Ультразвуковий резонансний товщиномір

Ультразвуковий резонансний товщиномір, що містить високочастотний генератор із блоком перебудови частоти, високочастотний підсилювач потужності, роздільно-суміщений п'єзоелектричний перетворювач і широкосмуговий підсилювач, при цьому вихід високочастотного підсилювача потужності підключений до випромінювача роздільносуміщеного п'єзоелектричного перетворювача, а приймач цього перетворювача підключений до входу широкосмугового підсилювача, низькочастотний генератор і підсилювач низької частоти, який відрізняється тим, що в нього введені широкосмуговий квадратурний фазорозщепляч, підключений до виходу високочастотного генератора, два балансних модулятори, входи яких сполучені з A (54) УЛЬТРАЗВУКОВИЙ РЕЗОНАНСНИЙ ТОВЩИНОМІР 38264 Відомий ультразвуковий резонансний товщиномір (див. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник / Под ред. В.В. Клюева - М.: Машиностроение, 1986, кн. 2, с. 273-274), що містить генератор ультразвукових коливань регульованої частоти, до якого через підсилювач потужності підключений п'єзоелектричний перетворювач. вихід якого через широкосмуговий підсилювач з'єднаний з осцилографічним індикатором резонансу. Частоти, на яких мають місце резонансні явища в товщині стінки виробу, відзначаються у вигляді імпульсів на екрані осцилографічного індикатора. Вимірюючі частоти, на яких виникають імпульси, можливо за наведеними вище формулами визначити товщину виробу. При автоматичній розгортці частоти ультразвукових коливань на екрані індикатора спостерігаються декілька резонансних імпульсів, що утрудняє однозначне визначення товщини контрольованого виробу. Відомий також ультразвуковий резонансний товщиномір (див. Современные ультразвуковые толщиномеры. Калинин В.А., Праницкий А.А., Цеслер Л.Б. - М.: Машиностроение, 1972, с. 32-34 ), що містить високочастотний генератор із блоком перебудови частоти, високочастотний підсилювач потужності, роздільно-суміщений п'єзоелектричний перетворювач і широкосмуговий підсилювач, при цьому вихід високочастотного підсилювача потужності з'єднаний із випромінювачем п'єзоелектричного перетворювача, а приймач цього перетворювача з'єднаний із входом широкосмугового підсилювача, низькочастотний генератор і підсилювач низької частоти. Крім того, відомий товщиномір включає осцилографічний індикатор, у якому відхиляючі пластини електронно-променевої трубки через високочастотний і низькочастотний підсилювачі сполучені відповідно з високочастотним генератором, до якого підключений контактний п'єзоелектричний перетворювач, і низькочастотним генератором, яким здійснюється частотна розгортка високочастотного генератора. Похибка відомого товщиноміра складає 2-3% від вимірюваної товщини. Подальше підвищення точності, зокрема, за рахунок удосконалювання відлікових пристроїв, не може істотно підвищити її, тому, що похибка »2% є принциповою похибкою виміру контактного резонансного товщиноміра. Частотна ширина резонансного імпульсу при вимірі товщини сталевих виробів складає »1% від товщини на рівні 0,5. Крім того, розподіл резонансних частот не підпорядковується точно приведеним вище формулам. Це обумовлено тим, що індикатор реєструє не моменти встановлення резонансних явищ у стінці виробу, а акустичні резонансні явища у всьому тракті, що включає п'єзопластину, демпфер, проміжний контактний прошарок і контрольований виріб. У зв'язку з мінливістю товщини проміжного прошарку в результати вимірів вноситься додаткова похибка. При контролі виробів із полімерних матеріалів похибка ще більш зростає через розширення і положистий характер резонансної кривої внаслідок великого загасання ультразвукових коливань у матеріалі контрольованого виробу. В основу винаходу покладена задача створення такого ультразвукового резонансного товщиноміра, у якому введення нових елементів і зв'язків дозволили б забезпечити високу точність визначення товщини виробу або прошарку . Поставлена задача вирішується тим, що в ультразвуковий резонансний товщиномір. що містить високочастотний генератор із блоком перебудови частоти, високочастотний підсилювач потужності, роздільно-суміщений п'єзоелектричний перетворювач і широкосмуговий підсилювач, при цьому вихід високочастотного підсилювача потужності підключений до випромінювача роздільносуміщеного п'єзоелектричного перетворювача, а приймач цього перетворювача підключений до входу широкосмугового підсилювача, низькочастотний генератор і підсилювач низької частоти, відповідно до винаходу введені широкосмуговий квадратурний фазорозщепляч, підключений до виходу високочастотного генератора, два балансних модулятори, входи яких сполучені з виходами широкосмугового квадратурного