專利名稱：便攜式電磁和壓電超聲合成測厚儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種利用計算機(jī)技術(shù)并且融電磁超聲與壓電超聲為一體的測厚儀裝置，具體地說，是一種可對500℃以下的材料進(jìn)行測厚的儀器，它既可應(yīng)用于在役管道的壁厚測量，又可對出廠成品管材或板材進(jìn)行檢測。
傳統(tǒng)的測厚技術(shù)包括放射性射線法、激光束偏轉(zhuǎn)法、壓電超聲法和電磁超聲法等。其中壓電超聲法是利用壓電材料的可逆效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換成聲能，經(jīng)由聲耦合劑傳送到被測物體中，該超聲波到達(dá)被測物體底面時經(jīng)反射又傳回到物體上表面，然后被接收，換能器又將聲能轉(zhuǎn)換成電能。人們可以通過測量回波與發(fā)射波之間的時間間隔來確定被測物體的厚度。而電磁超聲測厚裝置主要是由一個高頻脈沖電流線圈及外磁場組成的電磁超聲換能器組成，當(dāng)高頻脈沖電流流過被測物體表面時，由于高頻電流在金屬表層上的集膚效應(yīng)，將會感應(yīng)出相應(yīng)頻率的渦流。在外磁場的作用下，渦流區(qū)域內(nèi)的質(zhì)點受到羅侖茲力，使被測物體中的粒子隨受力方向發(fā)生振動，從而產(chǎn)生出超聲波。與壓電超聲法類似，此波在被測物體中傳播，到達(dá)物體底面時發(fā)生反射，反射回波被接收，若被測物體的超聲波傳播速度為已知，測出發(fā)射波與反射波的時間間隔，則所測厚度為d＝C· (t)/2式中d－被測物體厚度c－被測物體超聲波傳播速度
t－發(fā)射波與反射波的往返間隔時間以上方法都存在一定局限性與不足，如射線法只能對所用射線可穿透的工件進(jìn)行測量，并且對人體有一定危害性；激光束偏轉(zhuǎn)法使用的儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅成本高，而且可靠性差；壓電超聲法則無法解決250℃以上的聲耦合劑問題，致使高溫測量困難；電磁超聲法電聲能量轉(zhuǎn)換效率較低，故其測量靈敏度較低，因而測量范圍過窄。
本實用新型的目的是提供一種綜合了電磁超聲與壓電超聲的優(yōu)越性，測量范圍廣、精度高且適應(yīng)性強(qiáng)的便攜式測量在役管道或成品厚度的測量儀器。
本實用新型的目的是通過以下措施實現(xiàn)的，測厚儀包括脈沖發(fā)生器、一次和二次功放電路、接收放大器、計算機(jī)處理系統(tǒng)和讀數(shù)顯示裝置，還包括一個功率切換門及發(fā)射抵消電路，和壓電及電磁兩個超聲換能器，通過一個切換開關(guān)根據(jù)待測工件情況選擇其中一個超聲換能器處于工作狀態(tài)，計算機(jī)處理系統(tǒng)的時鐘脈沖觸發(fā)脈沖發(fā)生器形成高頻振蕩脈沖，同時觸發(fā)切換門，高頻振蕩脈沖激勵一次功放電路工作，同時經(jīng)發(fā)射脈沖抵消電路輸給接收放大器，該共用的放大器接收到被選定運(yùn)行的換能器傳來的電脈沖并放大，被放大的信號輸出到計算機(jī)系統(tǒng)中處理，由計算機(jī)系統(tǒng)計算出厚度，以數(shù)碼顯示在讀數(shù)顯示裝置上。
電磁和壓電超聲的激勵頻率段是組合在一起的。
