Способ определения скорости распространения звука

Способ определения скорости распространения звука

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СССР

Ж 552О2

Класс 42k, 28;

42g, 1„,;

21е, Зб

ОПИСАНИЕ И30БРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро последующе изобретений 7осплака при СНК СССР

В. С. Воюцкий.

Способ определения скорости распространения звука.

Заявлено 11 июля 1936 года в НКОМаш за M 197729.

Опубликовано 31 июля 1939 года.

Акустические методы измерения модуля упругости и упругих напряжений в строительных материалах принципиально могут дать более точные результаты, нежели обычные механические методы.

Акустические методы, которые до сих пор применялись, заключались в образовании стоячих волн в образцах испытуемого материала, с целью определения периода колебаний и вычисления модуля Юнга Е из формулы l

4 .,/ р Р где с — длина стержня, а — его толщина, р — плотность, Т вЂ” период колебаний.

Однако, эти методы большого применения не получили, так как они требуют изготовления образцов специальной формы из исследуемого материала, изучать же упругость не в образцах, а в самдм объекте, изготовленном из определенного материала, например, в рельсах, балках, а также в самих сооружениях, на- l пример, мостах, постройках, дамбах, "плотинах и т. п. не представлялось, возможным в виду невозможности образовать стоячие звуковые волны в такого рода объектах.

Предметом настоящего авторского свидетельства является способ определения скорости распространения звука в сооружениях. Зная скорость v, можно с помощью формулы

Ге о = / — определить упругость материала.

В предлагаемом способе скорость. звука в материалах и сооружениях определяется непосредственным измерением промежутков времени, в течение которых звуковой импульс пробегает в исследуемом объекте определенный путь„ т. е. из формулы

v = — г

Особенно интересно изучение акустическим методом такого материала, как бетон; и звестно, что модуль упругости бетона сильно изменяется в зависимости от времени его отвердевания и от напряжений, развивающихся в нем, в то же время плотность его под влиянием этих факторов изменяется очень мало.

Вооб ще в реальных объектах скорость звуковых колебаний определяется упругими свойствами этих объектов, а мало меняющаяся плотность играет значительно меньшую роль. Из упругих констант решающее влияние на скорость звука имеет модуль Е, коэфициент же Пуассона, мало меняющийся для различных твердых тел, играет также малую роль.

Понятно, что вышеуказанное относится не только к бетону, но в большей или меньшей степени и к каждому другому строительному материалу.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема измерительного устройства, осуществляющего предлагаемый способ.

Устройство состоит из двух катодных ламп 1 и 8, неоновой лампы 2, трех батарей б, 8 и 12, потенциометра 7, трех сопротивлений 9, 18 и

1б и конденсатора 11.

На чертеже не показаны упоминаемые ниже в описании электрические гриемники звуковых импульсов, входной повышающий трансформатор, присоединяемый к зажимам

4 и 5, конденсатор временной развертки осциллографа, присоединяемый к зажимам 14 и 15, и катодный осциллограф.

На испытуемом объекте устанавливаются два электрических приемника звуковых импульсов (например, электрические сейсмог рафы, микрофоны и пр.) на некотором расстоянии друг от друга, равном базе для измерений, например, на расстоянии нескольких метров.

8 стороне от приемников, на прямой, соединяющей оба приемника, производится резкий звуковой импульс при помощи, например, удара молотком по испытуемому твердому объекту.

Звуковой импульс, распространяясь по испытуемому объекту, приходит сначала в ближайший к месту удара приемник и, преобразуясь последним в импульс электрического напряжения, попадает в первичную обмотку соответствующего входного повышающего трансформатора. Вторичная обмотка входного трансформатора соединена с зажимами 4 и 5 катодной лампы 1 и задает на сетку лампы положительное напряжение. Вследствие этого, по приходе звукового импульса в приемник, анодный ток в цепи лампы 1 начнет увеличиваться, причем увеличение это будет соответствовать форме и крутизне фронта звукового импульса; точно так же, с такой же крутизной начнет нарастать и напряжение на сопротивлении 1б. Параллельно последнему включена неоновая лампа 2, которая до момента удара молотком находится на пороге зажигания.

Отрегулировка неоновой лампы на порог зажигания производится при помощи батареи сеточного смещения б и потенциометра 7. Анодный ток через лампу 1 до момента удара подбирается такой величины, чтобы падение напряжения на сопротивлении 1б, а следовательно, и напряжение на зажимах неоновой лампы 2 не доходило на некоторую весьма небольшую величину до величины напряжения, требуемого для зажигания лампы.

При попадании звукового импульса в приемник падение напряжения на сопротивлении 1б увеличивается на некоторую небольшую величину, достаточную для того, чтобы перейти порог зажигания, и неоновая лампа вспыхнет.

Как только произойдет газовый разряд в неоновой лампе, на сопротивлении 9 появится напряжение, минус которого подается на сетку лампы 8.

До момента газового разряда в неоновой лампе 2 в цепи лампы 8 протекает анодный ток, и конденсатор 11 заряжен до некоторого определенного потенциала. После вспышки неоновой лампы катодная лампа 8 запирается, и конденсатор 11 начи нает разряжаться на сопротивление 18 с постоянной времени CR где С вЂ емкос конденсатора 11, а .Я вЂ” величина сопротивления 18. К зажимам 14 и 15 присоединяется конденсатор временной развертки катод— 3 ного осциллографа и, следовательно, конденсатор временной развертки осциллографа оказывается присоединенным параллельно к конденсат ору11.

Таким образом, как только звуковой импульс придет к приемнику, катодный луч осциллографа начнет отклоняться по оси времени со скоростью, обусловленной постоянной времени CR. Подбирая соответствующие CR, можно устанавливать нужную скорость развертки катодного луча по времени.

К другому электрическому приемнику звуковых импульсов, установленному на некотором расстоянии s от первого, звуковой импульс придет через промежуток времени 1= — сек., s б

Этот приемник через соответствующий трансформатор подает импульс напряжения непосредственно на конденсатор развертки явления катодного осциллографа.

Таким образом, через промежуток

S времени t = — сек. после начала развертки катодного луча по времени (движение по оси абсцисс) на экране катодного осциллографа появится выброс, обусловленный зарядом конденсатора развертки явления (движение по оси ординат).

Фотографируя явление на экране осциллографа, определяя расстояние между нулевым положением катод-. нога пятнышка и выбросом по оси ординат и зная сксрость движения катодного луча по оси времени, можно определить промежуток времеHH

Предмет изоб ретения.

Способ определенич скорости распространения звука, в частности, при акустических исследованиях механически;. свойств различных материалов, основанный на измерении промежутка времени между попаданиями звукового импульса на два укрепленных на исследуемом теле звукоприемника, связанчые, каждый, через ламповые реле с катодным осциллографом, отличающийся тем, что создаваемые в цепях звукоприемников электрические импульсы подают на отдельные пары пластин катодного осциллографа от одного из приемников непосредственно, а от другого через систему параллельно соединенных емкости и активного сопротивления, создающих равномерное отклонение катодного луча с заданной скоростью, с целью получения записи в виде отрезка прямой линии, длина которого соответствует измеряемому промежутку времени.

Тип. арт. «Сов. Пач.». Зак. № 5071 — 550