Устройство для определения коэффициента анизотропии механических свойств материалов Советский патент 1986 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к устройствам ,для исследования механических; свойств материалов и может быть использовано при непрерывном или выборочном контроле степени анизотропии материалов , в частности листовых изделий и проката, фанеры, пластмасс, полимерной пленки и т.д.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения влияния помех.

На фиг. 1 представлена функй ио- нальная схема устройства для определения коэффициента анизотропии механических свойств материалов; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг„ 1.

Устройство содержит генератор 1 непрерывньк монохроматических сигналов, излучатель 2 с согласующим клином 3 и По крайней мере два приемника 4 и 5 с закрепленными на них согласующими клиньями 6 и 7„ Широкая часть клиньев прикреплена к излучателю 2 и приемникам 4 и 5 например, помощью клея, не допускающего образование несплошностей и пустот между поверхностями. Узкая часть клина 3 имеет ввд ножа, изменение поперечш ж размеров клина 3 осуществляется по экспоненциальному или другому закону. Широкая часть клина и поперечные размеры излучателя 2 и приемнико 4 и 5 не должны превосходить длину используемой акустической волны.

Излучатель 2 и приемники 4 и 5. закреплены шарнирно на опоре 8, например, в виде направляющей, ориент1 1 рованной вдоль линии, соединяющей излучатель и базу приемников, причем оси шарниров 9 перпендикулярны направлению этой линии. Опора 8 крепится на пальцах 10 к рабочему столу I1 на котором помещен испытуемьй материал 12. Направляющие 13 служат для фиксации положения испытуемого материала иа рабочем столе 11. Приемники 4 и 5 закреплены на ползуне 14, КОТОРЫЙ может перемещаться вдоль опоры 8 при исследовании материалов различных размеров. Линия, соединяющая центры приемников, параллельна лезви ям согласующих клиньев 3 и осям ш. ниров 9. Опора 8 располагается под углом 45 относительно направлений в которых измеряется коэффициент анизотропии механических свойств материалов. Приемники 4 и 5 соединены электрически с измерителем 15 раз

0

5

ности фаз, усилителем 16 и регистрирующими приборами 17 и 18.

Устройство для определения коэффициента анизотропии механических свойств материалов работает следующим образом.

Монохроматический электри геский сигнал от генератора 1 подается к излучателю 2 и преобразуется им в монохроматический акустический сигнал. Последний по клину 3, усиленный в S/S раз, где S - площадь излучателя, а S, - площадь контакта клина с испытуемым материалом, пос- 5 тупает в материал. Уменьщение S ведет к снижению активной составляющей импеданса излучения, наклоном клина 3 изменяется нормальная составляющая смещения его конца. Этим достигается плавность регулировки импеданса излучения и мода возбуждаемых волн, что позволяет существенным образом повысить чувствительность и ра.сщирить функциональные возможности устройства. Частота возбуждаемых акустических крлебаний может быть произвольной, однако она не должна быть выше частоты, при которой длина акустической волны становится большей н 1ибольшего поперечного размера клин а. В противном случае кроме нулевой моды колебаний на излучаемый сигнал влияют другие моды, и форма сигнала не строго синусоидальна, что сказывается на точности измерений.

Проходя в испытуемый материал, акустические монохроматические волны распространяются в направлении, определяемом диаграммой направленности лезвия согласующего клина 3. Если анизотропия материалов отсутствует, тогда сигнал распространяется вдоль оси направляющей опоры 8 и синфазно пэпадает на приемники 4 и 5, анизотропия смешает максимум диаграммы направлемности приемников, в результате чего сигналы на приемниках jmte не будут синфазными.

Если рассматривать приемную базу как состоящую из двух приемников, расстояние между которыми а , тогда рагзность фаз сигналов дч , поступающих на них, равна

л.Ла

2if2 .

0

S

0

5

SO

IS

k w/C - среднее волновое

число;

Z - коэффициент анизотропии материала , равный 2 л

S f

1-й

С С(1-Д1;

С, С(1+Д),

где С и Су - скорости распространения акустических сигналов в выбранных направлениях X и У; С - средняя скорость. После измерителя 15 разности фаз электрические сигналы усиливаются усилителем 16 и регистрируются при- борами 17 и 18. В качестве последних могут использоваться, в частности, самописец, осциллограф. Пройдя за приемники 4 и 5 под углом 45 к граничной поверхности, акустический сигнал отражается ею в сторону от приемной .базы. Учитывая, что степень затухания звука в материалах, в которьрс измеряется коэффициент анизотропии, обычно велика, а также то, что здесь реализуются направл ен- ное излучение и прием, это снижает фон акустического реверберационного шума в материале и позволяет осущест влять работу устройства с непрерывными сигналами. В свою очередь последнее, исключая влияние дисперсии и добротности электроакустического тракта,позволяет реализовать вы- сокую точность измерения коэффици- ента анизотропии материалов.

Формула изобретения

Устройство для определения коэффициента анизотропии механических

свойств материалов, содержащее гене- .ратор, опору с установленным на ней излучателем, соединенным с генера- торомг по крайней мере два приемника, усилитель, измеритель разности параметров сигналов и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повьтаения точности измерения, приемники и излучатель закреплены

на опоре шарнирно, снабжены согла- суювими клиньями ножевого типа, опора выполнена в виде направляющей и ползуна, а приемники размещены на ползуне, при этом линия, проходящая

через центры приемников, перпендикулярна оси направляющей, в качестве генератора использован источник моно- хроматических волн, а в качестве из мерителя разности параметров сигналов - измеритель разности фаз, входами соединенный с приемниками, а выходом - с усилителем, подключен- нам к индикатору.

ff

/

vX Lcc

фиг. 2

Изобретение относится к устройствам для исследования механических свойств материалов и может быть использовано при непрерывном или выборочном контроле степени анизотропии материалов, в частности листовых изделий и проката, фанеры, пластмасс, полимерной пленки. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет исключения влияния помех. Электрический сигнал от генератора подается к излучателю и преобразуется им в монохроматический акустическш сигнал, который по клину, усиленный в 8/5д раз, где S - площадь излучателя , площадь контакта клика с испытуемым материалом, поступает в исследуемый материал. Акустические волны распространяются в направлении, определяемом диаграммой направленности лезвия согласующего клина. Если анизотропия материала отсутствует, то сигнал распространяется вдоль оси направляющей и синфазно попадает на приемники, размещенные на ползуне. Анизотропия смещает максимумы диаграммы направленности приемникэв, в результате чего сигналы на приемниках не синфазные, а разность фаз сигналов характеризует коэффициент анизотропии материала. За приемниками акустический сигнал отражается в сторону от приемной базы. Благодаря высокой степени затухания звука в анизотропных материалах и направленному излучению и приему под углом 45° относительно направлений, в которых измеряется коэффициент анизотропии MexaHiwecKHx свойств материалов, снижается срок акустического реверберационного шума, что повышает точность измерения. 2 ил. С (f С 1C 4;: СО 4ib 00

Составитель А. Кислов Редактор А. Шишкина Техред М.Ходанич Корректор Е.Сирохман

ЗакаГ4230Мб Тираж 778 Подписное -ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно

-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4