example, at low excitation power), an additional amplifier can be included in front of the pulse transducer 8. And vice versa, if a transistor cascade is used as a detector, which is connected according to the scheme with OE, combining the functions of the detector and amplifier, then no additional amplifier can be used.
Поскольку начиная с уровня в несколько милливольт выходные импульсы усилителя 5 становятся практически независимыми от амплитуды сигналов на выходе ультразвукового преобразователя, в структуре предлагаемого толщиномера нет регулировки уровня дискриминации, что упрощает его эксплуатацию, поскольку нет необходимости в настройке толщиномера каждый раз при смене датчика или объекта контроля, как это имеет место в прототипе. Since starting from a level of several millivolts, the output pulses of the amplifier 5 become almost independent of the amplitude of the signals at the output of the ultrasonic transducer, there is no discrimination level adjustment in the structure of the proposed thickness gauge, which simplifies its operation, since there is no need to adjust the thickness gauge each time a sensor or control object is changed as is the case in the prototype.
Таким образом, в предлагаемом толщиномере по сравнению с прототипом уменьшено число органов регулировки, упрощен процесс калибровки, существенно упрощена структура, увеличена чувствительность и расширены функциональные возможности за счет обеспечения двух режимов измерения толщины, а также обеспечена достоверность калибровки и контроля измерительной характеристики по встроенному эталону. Thus, in the proposed thickness gauge, in comparison with the prototype, the number of adjustment bodies is reduced, the calibration process is simplified, the structure is significantly simplified, sensitivity is increased and functionality is expanded by providing two thickness measurement modes, and the calibration and control of the measurement characteristic are ensured by the built-in standard.
1. Толщиномер ультразвуковой УТ-93П. Руководство по эксплуатации ЩС2.787.011РЭ. 1. Ultrasonic thickness gauge UT-93P. Operation manual ЩС2.787.011РЭ.
Claims (2)
τ>τa,
где τa - постоянная времени затухания выходных сигналов ультразвукового датчика.2. The thickness gauge according to claim 1, characterized in that the recovery time constant of the pulse Converter τ is selected by the ratio
τ> τ a ,
where τ a is the decay time constant of the output signals of the ultrasonic sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97110978A RU2130169C1 (en) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | Ultrasonic thickness gauge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97110978A RU2130169C1 (en) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | Ultrasonic thickness gauge |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97110978A RU97110978A (en) | 1999-05-10 |
| RU2130169C1 true RU2130169C1 (en) | 1999-05-10 |
Family
ID=20194727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97110978A RU2130169C1 (en) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | Ultrasonic thickness gauge |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2130169C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530450C1 (en) * | 2013-07-18 | 2014-10-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Иркут" (ОАО "Корпорация "Иркут" | Method of product thickness gauging by ultrasonic impulses |
-
1997
- 1997-06-20 RU RU97110978A patent/RU2130169C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Толщиномер ультразвуковой УТ-93 П: Руководство по эксплуатации ЩС 2.787.011.РЭ. 2. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530450C1 (en) * | 2013-07-18 | 2014-10-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Иркут" (ОАО "Корпорация "Иркут" | Method of product thickness gauging by ultrasonic impulses |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4102205A (en) | Method and apparatus for ultrasonic nondestructive testing of workpieces with automatic compensation for the probe, workpiece material, and temperature | |
| US4570486A (en) | Ultrasonic thickness gauge circuit with transit path correction | |
| US5009103A (en) | Ultrasonic thickness measuring method and apparatus | |
| JPS592859B2 (en) | Clock circuit for pulse reflection ultrasonic flaw detection | |
| RU2130169C1 (en) | Ultrasonic thickness gauge | |
| US3624712A (en) | Ultrasonic pulse echo thickness-measuring device | |
| SU1522087A1 (en) | Apparatus for determining strength of concrete | |
| SU1111097A1 (en) | Device for determination of concrete strength | |
| SU1716422A1 (en) | Device for selection of acoustic signals | |
| US4033176A (en) | Pocket-sized, direct-reading ultrasonic thickness gauge | |
| SU1226302A1 (en) | Ultrasonic device for inspecting roughness of article surface | |
| JPS6159460B2 (en) | ||
| RU2034236C1 (en) | Ultrasound echo thickness gage | |
| SU1288589A1 (en) | Device for determining strength of concrete | |
| SU1705732A1 (en) | Device for measuring speed of ultrasound in materials | |
| SU1744636A1 (en) | Ultrasonic flaw-detector | |
| JPH0676998B2 (en) | Precise measurement of ultrasonic round trip time by pulse reflection method | |
| SU1013757A1 (en) | Ultrasonic echo-pulse thickness meter | |
| SU441510A1 (en) | Digital ultrasonic propagation velocity meter | |
| SU721745A2 (en) | Multichannel device for determining the coordinates of propagating crack | |
| JPH03135707A (en) | Peak detection type ultrasonic thickness gauge | |
| JP2750120B2 (en) | Ultrasonic thickness measuring device | |
| SU1268147A1 (en) | Ultrasonic doppler meter of circulation rate | |
| RU1820319C (en) | Method of registration of signals in ultrasonic inspection and device for its implementation | |
| SU1190189A2 (en) | Ultrasonic non-reference thickness gauge |