Ультразвуковой способ измерения физико-механических параметров Советский патент 1985 года по МПК G01N29/00 

1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано ;1Д1я исследования физико-меха™ нических параметров твердых веществ Целью изобретения является повыше ние информативности. На чертелсе изображено устройство реализующее предлагаемьм способ. Устройство содерлшт обратимый улы ,„ разг уковой преобразователь 1 , плос кость излучения которого ориентирована параллельно поверхности контролируемого изделия 2 и который расположен в промежуточной среде 3, при емРП1К 4 поперечпых звуковых волн, в качестве которого гсспользуют п1)езо- пластину продольных воли, располол ен ный на поверхности контролтфуемого 1 зде:п1я 2, излучатель 3 и п.рпемиик 6 прод.ольпых звуковых волп, устапов- ленные в промежуточно cpc;ie 3 с во можностью измепепия угла паклоиа к поверхп-ости. коптро.пгрусмого изд,е-;п1и 2, генератор 7, соедипепи, с входа- ыл ультразвукового Г рсобразо1 а1 еля и излучателя 5 продо1 Ы1ых звуковых волп, последовательно соединеппые усилитель 8, вход которого соедипя ется через г ере слючатель с прпемпп- ком 4 поперечных звуковых волн, об- ратимым ультразвуков пм преобразователем 1 и приемппком 6 продо;) ЗВУ1ШВЫХ воли, и. индикато 9. Способ заключается в следуюс.ем. С помоицую обратимого yjiijTpcUiJiyjco вого преобразователя I и.злучаюч и принимают продольные звуковые волиы пормально к юверхнекгти контролируемого из1,е,1П1Я 2. Пр.инятьа звуко BOit спгпал и обрати;)оь у,:.ьтраз1 уко- вом преобразователе трапс4|0рмирует ся в электрический ciirnaJi i посту- .пает через yci-uuiTejib 8 па индикатор 9, с К07орого снимается значение n -iилитуды припятого сигпала, по кото™ рому с учетом зпачепия ампл1-ггуды от ралсепиого нормально от границы среда - воздух (при отсутствии изделия 2)сигнала, измеренного заранее, опр деляют коэфф}п;ие1гг отрал;епия, равный V - A Б о где A,j - значение амплитуды сигпала отраженного нормально от гра ницы среда - контролируемо изделие; БО зь ачение амгиштуды сигнала отраженного нормально от границы среда - воздух (при отсутствии контролируемого изделия ). Излучатель 5 и приемник 6 устанавли™ вают под таким углом V oт юcитeльиo нормали к поверхности контролируемого изделия 2, при котором происходит трансформация падающей па поверхность продольной звуковой волны в ноперечную волну под углом 45 относительно нормали к поверхности кон- тро чируемого изделия 2, которая фиксируется приемником- 4 поперечнрлх звуковых Bojni. Принятый звуковой им- пульс тра}1сформируется )5 электрргчес- кий импульс, по момегггу прихода ко- торого приеьпписом 6 прод,ольпь Х звуковых волп принимаются отраженные от поверхьости коптролируемого изде- пнп 2 под выбранным углом V про- дольпгле звукошле волп1л, которькз трап- С1;)ормируются г элек111ическ -п 1 сигнал V (в приемпике 6 ) , тсоторый через усилитель 8 поступает па индикатор 9, с ixoTopoio спимается зг1ачеиие ам 1литу- ды припятого сигнала, по которому с учетом амптпггуды отражепного под выбраппым углом V от Г{),1л среда-воз- д,ух (v.pd отсутствии издejи я 2 С1лг- пала, измере)И1ого заранее, )еде- ляют коэффициент отражения V,, равный Л. V ТГ гд,е Л - амп.читуды сигпала отражепного под, выбранным углом от грапицы среда - коп ri)OjnipyeMoe nBn ejnie; li - зпачспше амп.чпгуды сигпала, отражеппого под выбранным от граппи.ы С1)еда воздух (, при отсутствии контролируемого издeJП я 2 ). )ормула для K03(, отраже- 1П1Я наклоппом пал.ении- продольных Bojni в среде 3 на поверх - ость контролируе;мого изделия 2 вырал;ается формулой Р,С V2COS V-pC . У J W ,i cos V-PC где p и p, - плотность среды 3 и KOHTpojuipyeNioro изделия с скорость продольных волн в среде 3; скорость поперечных . волн в кo:)Tpoлпpye oм изделии 2; 3 V - угол падения продольны волн относительно нор- мапй в среде 3. Формула для коэффициента отражения при нормальном падении продоль- ных волн в среде 3 на поверхность контролируемого изделия 2 выражается формулой V - , СЧ.Ч где С, - скорость продольных волн в контролируемомизделии 2. Из формул (1 )и (2) следует, что плотность контролируемого изделия 2 выражается формулой oCO-Vn) . А из формул (1 ) и(3 ) получаем, ч L (H-Vj(rV)YIcosV ) Зная, что коэффициент Пуассона Осв зан с соотношением формулой

СЯ

)f-. 2

2-М-г

Jr /

формул (41и(5 ) получаем формулу коэффициента Пуассона 1-Ncos v

) -

(

d

рС fW (1-V) einlV

. Использование способа позволяет определить все основные физике-механические параметры контролируемого

изделия. , (t-Vj (i-v) где N (} (r Применяя для границы среды 3 и образца 2 закон Снеллиуса, получаем . 5,п4- откуда для -скорости С. поперечных волн в контролируемом изделии 2 пр- лучается выражение С. (sinVjVi. Из формул (3|,(4) и (7) получается значение для плотности в контролируемом изделии 2 p(fW) Известно, что модуль сдвига fi выражается формулой М-РдС т(9) Тогда из. формул (7 ), (8 ) и(9) получаем, что

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, заключающийся в излучении и приеме .продольных звуковых волн нормально к поверхности контролируемого изделия и измерении амплитуды отраженных продольных звуковых волн, по которой определяют коэффициент отражения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьшения информативности, устанавливают приемник поперечных звуковых волн, в качестве которого используют пьезо- пластину продольных волн, на поверхности контролируемого изделия, изменяют угол наклона излучателя продольных звуковых волн к поверхности контролируемого изделия, принимают приемником поперечных звуковых волн отраженную от дна изделия поперечную звуковую волну приемником продольных звуковых волн, угол наклона которого равен углу наклона излучателя к поверхности контролируемого изделия, принимают отраженную от поверхности контролируемого изделия продольную звуковую волну, i по амплитуде которой определяют коэффициент отражения продольных звуко(Л вых волн при выбранном угле падения продольных волн на контролируемую поверхность изделия и с учетом коэффициента отражения, при нормальном § падении продольных звуковых волн оп-г ределяют искомые параметры. со 00 Од