本實用新型主要是利用了電磁與壓電超聲基本測試方法相近的共同點，在測厚儀中具有兩套超聲換能器，根據(jù)不同場合靈活應(yīng)用，對在高處或在高溫中運(yùn)行的在役管道，無法應(yīng)用各種聲耦合劑或防止液體耦合劑到處亂流時，可選用電磁超聲換能器工作，如果需測量靈敏度較高或大范圍的管道時，可選用壓電超聲換能器工作，這種選擇通過扳動儀器切換開關(guān)很容易實現(xiàn)。這種合成測厚儀集中了電磁、壓電超聲測厚的優(yōu)點，拓寬了在線測量范圍，而且精度高。它可根據(jù)不同情況決定采用聲耦合劑或者不用，可對500℃及以下的材料進(jìn)行測厚。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型的合成測厚儀的結(jié)構(gòu)和工作過程。其中

圖1測厚儀電路系統(tǒng)方框圖；圖2發(fā)射抵消電路原理圖；圖3壓電超聲換能器結(jié)構(gòu)圖；圖4電磁超聲換能器結(jié)構(gòu)圖。
圖1是本實用新型測厚儀的電路圖，其中15是直流電源，當(dāng)用戶根據(jù)實際的被測工件情況選定壓電超聲換能器8或者電磁超聲換能器10后，即刻接通電源15，計算機(jī)處理系統(tǒng)13的時鐘開始工作，發(fā)出觸發(fā)脈沖，同時觸發(fā)脈沖發(fā)生器1、切換門4及接收放大器12。
當(dāng)選定壓電超聲工作狀態(tài)，則換能器8工作，脈沖發(fā)生器1被觸發(fā)形成高頻振蕩脈沖，一方面激勵一次功率放大器3工作，另一方面接到發(fā)射脈沖抵消電路2，發(fā)送給接收放大器12一個負(fù)脈沖，接著壓電超聲發(fā)射器6傳送具有一定振幅、一定形狀和一定能量的發(fā)射脈沖給壓電超聲換能器8，借助于壓電材料的逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，也就是說，將傳來的電脈沖轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動波，此振動經(jīng)聲耦合介質(zhì)傳入被測工件9。該超聲波從被測工件9的表面?zhèn)魅氲降酌娣瓷浠貋?，再?jīng)聲耦合介質(zhì)傳到壓電超聲換能器8，利用壓電材料的壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，此微弱電波送入接收放大器12，被放大的信號送入計算機(jī)系統(tǒng)13，由壓電測厚程序處理后直接給出被測工件的厚度值，在讀數(shù)顯示裝置14上顯示出來。
當(dāng)選定電磁超聲工作狀態(tài)，則換能器10工作，計算機(jī)系統(tǒng)13的時鐘脈沖觸發(fā)脈沖發(fā)生器1產(chǎn)生高頻振蕩脈沖的同時，開啟功率切換門4，當(dāng)高頻振蕩脈沖激勵一次功率放大器3時，功率切換門4輸出一脈沖將一次功率放大器3對應(yīng)壓電超聲發(fā)射器6的端頭封死，此時一次功率放大器輸出高頻放大脈沖到處于開啟狀態(tài)的切換門4，則有高頻脈沖傳到二次功率放大器5，經(jīng)放大后具有所需功率的發(fā)射脈沖觸發(fā)電磁超聲發(fā)射器7，再傳輸?shù)诫姶懦晸Q能器10。根據(jù)電磁超聲原理于是在被測工件11內(nèi)形成超聲波，該波從被測工件11表面?zhèn)鞑サ狡涞酌娣瓷浠貋恚呗烦虅t為被測工件的兩倍厚度。由于電磁超聲效應(yīng)的可逆性，反射回來的超聲波經(jīng)電磁超聲換能器10又轉(zhuǎn)變成電脈沖，此微弱信號傳至接收放大器12，如前所述時鐘脈沖已將該放大器置于電磁超聲放大狀態(tài)，故被放大器12放大了的信號傳至計算機(jī)處理系統(tǒng)13，由電磁超聲測厚程序直接給出厚度讀數(shù)，立即在讀數(shù)顯示裝置14上顯示出來。
