Пристрій для безконтактного вимірювання товщини листових матеріалів і пластин, що переміщуються

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения толщин изделий из различных материалов, перемещающихся по базовой плоскости.

Известно ультразвуковое устройство для измерения линейных размеров, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов и излучатель, последовательно соединенные приемник и усилитель, генератор масштабных меток, последовательно соединенные формирователь импульсов и счетчик, последовательно соединенные ключ и блок памяти, триггер, соединенные одним входом с выходом синхронизатора, вторым входом - с выходом· усилителя и выходом - с первым входом формирователя импульсов, блок сравнения, соединенный первым входом с выходом счетчика, вторым входом - с выходом блока памяти, регистратор, соединенный с выходом блока сравнения, и последовательно соединенные датчик наличия изделия, соединенный с входом синхронизатора, и формирователь одиночных импульсов, соединенный с выходом с первым входом ключа, генератор масштабных меток соединен с вторым входом формирователя импульсов, а выход счетчика соединен с вторым входом ключа [1].

Известно устройство для измерения толщины ленты, содержащее акустическую головку с излучающими и тремя приемными электроакустическими преобразователями, расположенными на различном расстоянии от поверхности ленты, последовательно соединенные синхронизатор, регулируемый усилитель, генератор импульсов, усилитель, первый квадратор и интегратор, выход которого подключен « второму входу регулируемого усилителя, корректирующий усилитель, вход которого подключен к выходу второго приемника преобразователя, второй квадратор, включенный между корректирующим усилителем и интегратором, первый источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу интегратора, сумматор и блок обработки, вход которого подключен к выходу сумматора, последовательно соединенные второй источник опорного напряжения, компаратор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя, второй ключ, второй вход которого подключен к выходу корректирующего усилителя, третий ключ, третий источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу третьего ключа и сумматора, дифференциальный усилитель, включенный между третьим приемным преобразователем и компаратором, вторые входы второго и третьего ключей подключены к выходу компаратора, а выходы - к входу сумматора [2].

Наиболее близким к изобретению по технической сути является ультразвуковой толщиномер, содержащий синхронизатор, генератор импульсов, приемопередающий блок, преобразователь амплитуда-длительность, временной селектор, преобразователь - длительность-амплитуда, счетчик импульсов, блок задержки, формирователь импульсов, элемент ИЛИ, измеритель времени и регистратор [3].

Недостатком данного устройства является невысокая точность измерений вследствие наличия систематической погрешности, связанной с затягиванием фронтов отраженных импульсов с перемещением контролируемого изделия.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее синхронизатор, генератор импульсов, приемопередающий блок, временной селектор, преобразователь длительность-амплитуда, счетчик импульсов, блок задержки, преобразователь амплитуда-длительность и регистратор, снабжено генератором гармонических колебаний, двумя ключами, нуль-органом, амплитудным двухполярным селектором разности амплитуд полуволн, масштабным усилителем, двумя счетными триггерами, счетчик импульсов выполнен реверсивным, а блок задержки и регистратор выполнены управляемыми.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для бесконтактного измерения толщины перемещающихся листовых материалов и пластин.

Схема содержит генератор 1 гармонических колебаний стабилизированной частоты, синхронизатор 2, первый ключ 3, приемопередающий блок 4, временной селектор 5, преобразователь 6 длительность-амплитуда, преобразователь 7 амплитуда-длительность, реверсивный счетчик 8 импульсов, первый счетный триггер 9, нуль-орган 10, амплитудный двухполярный селектор 11 разности амплитуд полуволн, элемент И 12, генератор 13 импульсов, второй ключ 14, блок 15 задержки, второй счетный триггер 16, регистратор 17 и масштабный усилитель 18.

Реверсивный счетчик 8 импульсов подключен счетным входом - к выходу второго ключа 14, суммирующим входом - к первому выходу первого счетного триггера 9 и к управляющему входу блока 15 задержки, вычитающим входом - к второму выходу первого счетного триггера 9 и к входу второго счетного триггера 16, выход которого соединен с управляющим входом регистратора 17, подключенного информационным входом к выходу реверсивного счетчика 8 импульсов.

Первый ключ 3 подсоединен информационным входом к выходу генератора 1, управляющим входом - к первому выходу синхронизатора 2 и выходом - к входу приемопередающего блока 4. подключенного управляющим выходом к первым входам синхронизатора 2 и временного селектора 5 и сигнальным выходом - к входам нуль-органа 10 и амплитудного двухполярного селектора 11, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам элемента И 12, подсоединенного выходом к входу первого счетного триггера 9 и к управляющему входу временного селектора 5, который подсоединен первым выходом к входу преобразователя 6, подключенного выходом через последовательно соединенные масштабный усилитель 18 и преобразователь 7 амплитуда-длительность к управляющему входу реверсивного счетчика 8 импульсов.

Синхронизатор 2 подключен вторым входом к первому выходу генератора 13 импульсов и к входу генератора 1 гармонических колебаний, второй выход синхронизатора 2 соединен с первым управляющим входом второго ключа 14, подсоединенного информационным входом к второму выходу генератора 13 импульсов, а вторым управляющим входом - к выходу блока 15 задержки, информационный вход которого соединен с вторым выходом временного селектора 5.

