Преобразователь для измерения скорости звука в материалах Советский патент 1984 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости распространения продольны-х волн при поверхностном прозвучивании, например, при неразрушающем контроле строительных материалов.

Известен преобразователь для измерения скорости звука в материалах, содержащий призму и размещенную на ней пьезоп,ластину, причем ввод ультразвуковых колебаний в материал осуществляется под первым критическим углом 1.

Недостатком преобразователя является недостаточно щирокая область применения, так как ввод под первым критическим углом осуществляется только в тех материалах, скорость распространения продольных волн в которых соответствует заданному углу призмы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь для измерения скорости звука в материалах, содержащий корпус, размещенную в нем прямоугольную пьезопластину и защитное дно. Нри этом преобразователи, предназначенные для работы на различных частотах, содержат квадратную пластину 20x20 мм 2.

Недостатком известного преобразователя я .ляется недостаточно высокая точность и производительность измерений, обусловленная тем, что в точку приема акустические сигналы от всех элементарных участков излучающей пластины приходят в различное время и, следовательно, принятый сигнал растягивается и имеет недостаточно большую амплитуду.

Целью изобретения является повыщение точности и производительности измерений скорости звука в материалах.

Ноставленная цель достигается тем, что в преобразователе для измерения скорости звука в .материалах, содержащем корпус, размещенную в нем прямоугольную пьезопластину и защитное дно, размеры сторон пьезопластины выбраны из соотнощений:

B io-iVe/t

где д fe - щирина и длина пьезопластины, мм;

f - частота, для работы на которой предназначена пьезопластина, Гц.

На фиг. I изображен преобразователь для измерения скорости звука в материалах; на фиг. 2 - то же. вид сбоку; на фиг. 3 - проекция пьезопластины преобразователя на поверхность контролируемого изделия.

Преобразователь для измерения скорости звука в материалах содержит корпус 1, размещенную в нем прямоугольную пьезопластину 2 и защитное дно 3. Размеры сторон пьезопластины выбраны из соотнощений

a« f--106; (1)

B lO-iV f, (2)

где 6 - щирина и длина пьезопластины 2, мм;

f - частота, для работы на которойпредназначена

пьезопластина 2, Гц.

Преобразователь для измерения скорости звука в материалах работает следующим образом.

Преобразователь устанавливают защитным дном 3 на контролируемое изделие. На прямоугольный пьезоэлемент 2 подают импульс напряжения через электрический разъем (не показан), установленный в корпусе 1 преобразователя. Пьезопластина 2 под действием этого и.мпульса излучает акустический сигнал в контролируемое изделие. Рас пространяющиеся в изделии продольные колебания достигают точки К приема, расположенной, например, на расстоянии 1 на прямой, совпадающей с поперечной осью пьезопластины. Разность At времени прихода в секундах от ближней и дальней точек О и N пьезопластины, лежащих на ее поперечной оси, в точку К приема равна

Ati a/c, (3)

где

с. - скорость распространения продольных волн в материалеконтролируемогоизделия, мм/с.

Эта разность Ati для того, чтобы сигналы в точке приема сложились, должна быть не бапьще времени С нарастания фронта импульса, т. е.

(4).

Время г нарастания фронта импульса характеризуется частотой собственных колебаний пьезоэлемента, то есть частотой f, для работы на которой предназначена пьезопластина

(5).

Скорость звука в твердых материалах изменяется в щироком диапазоне, однако может быть с достаточной достоверностью ограничена снизу величиной 3-10 мм/с. Подставив это конкретное значение в равенство

(3) и используя (4) и (5), легко получить выражение, которое соответствует формуле ().

Следовательно, щирина а пьезопластины выбрана таким образом, что обеспечивается практически одновременный приход сигналов в точку приема. Разность At г времени прихода в секундах от ближней точки О пъезопластины, лежащей на ее поперечной оси, и от точки М пьезопластины.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В МАТЕРИАЛАХ, содержащий корпус, размещенную в нем прямоугольную пьезопластину и защитное дно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, размеры сторон пьезопластины выбраны из соотношений , где а, в -ширина и длина пьезопластины, мм; -частота, для работы на которойпредназначена пьезопластина, Гц.