Устройство для измерения скорости ультразвука в твердых телах

Устройство для измерения скорости ультразвука в твердых телах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республнк

ОЛИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ (») 887940 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.10.79 (2I ) 2827885/18-28 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 07.12.81 Бюллетень М 45

Дата опубликования описания 10.12.81 (51)M. Кл. 01 Н 5/00

Государствениый комитет во делам изобретений и открытий (53) УДК 534.22 (088. 8) С. И.Саяускас и Л. В. озонене (72) Авторы изобретения

Каунасский политехнический институт имени Антанаса Снечкуса (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

УЛЬТРАЗВУКА В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ

Изобретение относится к измеритель- 1 ной технике и может использоваться при

I исследованиях и контроле физико-механических свойств твердых материапов.

Известно устройство для измерения скорости ультразвука в твердых телах, содержашее генератор, усилитель, индикатор и пьезопреобразователь, направляемый к поверхности испытуемого образца под углом (1J .

Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерений вспедствие невозможности точного определения координат пьезопреобразователя.

Бель изобретения — повышение точнос15 ти измерений.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено последовательно соединенными коммутатором, включенным между генератором и усилителем, детек20 тором, фильтром, дифференциатором, компаратором, ключом и системой преобразования, обработки и регистрации сигналов, узел преобразования которой механически связан с пьезопреобразователем и исполнительным механизмом, Кроме того, узел преобразования системы представляет собой интерферометр Майкельсона, узел обработки и регистрации системы включает последовательно соединенные дополнительный усилитель, связанный с фотоприемником интерферометра, формирователь сит налов, счетчик, делитель, регистратор и дополнительный ключ, выходом подключейный ко второму входу счетчика, а вхоaoM — к компаратору. Узел преобразования системы может быть также выполнен в виде потенциометра, при этом узел обработки и регистрации системы включает последовательно соединенные дополнительный коммутатор, блок памяти и измеритель отношений напряжений, вторым входом подключенный к регистратору и второму выходу дополнительного коммутатора, второй вход которого соединен с одним из входов ключа, а другой вход ключа связан с первым входом дополнительного

/ коммутатора.

4О

Э 8879

На фиг. 1 изобра>кена блок-схема уст-, ройства; на фиг, 2 - вариант выполнения блок-схемы устройства; на фиг, 3 — диаграмма зависимости амплитуды сигнала с пьезопреобразователя 4 от угла падения

Э 5 на поверхность испытуемого образца„на фиг. 4 — временные диаграммы сигналов на функциональных блоках устройства, где a - сигнал с вы .ода формирователя импульсов; б - сигнал на выходе усилителя;в — сигнал на выходе фильтра; г - сигнал на выходе дифференциатора; l1 - сигнал на выходе ключа; e — сигнал на выходе комларатора.

Устройство для измерения скорости ультразвука в.твердых телах содержит генератор 1, усилитель.2, индикатор 3 и пьезопреобразователь 4, направляемый к поверхности испытуемого образца 5 под углом. Устройство снабжено последовательно соединенными коммутатором 6, включенным между генератором 1 и усилителем 2, детектором 7, фильтром 8, дифференциатором 9, компаратором 10, ключом.

1 1 и системой преобразования, обработки и регистрации сигналов, узел преобразования которой механически связан с пьезопреобразователем 4 и исполнительным механизмом 12.

Узел преобразования системы может представлять собой интерферометр l)13 Майкедьсона, узел обработки и регистрации системы включает последовательно соединенные дополнительный усилитель 14, связанный с фотоприемником 15 интерферо35 метра 13, формирователь 16 сигналов, счетчик 1 7, делитель 1 8, регистратор 1 9 и дополнительный ключ 20, выходом подключенный ко второму входу счетчика 17, а входом — к коммутатору 10.

