Ультразвуковой толщиномер на примере ут-93п
Вопрос 8. Ультразвуковой толщиномер на примере ут-93п
Толщиномер УТ-93 относится к классу толщиномеров не обладающих памятью, однако до сих пор широко применяется в практике ультразвукового контроля. В основном это связано с простотой настройки, достаточно высокой чувствительностью, большим диапазоном измеряемых толщин и небольшими габаритными размерами.
Рассмотрим принцип работы этого толщиномера. Структурная схема показана на рисунке.
Питание толщиномера осуществляется от источника постоянного напряжения (батареи) напряжением 5.6 - 9 В, подключаемого к управляемому ключу, собранному на транзисторах VT16, VT17 и элементе «ИЛИ-НЕ» DD9.4.Включение питания толщиномера осуществляется нажатием на кнопку включения «С».
Электронное реле времени, использующее 14 разряд счетчика DD4. обеспечивает поддержание уровня логического нуля на DD9.4 в течение 1.5 - 4.5 минут после нажатия на кнопку S1 и ее отпускания, если за этот промежуток времени измерения не проводились (отсутствовал акустический контакт). Если проведения проводились (был осуществлен акустический контакт), то уровень логический «О» будет сохраняться еще в течение 1.5 - 4.5 мин после последнего измерения. Если измерения не проводились, то на DD9.4 устанавливается уровень логической «1», что приводит к отключению электронной схемы толщиномера от источника питания.
Для отключения электронной схемы толщиномера от источника питания при напряжении на нем 5.6 - 5.4 В служит схема сравнения выходного и опорного напряжения на транзисторах VT18, VT19, VT20. При уменьшении входного напряжения до 5.4 В обеспечивает уровень логической «1» на DD9.4 и электрическая схема толщиномера отключается от источника питания. Если кнопка «S1» при этом принудительно нажата, это приводит к засветке дополнительных служебных знаков (точек после двух старших разрядов) на цифровом индикаторе толщиномера. Таким образом, производится диагностика напряжения питания на батарее и определение необходимости ее замены.
Питание электронной схемы толщиномера производится от подключенного к выходу управляемого ключа стабилизатора напряжения компенсационного типа.
При появлении напряжения на выходе стабилизатора напряжения начинает работать синхронизатор толщиномера. Он вырабатывает временную последовательность импульсов. Центральным узлом синхронизатра является кварцевый автогенератор, генерирующий импульсы с частотой 1.28 МГц. Эти импульсы подаются на вход двоичного счетчика импульсов.
Рекомендуемые материалы
Снимаемые с него импульсы «с» подаются через дифференцирующую цепь RC на вход генератора импульсов возбуждения ПЭП. На выходе при подаче логического «О» на вход («s») формируется последовательность импульсов «d» положительной полярности, длительностью 20 мкс и периодом повторения 1.6 мс. Эти импульсы поступают на запуск трансформаторного ключа. Снимаемым с повышающей обмотки трансформатора напряжением через диод за время 20 мкс происходит заряд накопительной емкости до напряжения 150В. Сразу после окончания заряда емкости задним фронтом импульса отрицательной полярности через дифференциальные цепи запускаются тиристоры и через них происходит быстрый разряд накопительной емкости и формируется отрицательный видеоимпульс «
» амплитудой 150 В, длительностью переднего фронта 30 нс. Данные импульсы поступают на разъем «XI», к котором подключается передающая пластина раздельно-совмещенного преобразователя.
При подаче логической «1» на вход генератора на его выходе поддерживается уровень логического «0». Импульсы возбуждения ПЭП на выходе генератора перестают вырабатываться и генератор в этом режиме ток источника питания не потребляет. Таким образом, реализуются 3 режима работы генератора импульсов возбуждения.
- В первом экономичном по потребляемой мощности режиме, реализующемся при отсутствии измерительных импульсов (отсутствие акустического. контакта и кнопка S1 не нажата), управление генератором осуществляется импульсом «v» и генератор импульсов возбуждения вырабатывает один импульс с периодом повторения 819.2 мс.
- Во втором режиме, реализующимся при наличии непрерывной последовательности измерительных импульсов (наличие акустического контакта, S1 нажата)управление производится импульсом «s» и генератор вырабатывает серию из 32 импульсов с периодом повторения внутри серии 1.6 мс и периодом повторения серии импульсов 819.2 мс.
- Третий режим реализуется при нарушении акустического контакта (на вход импульс «и») генератор вырабатывает серию из менее, чем 32 импульсов, с периодом повторения 819.2 мс. По потребляемой мощности последний режим является промежуточным, между 1 и 2.
