Спосіб ультразвукового вимірювання товщини багатошарових матеріалів та виробів

Спосіб ультразвукового вимірювання товщини багатошарових матеріалів та виробів, що включає 3 теристики сигналу (ФХС). Введення і виведення ультразвукового сигналу з ОК відбувається за допомогою суміщеного п'єзоелектричного перетворювача. На Фіг.1. зображено блок-схему пристрою, на якому реалізується спосіб, яка містить 1 - генератор синусоїдальних коливань Г4-102, 2 - формувач радіоімпульсного сигналу, 3 - підсилювач потужності, 4 - суміщений п'єзоелектричний перетворювач П111-5.0-К3-001, 5 - цифровий осциллограф GDS840S, 6 - персональний комп'ютер, 7 - блок математичного забезпечення. На Фіг.2 зображено типові сигнали ультразвукової товщинометрії: Фіг.2.а - зондуючий uз(t), Фіг.2.б - донний uд(t), Фіг.2.в - суперпозиція зондуючого і донного сигналу: u(t)=uз(t)+uд(t). На Фіг.3 наведено: Фіг.3.а - сигнал u(t), його гільберт-образ û(t) та обвідну U(t), а на Фіг.3.б графік розрахованої функції δΦ(t), отриманої за формулою (5). Спосіб реалізується на прикладі відомих функціональних блоків та пристроїв (див. Фіг.1). Генератор 1 формує неперервний гармонічний сигнал, який поступає на формувач радіоімпульсного сигналу 2, після підсилення потужності в блоці 3 сигнал подається на суміщений п'єзоелектричний перетворювач 4, який перетворює електричний сигнал в акустичний. Прийнятий після розповсюдження в ОК сигнал перетворюється тим же перетворювачем 4 і подається на осциллограф 5. Останній формує вибірки зондуючого і донного сигналів і передає їх для аналізу та подальшої обробки в блок 6. Алгоритм обробки та відтворення отриманих результатів виконується за допомогою математичного забезпечення 7. ФХС визначається за допомогою т.з, аналітичного сигналу, який утворюється з вихідного дійсного сигналу u(t) і являє собою комплексний сигнал, дійсна частина якого є вихідним сигналом, а уявна - гільберт-образом цього сигналу [3]. ż(t)=u(t)+jû(t) (1) 1 u( t ) u( t ) ˆ u( t ) d (2) 0 Обвідна і фаза сигналу визначаються як: ~ ˆ U( t ) u2 ( t ) u2 ( t ) (3) ˆ u( t ) ˆ K u( t ), u( t ) (4) u( t ) К - оператор, що усуває стрибки фази в точках ~ (t ) arctg 18441 4 переходу через границі інтервалів . Якщо , 2 2 використовується радіоімпульсний зондуючий сигнал з гармонічною несучою, фазова характеристика неспотвореного сигналу є лінійною функцією часу Ф(t)=2 t+φп, де - частота сигналу заповнення радіоімпульсу, п - початкова фаза. При суміщенні в часі донного і зондуючого сигналів ФХС сумарного сигналу буде мати стрибок у межах ± . Стрибок фази оцінюється величиною Φ(t): ~ (t) (t) ( t ) . (5) Викладене вище підтверджують результати моделювання задачі луна-імпульсної товщинометрії. Обвідна суперпозиції зондуючого і лунасигналу мало відрізняється від обвідної зондуючого, що не дає змогу використовувати її для надійного визначення затримки розповсюдження сигналу в ОК (див. Фіг.2). З графіка (див. Фіг.3) видно, що на інтервалі t (0,03; 0,05)с фаза сигналу стрибкоподібно змінюється на величину ~1,5 рад. Часове положення стрибка фази відповідає моменту приходу донного імпульсу. Таким чином, визначаючи часове положення стрибка фази відносно зондуючого сигналу можна визначити роз - час розповсюдження ультразвукового сигналу в ОК. Невідома товщина OK розраховується за формулою d роз . 2 Даний спосіб дає можливість досліджувати багатошарові об'єкти з плоско-паралельними шарами, оскільки кожен шар, що відрізняється акустичними властивостями, буде породжувати свій донний сигнал, який, навіть в разі накладання з іншим донним або зондуючим сигналами, буде спотворювати ФХС прийнятого сигналу. Джерела інформації: 1. Ермолов И.Н. Теория и практика ультра звукового контроля. - М. Машиностроение 1981. 240 с., ил. - (Библиотека приборостроителя). - 173 с. 2. Королев М.В. Безэталонные ультразвуковые толщиномеры. - М. Машиностроение 1985 - 80 с., ил. - (Библиотека приборостроителя). - 9 с. 3. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. 540 С. - 471 с. 5 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 18441 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601