При изменении угла падения пьезопре-. образователя 4 вокруг оси, находяшейся на поверхности испытуемого образца 5, пьезопреобразователь 4 проходит поочередно три положения, в которых принимаются отраженные акустические импульсы;в первом положении — при перпендикулярном отражении от поверхности образца 5, во втором — при отражении от внутреннего прямого угла образца 5 продольных волн, в третьем — при отражении от внутреннего прямого угла поперечных волн. Принятые акустические импульсы через коммутатор

6 и усилитель 2 просматриваются на индикаторе 3.

Интерферометр 13 выдает информацию о величине расстояний XL u ут первым. и вторым, первым и третьим положениями пьезопреобразователя 4 соответственно. Для этого к пъезопреобразователю

4 шарнирно прикреплено зеркало (на чертеже не обозначено), ориентация которого относительно интерферометра при изменении угла падения пьезопреобразоватедя 4. остается неизменной.

В результате интерференции на выходе фотоприемника 15 интерферометра 13 появляется переменный сигнал, максимумы которого составдяют разности путей Hkkтерферируюших лучей в интерферометре 13, кратной Х/1, где Х вЂ” длина волны излучения. Пройдя через дополнительный усилитель 14, сигнал преобразуется формирователем 1 6 в последовательность импульсов, количество которых пропорционально разности путей, пройденных интерферируюшими лучами. В случае, если период акустических импульсов равен периоду сигнала детектора, коэффициент пропорционапьности равен Й . Таким обУзел преобразования системы по другому варианту может быть выполнен в виде. потенциометра 21, а узел обработки и регистрации системы включает последовательно соединенные дополнитегьный коммутатор 22, блок 23 памяти и измеритель 24 отношений напряжений, вторым входом подключенный к регистратору 19 и второму выходу дополнительного коммутатора 22, 50 второй вход которого соединен с одним из выходов дополнительного ключа 20, а другой вход дополнительного ключа 20 связан с первым входом дополнительного коммутатора 22.

Устройство для измерения скорости ультразвука в твердых телах работает следующим образом. разом, показания счетчика 17 соответствуют расстоянию между двумя полржениями пьезопреобразоватедя 4, выраженному в единицах ) .

Ддя измерения расстояний ) и Я соответствуюших разности путей между первым-вторым и первым-третьим поло>кениями пьезопреобразователя 4 соответственно, электрические импульсы запуска и остановки счетчика 17 формируются.

При возбуждении пьезопреобразователя 4 от генератора 1 при переходе пьезопреобразователем 4 первого, второго или третьего положенийна выходе усилителя

2 появляется напряжение, которое, apofiдя через детектор 7 и фильтр 8, поступает на дифферешжатор 9 и далее на компаратор 1 О. Для обеспечения стабильнос, ) (Sih dp

S

5 887940

6 ти работы компаратора 10 он запитывает- ляюших дополнительным коммутатором 22, ся на некоторый промежуток времени которые вырабатываются в первом, втором импульсом с дополнительного ключа 20. и третьем положениях пьезопреобразвватекоторый вырабатывает управляющее на- ля 4, одновременно с потенциометра 21 пряжение из напряжения огибающей, всле- 3 снимается напряжение, равное S(h p дствие чего компаратор 10 работает в При этом для измерения скорости ультрамомент, когда напряжение огибающей пре- звука используются только величины вышает определенный уровень Е. В мо- Sin eL р, и М11 cL а импульс, соответмент йерехода напряжения на входе ком- ствующий si» *g, не нужен и блокируетпаратора 10 через нулевое значение ся дополнительным ключом 20, который (фиг. 4, г)он вырабатывает импульсы, . отпирается в тот момент, когда напряжеуправляющие счетчиком 17 (фиг. 4,а). ние на потенциометре 21 превысит некоУправляюшие импульсы вырабатываются торый установленный уровень. На управляв первом, втором и третьем положениях ющий вход дополнительного коммутатора пьезопреобразователя 4, соответствующих 3 22 поступают импуп сы при .втором и пиковым значениям напряжения пьезопре- третьем положениях пьезопреобразователя образователя. При этом один из импуль-,4, Импульсом, вырабатываемым во втором сов запускает, а другой останавливает - положении пьезоцреобразователя 4, дополсчетчик 17. При измерении скорости С„. нительный коммутатор 22 соединяет дви- продольных волн определяется расстоянйе 30 жок потенциометра 21 с блоком 23 памяХ и компаратор 1 0 через дополнитель- ти, который запоминает напряжение, соот1з ный ключ 20 связан со входом счетчика ветствуюшее Ss n < р1 . При этом на

