Устройство для определения температурной зависимости модуля упругости материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N29/00 

1343341

равна частоте собсгненных колебаний ля yiipyrfici ;; 2, г;дс р;и ч читынлется образца 4. Значение измеренной часто- значение модуля упругости млтериалл .ты подается на блок вычисления моду- образца. 2 lui.

1

Изобретение относится к исследованиям физических свойств материалов с помощью звуковых и ультразвуковых колебаний и может быть использовано для определения температурных зависимостей модулей упругости твердых тел.

Целью изобретения является повышение точности и производительности контроля за счет измерения частоты собственных колебаний образца путем последовательного приближения частоты сигнала возбуждающего генератора к частоте свободных затухающих колебаний образца.

На фиг. представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для определения температурной зависимости модуля упругост материалов содержит последовательно соединенные генератор 1, модулятор 2, магнитострикционный преобразователь 3, предназначенньй для взаимодействия с образцом 4 материала, усилитель-ограничитель 5 и генератор 6 строб-импульса. Генератор 1 имеет два выхода - для синусоидального сигнала и прямоугольных импульсов той же частоты. Модулятор 2 соединен с выходом синусоидального сигнала генератора 1 .

Устройство содержит последовательно соединенные первые формирователь импульсов, инвертор 8 и схему И 9, вторые формирователь 10 импульсов, инвертор II и схему И 12. Первые входы формирователей 7 и 10 импульсов соединены с выходом генераторов строб-импульса, второй вход первого формирователя 7 импульсов соединен с выходом усилителя-ограничителя 5, второй вход второго формирователя 10 импульсов соединен с выходом генератра 1 HeiipephiBifbix прямоугольных импульсов. BTopf ie иходы схем 9 и 12 И

соединены с выходами формирователей 10 и 7 соответственно.

Устройство содержит подключенный к выходам второй схемы И 12 третий инвертор 13, последовательно соединенные сумматор 14, входами подключенный к выходам первой схемы И 9 и третьего инвертора 13, и интегратор 15,

подключенный к входу генератора 1 непрерывных сигналов, последовательно соединенш:.1е нуль-орган 16, подключенный к выходу сумматора 14, и частотомер 17, вторым входом соединенный

с выходом генератора 1 непрерывных сигналов, последовательно соединенные датчик 18 температуры, блок 19 измерения температуры и регистратор 20, выполненный в виде цифропечатающего

блока, блок 21 вычисления модуля упругости, соединенный с выходом частотомера 17 и входом регистратора 20. Позицией 22 обозначен нагреватель, в котором размещены образец 4 и датчик

18 температуры.

Устройство работает следующим образом.

Образец 4 исследуемого материала

совместно с датчиком 18 температуры помещают в нагреватель 22 и подвергают нагреву. Сигнал синусоидальной формы (фиг.2а) с выхода генератора 1 непрерывных колебаний поступает на

модулятор 2, в котором формируется радиоимпульс длительностью Т (фиг.26),. содержащий 10-40 колебаний сигнала заполнения (на фиг.26 показано 4 колебания) .Этот радиоимпульс преобразуется в магнитострикционном преобразователе 3 в акустический сигнал, который по линии связи поступает на образец, возбуждает в нем колебания. За время Т действия радиоимпульса

образец 4 раскачивается, а после окончания радиоимпульса осуществляет Свободные затухающие колебания собственной частоты (фиг.2в).

3

Отраженный сигнал (фиг.2в), т.е. сигнал свободных затухающих колебани образца, с нринимающс катушки магни тострикционного преобразователя 3 поступает на вход усилителя-ограничителя 5, формирующего из него нрямо- угольные импульсы (фиг.2г).

Первый из этих импульсов запускя генератор 6 строб-импульса, который своим сигналом (фиг.2д) устанавливае начало работы формирователей 7 и 10 импульсов. Г енератор 6 строб-импульс построен с использованием счетчиков импульсов, устанавливающих интервал от начала поступления сигнала до фронта строб-импульса. Строб-импульс поступает на входы запуска формирователей 7 и 10 и яIyльcoв, которые формируют соответственно из сигнала с выхода усилителя-ограничителя 5 (фиг.2г) и сигнала генератора 1 (фиг.2е) прямоугольные импульсы, равные по длительности заданному числу п периодов входных сигналов. С выхода формирователя 7 импульсов получают импульс длительностью пЛ (фиг.2ж), а с выхода формирователя 10 - импульс длительностью пВ (фиг.2з) (здесь п - число импульсов сигналов, А - период сигнала затухающих колебаний образца 4, В - период сигнала генератора 1).