Устройство для бесконтактного измерения толщины перемещающихся листовых материалов и пластин. Из непрерывных колебаний стабильной частоты cud, близкой к резонансной частоте пьезоакустических излучателей и приемников, которые вырабатываются генератором 1 гармонических колебаний, синхронизатором 2 формируется пакет колебаний, например до двадцати периодов, с помощью первого ключа 3, которые поступают на излучающую часть приемопередающего блока 4. В приемопередающем блоке 4 пакеты электрических колебаний преобразуются в пакеты акустических колебаний, которые излучаются и после отражения от контролируемого объекта принимаются и преобразовываются в пакеты усиленных по амплитуде электрических колебаний. В моменты излучения и приема на первый и второй входы временного селектора 5 поступают, соответственно, отпирающий сигнал, сформированный в приемопередающем блоке 4, и запирающий сигнал, сформированный с помощью нуль-органа 10, амплитудного селектора 11 и элемента И 12. Временной селектор 5 с приходом отпирающего сигнала запускает преобразователь 6 длительность-амплитуда, который формирует на выходе напряжение, амплитуда которого пропорциональна времени прохождения акустическими колебаниями от излучателя до приемника. Поступающее напряжение на выходе преобразователя 7 амплитуда-длительность, усиленное масштабным усилителем 18, преобразуется в промежуток времени, растянутый пропорционально коэффициенту усиления масштабного усилителя 18. С приходом сигнала с выхода излучающей части приемопередающего блока 4 синхронизатор 2 отпирает с задержкой, соответствующей запаздыванию сигнала в цепи преобразования длительность-амплитуда-длительность, второй ключ 14, через который с выхода генератора 3 импульсов на счетный вход реверсивного счетчика 8 поступают импульсы. Число импульсов, поступающих на управляющий вход реверсивного счетчика 8, определяется длительностью импульса с выхода преобразователя 7 амплитуда-время, которая равна времени с момента излучения до момента приема отраженного акустического сигнала, отпирающего реверсивный счетчик 8. При наличии сигнала разрешения на суммирование с первого выхода первого счетного триггера 9 на суммирующем входе реверсивного счетчика 8 ведется суммирование поступающих через второй ключ 14 импульсов. При наличии сигнала разрешения на вычитающем входе реверсивного счетчика 8 с второго выхода первого счетного триггера 9 реверсивный счетчик 8 ведет вычитание поступающих через второй ключ 14 импульсов из накопленного в нем числа импульсов. На выходе реверсивного счетчика 8 включен регистратор 17, управляемый с выхода второго счетного триггера 16, задерживающего включение регистратора 17 на время обработки сигналов в реверсивном счетчике 8 и выдачи в регистратор результата.

Сигналы управления на разрушающие (суммирующий или вычитающий) входы реверсивного счетчика 8 формируются первым счетным триггером 9 по сигналу выхода элемента И 12 с частотой Wследования пакетов гармонических колебаний частоты

wo(W<<wο).

Выходной сигнал элемента И 12 формируется из двух сигналов: короткого выходного сигнала нуль-органа 10, появляющегося при прохождении через нуль, отраженного от контролируемого объекта акустического сигнала, преобразованного в электрический сигнал, и длинного выходного сигнала амплитудного двухполярного селектора 11 амплитуд полуволн, появляющегося когда амплитуда одного полупериода принятых и преобразованных в электрический сигнал акустических колебаний не равна амплитуде второго полупериода колебаний.

Блок 15 задержки осуществляет временную задержку отпирания второго ключа 14 только при такте суммирования по сигналу с выхода первого счетного триггера 9 на время, пропорциональное числу импульсов, соответствующих скорости перемещения контролируемого объекта. Вводимая задержка позволяет на вход реверсивного счетчика 8 с выхода генератора 13 импульсов пропустить дополнительно некоторое число импульсов, соответствующее скорости перемещения контролируемого объекта, в режиме суммирования работы реверсивного счетчика 8 и скорректировать погрешность результата измерений, определяемую скоростью перемещения контролируемого объекта.

Измерение толщины плоских объектов, перемещающихся по плоскости, предлагаемых устройством, осуществляется в два такта. В первом такте запоминается результат в виде числа импульсов N1, пропорционального времени t1 прохождения одним пакетом акустических колебаний расстояния I от излучателя приемопередающего блока 4 до контролируемого объекта (или поверхности базовой плоскости) и от контролируемого объекта до приемного преобразователя в приемопередающем блоке 4, в виде

где С - скорость распространения акустических колебаний;

n - число импульсов, пропорциональное скорости перемещения контролируемого объекта.

Во втором такте запоминается результат в виде числа импульсов N2, пропорциональный времени t2 прохождения другим пакетом акустических колебаний расстояния I от излучателя в приемопередающем блоке 4 до поверхности базовой плоскости (объекта)и обратно на его приемный преобразователь в виде

где h - толщина контролируемого объекта.

Второй результат (четный цикл) вычитается из первого

В связи с перемещением контролируемых образцов, имеющих конечные размеры, друг за другом в некотором расстоянии, пакеты акустических колебаний, повторяющиеся с частотой W, отражаются либо от поверхности объекта, либо в отсутствие в измерительной зоне объекта - от поверхности базовой плоскости. В случае отражения от одной и той же поверхности, например от базовой поверхности, длительности отпирающих реверсивный счетчик 8 импульсов, сформированных преобразователями длительность-амплитуда-длительность, соответствующих временам прохождения расстояния между излучателем и приемником приемопередающего блока 4 двумя соседними пакетами акустических колебаний, одинаковы. В реверсивном счетчике 8 сформирована разность двух чисел, равная нулю. В случае отражения акустических колебаний одного пакета колебаний от поверхности контролируемого объекта, а второго пакета колебаний - от базовой поверхности (или наоборот), в реверсивном счетчике 8 формируется число, соответствующее разности двух слагаемых чисел импульсов, т.е. толщине объекта измерения, которое поступает на регистратор 17 и индицируется

Тактовая частота генератора 13 импульсов синхронизированная генератором 1 гармонических колебаний выбирается кратной резонансной частоте электроакустических преобразователей приемопередающего блока 4.

Использование изобретения позволяет повысить точность измерений за счет снижения систематической погрешности.