Устройство для ультразвукового контроля поверхности материала Советский патент 1987 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к устройст- ,вам для определения физико-механических характеристик поверхностей материалов

Цель изобретения - повышение точности измерения физико-механических характеристик поверхностей материалов и расширение температурного диапазона исследований за счет использования волноводных концентраторов при- 10 исследуемого материала.

емного и излучающего пьезопреобразо- вателей.

На чертеже показано устройство, общий вид.

Устройство состоит из корпус а 1, держателя 2 образца, подпружиненного пружиной 3, штока 4 вертикального перемещения с ручкой 5 перемещения,

кронштейнов излучающей 6 и приемной 1

7 акустических систем исследуемого образца 8 материала, волноводного концентратора 9 излучения с основным каналом 10 излучения, каналом 11 определения потерь акустической энергии в волноводных концентраторах отражателя 12 волновой энергии, приемного волноводного концентратора 13, пружин 14 и 15 регулировки усили контактного прижима, пьезопреобразо- вателей 16 и 17 излучающей 6 и приемной 7 акустических систем, динамометрических винтов 18 и 19, генера- тора 20 зондирующих импульсов, измерителя 21 временных интервалов, фиксирующего время прохождения акустической волны по излучающему концентратору туда и обратно, общего измерителя 22 временных интервалов, усилителя 23.

Устройство работает следующим образом. .

Сигнал с генератора 20 зондирующих импульсов поступает на излучающий пьезопреобразователь 16 и на общий измеритель 22 временных интервалов, а также на измеритель 21 временных интервалов прохождения акустической волны по волноводному концентратору, запуская оба измерителя временных интервалов. Электрический сигнал преобразуется излучающим пьезопреобразозателем 16 в объемную акустическую волну, которая распространяется по волноводному концентратору 9, по основному каналу 10 и каналу 11 определения потерь акустической энергии в волноводных концентраторах., Длина пути прохождения акустической волны в основном канале 10 и канале 11 определения потерь акустической энергии равны между собой. Объемная акустическая волна, идущая по основному каналу 10, достигнув поверхности исследуемого образца 8 материала, трансформируется в поверхностную акустическую волну, распространяющуюся по поверхности образца 8

Объемная акустическая волна, идущая по каналу 11 определения потерь акустической энергии в волноводных концентраторах, достигает отражателя 12 волновой энергии, отражается от него и идет в обратном направлении по этому же каналу, преобразуется излучаклцим пьезопреобразователем 16

тупает на второй вход измерителя 21 временных интервалов прохождения акустической волны и останавливает счет времени на нем. Время, зафиксированное на измерителе 21 временных интервалов,, соответствует времени прохождения объемной акустической волны по волноводным концентраторам 9 и 13,- так как их длины равны между собой и, следовательно, равны длины пути прохождения объемной акустической волны по ним, а тогда и времена прохождения объемной акустической волны по ним равны между собой. Таким образом

35

-,0+ Ч, ,

Ъс

- время прохождения объемной акустической волны по волноводному концент- ратору 9 туда и обратно;

10 - время прохождения объемной акустической волны по основному каналу 10 излучения;

„ - время прохождения объемной акустической волны по каналу 11 определения потерь акустической энергии в обратном направле- НИИ, т.е. в направлении

от исследуемого материала.

ак как времена прохождения объемакустических волн по всем длинам тических путей волноводных конраторов равны между собой

0

1г ;

где

43

время прохождения объемной акустической волны по приемному волноводному концентратору 13. то тогда можно записать

Х-. /. /

9 0- «3

Поверхностная акустическая волна, трансформированная из объемной акустической волны, излученной волновод- ным концентратором 9 с основного канала 10 излучения, дойдя до приемного воляоводного концентратора 13, преобразуется опять в объемную акустическую волну и пьезопреобразовате- лем 17 в электрический сигнал. Который поступает на усилитель 23 и на второй вход измерителя 22 временных интервалов.

Время, зафиксированное на измерителе 22 временных интервалов, соответствует общему времени, равному сумме времен прохождения объемных акустических волн по волноводным концентраторам 9 и 13 и поверхностной акустической волны по поверхности исследуемого материала, т.е.

2206U.

впов Зов J

где

22

оъш.

и 6

13

8

noft

-время, зафиксированное измерителем 22 временных интерваловj

-время прохождения объемных акустических волн по волноводным концентраторам 9 и 13-,

-время прохождения поверхностной акустической волны по поверхности исследуемого материала.

Это выражение преобразуется к виду

Тогда точное

35

40

t

Устройство для ультразвукового контроля поверхности материала, содержащее излучающий и приемный пьезо преобразователи, механизм перемещения пьезопреобразователей, измерител угла наклона пьезопреобразователей и блок передачи ультразвуковых колебаний, отличающееся тем что, с целью повьанения точности измерений и расширения температурного диапазона исследований, блок передачи ультразвуковых колебаний вьтолнен в виде волноводных концентраторов энергии акустической волны приемного и излучающего пьезопреобразователей при этом волноБодный концентратор излучающего пьезопреобразователя выполнен двухканальным, один канал ко 21o6UV «пой )...

время прохождения поверхностной акус- З торого предназначен для непосредсттической волны по поверхности исследуемого образца равно

8поб.

г

220БЫ,.

Редактор М.Бланар

Составитель И.Ардашева

Техред Н.Глущенко Корректор А.Зимокосов

883/47

Тираж 777Подписное

ВНИШШ 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

Зная точное время прохождения поверхностной акустической волны по поверхности исследуемого материала, точно определяется скорость ее прохождения, а, зная скорость распространения поверхностной волны, судят о физико-механических характеристиках поверхности материалов,, в частности модуле упругости. Степень затухания поверхностной акустической волны определяется усилителем 23 и также служит характеристикой физико- механических свойств поверхностей материалов.

При изменении температуры исследования поверхностных физико-механических характеристик материалов отсутствует погрешность в определении этих характеристик, вызванная изменением пьезоэффекта пьезопреобразова- телей, так как они вынесены из зоны непосредственного нагрева исследуемого образца.

Формула изобретения

Устройство для ультразвукового контроля поверхности материала, содержащее излучающий и приемный пьезо- преобразователи, механизм перемещения пьезопреобразователей, измеритель угла наклона пьезопреобразователей и блок передачи ультразвуковых колебаний, отличающееся тем, что, с целью повьанения точности измерений и расширения температурного диапазона исследований, блок передачи ультразвуковых колебаний вьтолнен в виде волноводных концентраторов энергии акустической волны приемного и излучающего пьезопреобразователей, при этом волноБодный концентратор излучающего пьезопреобразователя выполнен двухканальным, один канал ко

венного контакта с исследуемым материалом, второй - оканчивается волновым отражателем, а пьезопреобразова- тели расположены вне зоны нагрева.

Изобретение относится к устройствам для определения физико-меха- .нических харагктеристик поверхностей материалов. Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение температурного диапазона исследований за счет использования волноводных концентраторов 9, 13 приемного и излучающего преобразователей 16, 17. Волноводный концентратор 9 энергии акустической волны излучающего пьезопреобразователя 16 выполнен двухканальным, один канал непосредственно контактирует с образцом 8 исследуемого материала, другой заканчивается волновым отражателем 12 энергии акустической волны, а пьезопреобразователи 16, 17 расположены вне зоны нагрева. При этом исключается паразитное время прохождения объемных акустических волн, т.е. повьшается точность измерений, а расположение пьезопреобразо- вателей 16, 17 вне зоны нагрева исключает погрешность, вызванную изменением их пьезоэффекта. 1 ил. с S5 (Л