圖2表示發(fā)射抵消電路2的電路原理圖，其中晶體三極管BG2平常處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)脈沖發(fā)生器1給出正觸發(fā)脈沖時通過二極管BG1加到BG2基極，使其導(dǎo)通，在BG2集電極輸出負(fù)脈沖，它的發(fā)射極接有控制電位器W1，用于控制本級反饋量，使得在集電極輸出一個寬度可變的負(fù)向抵消脈沖，傳送至接收放大器12的中間放大級。使得壓電超聲發(fā)射器6或電磁超聲發(fā)射器7所發(fā)射的正向發(fā)射波和其他雜散波，都不能進(jìn)入接收放大器12的后兒級，以防止不必要的正向雜波干擾及損壞器件。
圖3是壓電超聲換能器8的結(jié)構(gòu)圖。電極21通過絕緣柱20固定到金屬殼19的細(xì)端，晶片17與保護(hù)膜16通過絕緣柱固定到金屬殼19的粗端，電極21與晶片17之間裝有吸收塊18，金屬殼即地端。
圖4示出了電磁超聲換能器10的結(jié)構(gòu)。伸縮外套23裝到金屬殼26的粗端，在該金屬殼26內(nèi)裝有極靴24，永久磁鐵25及導(dǎo)線27，導(dǎo)線的一端與插頭28連接，并從金屬殼26的細(xì)端引出殼外，此外圖中29為彈簧，30為線。
本實用新型測厚儀的主要技術(shù)指標(biāo)是測量范圍(壓電)0.5～100mm；(電磁)2.0～35mm測量精度(壓電)±0.01mm；(電磁)±0.5％滿度±0.01mm(2.0～9.99mm)
±0.5％滿度±0.1mm(10.0～35.0mm)。
測量溫度(壓電)－5℃～50℃；(電磁)0℃～500℃環(huán)境溫度(壓電)0℃～40℃；(電磁)－10℃～55℃記憶 點數(shù)100點
權(quán)利要求1.一種合成測厚儀，包括一個脈沖發(fā)生器，一次和二次功放電路，接收放大器，計算機(jī)處理系統(tǒng)和讀數(shù)顯示裝置，其特征在于還包括一個功率切換門4，一個發(fā)射抵消電路2，和壓電及電磁兩個超聲換能器(8，10)，通過一個切換開關(guān)，根據(jù)待測工件情況選擇其中一個超聲換能器處于工作狀態(tài)，計算機(jī)處理系統(tǒng)13的時鐘脈沖觸發(fā)脈沖發(fā)生器1產(chǎn)生高頻振蕩脈沖，同時觸發(fā)切換門4，高頻振蕩脈沖激勵一次功放電路3工作，同時經(jīng)過發(fā)射脈沖抵消電路2輸送到接收放大器12，該共用的接收放大器12接收由所選換能器傳來的電脈沖信號并放大，再經(jīng)計算機(jī)系統(tǒng)13的選定方式測厚程序處理，厚度讀數(shù)直接顯示在讀數(shù)顯示裝置14上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測厚儀，其特征在于壓電換能器8的金屬殼19是接地的，電極21通過絕緣柱20固定到該金屬殼一端，其另一端經(jīng)該絕緣柱與晶片17和保護(hù)膜16相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測厚儀，其特征在于電磁式換能器10的金屬殼26內(nèi)裝有極靴24、永久磁鐵25和導(dǎo)線27，導(dǎo)線的一端從金屬殼的細(xì)端引出殼外，并與插頭28相連。
專利摘要本實用新型涉及一種合成測厚儀。它集中了電磁和壓電超聲測厚的優(yōu)點，利用計算機(jī)技術(shù)控制，包括脈沖發(fā)生器、發(fā)射抵消、一次、二次功率放大，切換門，電磁及壓電換能器、接收放大器，計算機(jī)處理系統(tǒng)和讀數(shù)顯示裝置。它可對在役或成品檢驗等任何場合的鐵磁材料實現(xiàn)測厚，還可根據(jù)實際情況確定是否采用聲耦合劑，適用范圍廣，靈敏度高，使用方便。
文檔編號G01B7/02GK2140049SQ9223886
公開日1993年8月11日 申請日期1992年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月31日
發(fā)明者王新平 申請人:王新平