14,4. Ультразвуковая толщинометрия

Ультразвуковая толщинометрия может быть реализована двумя методами: эхо-импульсным и резонансным. Однако с развитием эхо-импульсного метода резонансный оказался неконкурентоспособным по диапазону прозвучивания, требованиям к шероховатости и гео­метрии поверхностей и другим параметрам. Вследствие этого прак­тическое применение нашел только эхо-метод. Принцип работы УЗ импульсного толщиномера с цифровой индикацией показан на рис. 160, а временная диаграмма на рис. 161.

Рис. 160. Функциональная схема УЗ эхо-импульсного толщиномера

Синхрониза­тор С периодически вырабатывает импульс, который запускает ге­нератор импульсов возбуждения ГИВ и генератор пусковых импуль­сов ГПИ. ГИВ вырабатывает короткий электрический импульс 1 (рис. 161, а), возбуждающий передающую часть ПЭП. После отра­жения от противоположной стенки измеряемого объекта УЗ импульс попадает на приемную часть ПЭП, преобразовывается в электри­ческий сигнал и поступает на усилитель У. Толщиномер измеряет время между зондирующим импульсом и донным сигналом, после чего пересчитывает его в значение толщины контролируемого изде­лия. Для измерения почти никогда не привлекается непосредствен­но излучаемый импульс.

90

Из-за своей ширины и задержки при про­хождении в ПЭП он вносит существенную погрешность в процесс измерения. Поэтому синхронизатор запускает также генератор пус­ковых импульсов, который с некоторой задержкой, учитывая рас­пространение УЗ в части акустического тракта от излучающей пластины до поверхности изде­лия, вырабатывает пусковой импульс 2. Последний, в свою очередь, запускает измери­тельный генератор ИГ. Пря­моугольный импульс, создан­ный ИГ (рис. 161, б), останав­ливается первым эхоимпульсом 3, прошедшим через уси­литель из изделия.

Рис. 161. Временная диаграмма работы эхо-импульсного толщиномера с цифровой индикацией:

1 – зондирующий импульс; 2 – пусковой импульс; 3 – эхо-импульс; 4 – порог срабатывания сигнала

Чтобы сделать измерение времени распространения УЗ колебаний независимым от амплитуды эхо-сигнала, обычно используется схема автоматической регулировки усиления, которая, несмотря на флуктуацию акустического контакта или влияние шерохо­ватостей поверхностей, дово­дит принятый сигнал от задней стенки эхо-сигнала до постоян­ной величины 4. Тем самым порог срабатывания постоянно располагается на одном и том же ме­сте фронта эхо-сигнала. Фронтом измерительного импульса запуска­ется счетное устройство СУ, на которое поступают счетные импуль­сы (см. рис. 160) от генератора счетных импульсов ГСП, стабилизи­рованного кварцевым элементом (кварцевый генератор).

В качестве основной единицы измерительного времени исполь­зуется длительность периода генерации ГСП. Выбор частоты ГСП зависит от скорости распространения УЗ колебаний и от требуемой точности измерения времени распространения УЗ колебаний, а сле­довательно, и толщины стенок.

91

Например, чтобы получить точность измерения толщины ±0,1 мм для стали со скоростью звука 5920 м/с. Для этого используется частота ГСИ 29,65 МГЦ. Длительность периода в этом случае точно равна времени распространения УЗ импульса через стальную пластинку толщиной 0,1 мм (путь импульса туда и обрат­но). Частота генератора для других материалов пропорциональна скорости распространения УЗ в среде, а именно: 5890 м/с — 29,5 МГц; 5970м/с — 29,85 МГц; 6236м/с — 31,18 МГц; 6300 м/с — 31,5 МГц; 6364 м/с—31,82 МГц. В толщиномерах старых систем настройка на нужную скорость звука осуществляется путем переключения часто­ты ГСИ. В толщиномерах на микропроцессорной основе настройка на нужную скорость осуществляется программным способом.

Счетчик С, запущенный фронтом измерительного импульса, останавливается спадом того же импульса. Содержание счетчика (рис. 161, г) указывает, сколько счетных импульсов накоплено за время действия измерительного импульса. Эта информация подает­ся на цифровой индикатор, который индицирует толщину измеряе­мого изделия.

Глубиномеры с цифровой индикацией измеряемой величины ра­ботают практически по этому принципу.