17 который запускается в первом поло- числительном входе измерителя 24 отноЭ женин пьезопреобразователя 4., а закры- шений напряжений, действует напряжение, вается во втором. соответствующее 5111 Ы.,р, а на знамеПри измерении скорости Ст попереч- Нательном - Sh n d. > и регистратор 19

S1h cL R

Ных волн определяется расстояние X . В регистрирует i величйну .. Поэтом случае сигнал с компаратора 10, перечные и продольные колебайия соответсоответствующий второму положению пье- ственно рассчитываются по формулам зопреобразователя 4, блокируется допол30

7А С ча C нительным. кпючом 20, и счетчик 17 пере- 1> 1 Slh d. т 5111 > стает работать в третьем положении пьез опре образ овате ля 4. где г=С !"- 1

Для получения цифрового значения скорен уравнения Релея опростей С1, и Ст необходимо получить от- 33 ношения Т/ и и Т/n, где графикам зависимостей

Ю

= C0>>S44, Е.Г т1е

С - скорость ультразвука в иммерси- 4 >1 1

О,Ваап *р сионной жидкости;

Изобретение повышает производительность вследствие автоматизации измере ния и повышения точности, обусловленной д — расстояние т ч ояние точки ввода ультразву- точным определением момента максимума

4S ковых импульсов от края испытуе- сигнала пьезопреобразователя. мого образца 5; и>1 — количество импульсов, сосчитан L т ных счетчиком 17 при измерении Ф о р м у л

Фо м ла изоб етения

С и Ст соответственно.

1. Устройство для измерения скорости

Постоянная Т устанавливается делителем 18, на выходе которого включен ре- ультразвука в тверд, р ьт азв ка в тве дых телах, содержащее гистратор 19,. фиксирующий цифровое зна- генератор, усилитель, индикатор и пье преобразователь, направляемы.:. к поверхчение скоростей С и С.

По второму варианту устроЙство рабо- ности испытуемого образца под углом, И отличающеесятем что сце тает следующим образом. лью повышения точности измерений, Dfio

В момент перехода напряжения на вхо-,лью ов де компаратора "0 через нулевое значение снабжено последовательно соединенными

8879 тором и усилителем, детектором, фильтром, дифференциатором, компаратором, ключом и системой преобразования, обработки и регистрации сигналов, узел преобразования которой механически связан с пьезопреобраэователем и исполнительным механизмом.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, узел преобразования системы представляет собой интерферометр Майкепьсона, узел обработки и регистрации системы включает последовательно соединенные дополнительный усилитель, связанный с фотоприемником интерферометра, формирователь сигналов, счетчик, делитель, регистратор и дополнительный ключ, выходом подключенный ко второму входу счетчика, а входом - к компаратору.

40 8

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что узел преобразования системы выполнен в виде потенциометра, а узел обработки и регистрации системы включает последовательно соединенные допопнительный коммутатор, блок памяти и измеритель отношений напряжений, вторым входом подключенный к регистратору и второму выходу дополнительного комму- . татора, второй вход которого соединен с одним из входов дополнительного ключа, а другой вход ключа связан с первым входом дополнительного коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2684171/18-28, кл. (01 Н 5/00, 1978 (прототип).

887940 е

Составитель

Редактор Г. Бельская Техред Ж.Кастелевич Корректор о. Билак

Заказ 10712/9 Тираж 487 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/8

ФилиаЛ ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4