Импульсом « » запускается электронная схема задержки, предназначенная для компенсации времени распространения УЗК в призме преобразователя. Длительность импульса «
» ждущего мультивибратора регулируется резистором R1.
Импульс «
»запускает измерительный тригер. Переброс измерительного тригера происходит донным эхо-сигналом, сформированным на выходе усилителя («
»). С целью снижения потребляемой мощности напряжение питания подастся только на время измерительного цикла (логический 0 на «и» и « »). Для исключения неправильной установки измерительного тригера на него подается импульс «
». В режиме измерения толщины на выходе измерительного тригера формируются импульсы «
» и «
».
На приемной части ПЭП формируются импульс «
», который подается на усилитель толщиномера. Для эффективного подавления электрических ложных сигналов, вызванных акустической помехой, в усилитель заводится цепь временной регулировки чувствительности (ВРЧ). Напряжение ВРЧ экспоненциальной формы («
»). Глубина регулировки определяется положением движка резистора R2, позволяющего скомпенсировать разброс шумовых характеристик ПЭП, входящих к комплект толщиномера. На выходе усилителя формируется импульс « », подаваемый на измерительный тригер. Для уменьшения тока, потребляемого электронной схемой толщиномера, напряжение питания подается на усилитель только на время измерительного цикла.
Импульс измерительного тригера подается на один из входов электронного коммутатора измеряемого импульса. На второй вход коммутатора подается импульс «
» длительностью 200 мкс. Указанный импульс используется при юстировке толшиномера по известной скопости УЗ в материале изделия при известной толщине, либо наоборот.
Прошедший через электронный коммутатор измерительный импульс поступает на цифровую схему измерения временного интервала, в масштабе, позволяющим производить измерения с дискретностью 0.1 мм. Для повышения точности измерений и помехоустойчивости в измерительной схеме реализован статистический метод измерения среднего значения по 32 выборкам. Результат измерения заносится в электронную память и индуцируется цифровым индикатором, если во время измерения не был нарушен акустический контакт. Питание подается только во на время измерительного тракта. И отключается между циклами. Для этого служит схема подключения питания, состоящая из триггера и коммутирующих транзисторов.
Только при полностью законченном измерительном цикле через 51.2 мс с момента его начала на выходе формирователя перезаписи формируется импульс «w» перезаписи и результат измерений из счетчиков перезаписывается в регистры памяти. При нарушении акустического контакта во время измерительного тракта или при отсутствии акустического контакта в регистрах хранится предыдущее значение.
Для визуального наблюдения за наличием или отсутствием акустического контакта по цифровому индикатору толщиномера применена схема сигнализации наличия акустического контакта, управляющая засветкой служебного знака - точки справа от младшего разряда цифрового индикатора.
Необходимая дискретность отсчета (0.1 мм) на цифровом индикаторе толщиномера достигается подбором частоты счетных импульсов, поступающих с генератора счетных импульсов. Частота счетных импульсов при реализованном в толщиномере алгоритме обработки (вычисление среднего статистического значения за 32 выборки) вычисляется по формуле:
Изменение частоты счетных импульсов осуществляется резистором R3. Генератор счетных импульсов собран по схеме автогенератора с индуктивной трехточкой в буферном эмиттером повторителе. Необходимая высокая стабильность частоты автогенератора при влиянии дестабилизирующих факторов (изменение температуры, напряжения источника питания) достигается путем использования для питания генератора схемы формирования стабилизированного импульсного напряжения, обеспечивая одновременно малое энергопотребление.
Информация в лекции "Правовое регулирование инвестиционной деятельности" поможет Вам.
Измеряемый импульс и счетные импульсы поступают на схему совпадений, где реализуется логика случайного (нефазируемого) совпадения их во времени с дальнейшим подсчетом количества счетных импульсов, укладывающихся во временной интервал, определяемый измеряемым импульсом. Счетчики производят суммирование импульсов в каждом измерительном цикле. Двоично-десятичный код просуммированного и затем поделенного на 16 количества импульсов устанавливается на выходах счетчиков и только при полном измерительном цикле перезаписывается в параллельные регистры памяти. Одновременно осуществляется дешифрация двоично-десятичного кода в семисегментный код управления цифровым ЖК семисегментным индикатором. При этом на индикаторе будет воспроизводиться значение толщины или скорости.
Рис. 8.3
Рис. 8.4
Рис. 8.5