Указанные прямоугольные импульсы подаются на входы инверторов 8, 11, причем сигнал с выхода формирователя 7 импульсов (фиг.2ж) подается на вход схемы И 12 совместно с инвертированным посредством инвертора 11 синалом формирователя 10 импульсов (фиг.2к), а сигнал с выхода формирователя 10 импульсов поступает на вход схемы И 9 совместно с инвертированным посредством инвертора 8 сигналом формирователя 7 импульсов (фиг.2и). В результате этого на выходах схем 9 и 12 образуются короткие импульсы (фиг.2л, м), длительность которых одинакова только в том случае, когда длительности прямоугольных импульсов пА и пВ равны между собой.

Импульс с выхода схемы И 12 через инвертор 13 (фиг.2м) поступает на один вход сумматора 14, на другой вход которого поступает неинвертированный импульс с выхода схемы И 9. Выходной сигнал сумматора 14 свиде41л

тельствует о 1аличии либо отсутствии разности в вольтсекундных площадях входных импульсов. Если разность не равна нулю, то интегратор 15 пере- страивает частоту генератора 1 до тех пор, пока сигнал на выходе сумматора 14 не станет равным нулю. Тогда срабатывает нуль-орган 16, включаю- щий на короткое время частотомер 17 и блок 19 измерения температуры.

Частотомер 17 измеряет частоту сигнала генератора I, которая равна частоте собственных колебаний ,образ- ца 4. Значение измеренной частоты подается на блок 21 вычисления модуля упругости, где рассчитывается значение модуля упругости материала образца согласно формуле Е 41 р- f4

где 1 - длина образца;

р - плотность материала образца; f - частота собственных колебаний образца.

Блок 19 измерения температуры по- средством датчика 18 температуры, находящегося в непосредственной близости с исследуемым образцом 4, измеряет температуру образца. Значение модуля упругости материала образца и соответствующее ему значение температуры подают на цифропечатающий блок 20. Устройство обеспечивает высокую точность определения температурной зависимости модуля упругости материала, поскольку измерение частоты собственных колебаний и температуры образца осуществляется одновременно, т.е. значение модуля упругости мате- риала точно будет соответствовать значению температуры.

Устройство значительно повьшает производительность труда при проведении исследований температурной зави- симости и модуля упругости материалов, так как отпадает необходимость предварительного расчета резонансной частоты ручной перестройки частоты генератора непрерывных колебаний, расчета модуля упругости.

Все измерения и вычисления осуществляются автоматически.

Формула изобретения

Устройство для определения температурной зависимости модуля упругости материалов, содержащее последовательно соединенные генератор и магнитострики;ионный преобразователь, подключенный к последнему усилитель, соединенный с генератором частотомер, нагреватель, блок измерения температуры и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повьппе- ния точности и производительности, оно снабжено последовательно ссединенныни генератором строба, первыми формирователем импульсов, инвертором и схемой И, второй вход первого формирователя импульсов и вход генератора строба соединены с выходом усилителя последовательно соединенными вторыми формирователем импульсов, инвертором и схемой И и третьим инвертором, вторые входы схем И соединены соотРедактор А.Шандор

Составитель И.Ардашева

Техред М.Дидык Корректор Л.Патай

Заказ 4818/46 Тираж 776Подписное

ВЙШ11Ш Государственного комитета СССР

по дела(1 изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.- - - - -- -- - -. - - . - .-. - . ..

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

ветственно с выходами первог о и второго формирователей импульсов, входы последнего соединены с выходами генератора строба и генератора, последовательно соединенными сумматором, входами подключенным к выходам первой схемы И и третьего инвертора, и интегратором, подключенным к входу генератора, нуль-органом, включенным между выходом сумматора и входами частотомера и блока измерения температуры,блоком вычисления модуля упру- гости,подключенный квыходу частотоме - ра,а в качестве регистратора использован цифпопечатающийблок,подключенный квьсходам блоков измерения температуры и вычисления модуля упругости.

Изобретение относится к области исследований физических свойств материала с помощью звуковых и ультразвуковых колебаний и может быть использовано для определения температурных зависимостей модулей упругости твердых тел. Целью изобретения является повьпиение точности и производительности контроля за счет измерения часто1Ъ1 собственных колебаний образца путем последовательного приближения частоты сигнала возбуждающего генератора к частоте свободных затухающих колебаний образца. В процессе контроля образец 4 нагревают и регистрируют сигнал магнитострикцион- ного преобразователя 3 двумя преобразующими цепями из формирователей 7, 10 импульсов, инверторов 8, II f схем 9, 12. Выходной сигнал сумма- гора 14 свидетельствует о наличии пибо отсутствии разности в вольтсе- кундных площадях входных импульсов. Если разность не равна нулю, то интегратор 15 перестраивает частоту генератора 1 до тех пор, пока сигнал на выходе сумматора 14 не станет рав- ньЕМ нулю. Тогда срабатывает нуль-орган 16, включающий на короткое время частотомер 17 и блок измерения температуры. Частотамер 17 измеряет частоту сигнала генератора 1, которая с б сл оо оо со 4 9мЛ