фазорозщепляча, суматор, входами підключений до виходів балансних модуляторів, а вихід суматора підключений до входу високочастотного підсилювача потужності, низькочастотний квадратурний фазорозщепляч, входом підключений до виходу низькочастотного генератора, двополюсний автоматичний перемикач, входи якого сполучені з виходами низькочастотного квадратурного фазорозщепляча, протилежні виходи перемикача сполучені між собою і підключені до керуючих входів балансних модуляторів, амплітудний детектор, входом з'єднаний із виходом широкосмугового підсилювача, синхронний детектор, входом з'єднаний через підсилювач низької частоти з виходом амплітудного детектора, дільник частоти, підключений до виходу низькочастотного генератора, електричний інтегратор, входом з'єднаний із виходом синхронного детектора, управляючий вхід якого з'єднаний із виходом дільника частоти і керуючим входом двополюсного автоматичного перемикача, електроннорахунковий частотомір, входом з'єднаний із виходом високочастотного генератора, управляючий вхід блока перебудови частоти якого з'єднаний із виходом електричного інтегратора. Саме введення в схему ультразвукового резонансного товщиноміра двох квадратурних фазорозщеплячів, двох балансних модуляторів, суматора і двополюсного автоматичного перемикача, керованого низькочастотним генератором через дільник частоти, дозволило одержати два допоміжних зондуючих коливання з частотами, симетричними відносно частоти високочастотного генератора, амплітуди яких зрівнюються при виникненні резонансу у виробі, що зондується. Наявність амплітудного детектора, сполученого через підсилювач низької частоти із синхронним детектором дозволяє формувати сигнал постійної напруги, пропорційний відхиленню частоти зондуючих коливань відносно резонансної частоти. З'єднання керуючого блока перебудови частоти високочастотного генератора з виходом синхронного детектора через електричний інтегратор забезпечує точну установку частоти високочастотного генератора на резонансну частоту контрольованого виробу, яка вимірюється електронно-рахунковим частотоміром, що 2 38264 і U6(t) формуються двочастотні високочастотні сигнали сумарної і різницевої частот: забезпечує високу точність визначення товщини виробу або прошарку. На фіг. 1 приведена функціональна схема ультразвукового резонансного товщиноміра, а на фіг. 2 - частотна залежність амплітуди відбитих ультразвукових коливань від поверхні контрольованого виробу або прошарку. Ультразвуковий резонансний товщиномір містить високочастотний генератор 1, до виходу якого підключений широкосмуговий квадратурний фазорозщепляч 2, балансні модулятори 3 і 4. входами з'єднані з виходами фазорозщепляча 2, а виходами з'єднані з входами суматора 5, високочастотний підсилювач потужності 6, роздільно-суміщений п'єзоелектричний перетворювач 7, що включає випромінювач 8 і приймач 9, широкосмуговий підсилювач 10 і амплітудний детектор 11. При цьому вихід суматора 5 через високочастотний підсилювач потужності з'єднаний із випромінювачем 8, а приймач 9 через широкосмуговий підсилювач 10 з'єднаний з амплітудним детектором 11. До виходу амплітудного детектора підключені послідовно з'єднані підсилювач 12 низької частоти, синхронний детектор 13 і електричний інтегратор 14, виходом з'єднаний із керуючим входом блока 15 перебудови частоти високочастотного генератора 1. Генератор 16 низької частоти з'єднаний із входом низькочастотного квадратурного фазорозщепляча 17, виходи якого з'єднані з входами двополюсного автоматичного перемикача 18, а його протилежні виходи з'єднані між собою і підключені до керуючих входів балансних модуляторів 3 і 4. До виходу генератора 16 низької частоти підключений також дільник частоти 19, вихід якого з'єднаний із керуючими входами синхронного детектора 13 і двополюсного автоматичного перемикача 18. До виходу високочастотного генератора 1 підключений також електронно-рахунковий частотомір 20. Позицією 21 позначено виріб, товщина якого вимірюється товщиноміром. Ультразвуковий резонансний товщиномір працює таким чином. Електричні коливання високочастотного генератора 1 частоти w1 (фіг. 1) U1(t)=Um1cos(w1t+j) (1) розділяються за допомогою широкосмугового квадратурного фазорозщепляча 2 на два рівні коливання, зсунутихпо фазі на 90°: U2(t)=Um2cos(w1t+j), (2) U3(t)=Um3sin(w1t+j), (3) причому амплітуди їх робляться рівними (Um2=Um3). Квадратурні коливання U2(t) і U3(t) надходять на сигнальні входи балансних модуляторів 3 і 4. Напруга низькочастотного генератора 16 U4(t)=Um4cos(Wt+F), (4) також розщеплюється на дві рівних напруги, зсунутих по фазі на 90°: U5(t)=Um5cos(Wt+F), (5) U6(t)=Um6sin(Wt+F), (6) причому Um5=Um6. Низькочастотні напруги U5(t) і U6(t) частоти W