6.3.2. Безеталонний луноімпульсний метод

Деякі луноімпульсні товщиноміри не потребують калібрування (еталонування) під час вимірювання товщини ОК, виготовлених з різних матеріалів. Ці товщиноміри називають безеталонними.

Суть способу безеталонної товщинометрії полягає в такому: одночасно з поздовжньою хвилею у виріб випромінюється і головна хвиля, що поширюється вздовж поверхні виробу (рис. 6.10). Перетворювач містить додатковий п′єзоелемент ПЕ2, розташований на постійній еталонній відстані від випромінювача, який приймає сигнали головної хвилі.

Головною умовою, покладеною в основу методу, є наближена рівність в ОК швидкостей поздовжньої і головної хвиль, тобто . Тоді для вимірюваної товщини можна скласти систему рівнянь

, , ,

де і – інтервали часу між зондувальним і донним (за поздовжною хвилею) та між зондувальним і прийнятим сигналами (за головною хвилею).

У результаті розв’язання системи рівнянні одержимо

, (6.1)

звідки випливає, що для визначення товщини ОК достатньо виміряти два інтервали часу і виконати операцію ділення.

Слід зазначити, що, незважаючи на те, що перший критичний кут є оптимальним для введення головних хвиль в ОК, навіть у випадку нормального зменшення ультразвукового пучка в ОК у ньому ефективно збуджуються головні хвилі, хоча й істотно меншої амплітуди. Головні хвилі виникають саме на межі пучка поздовжньої хвилі (крайовий ефект).

Рис. 6.10. Безеталонний метод УЗ товщинометрії (а)

з осцилограмою (б) розташування імпульсів: 1 і 2 – донні імпульси; П - приймач

Суттєвою особливістю структурної схеми безеталонного товщиноміра є наявність додаткового електроакустичного тракту для вимірювання часу проходження головною хвилею фіксованої відстані (рис. 6.11), а також схеми, яка відповідно до виразу (6.1) за наявності і формує або інтервал часу, або напругу, які пропорційні товщині ОК незалежно від швидкості звуку в ОК.

Рис. 6.11. Спрощена структурна схема безеталонного луноімпульсного товщиноміра

Склад структурної схеми:

1 – перетворювач, який залежно від вимірюваної товщини може бути як суміщеним з акустичною лінією затримки, так і роздільно-суміщеним. Суміщені ПЕП використовуються для вимірювання товщини менші за 5 мм. Діапазон товщини для роздільно-суміщених ПЕП з кутом уведення 5°…8° становить 5_…300 мм. Відносна похибка вимірювання товщини не перевищує 2% ;

3 – генератор коротких зондувальних імпульсів. У простих товщиномірах передбачено автосинхронізацію генератора зондувальних імпульсів.

6 і 7 – підсилювачі віддзеркалених сигналів.

У блоці 4 формується аналог (час або напруга), пропорційний вимірюваній товщині ОК. Результат вимірювання відображається на цифровому табло 5.

Випромінювач-приймач поздовжньої хвилі 1 і приймач головної хвилі 8, розміщені на призмі 9 в одному корпусі 12 на фіксованій відстані від випромінювального перетворювача 1.

Інші позначені на схемі елементи: 10 – контактна рідина, 2 – протектор, а 11 – демпфер.