Устройство для измерения скорости ультразвука в твердых телах Советский патент 1988 года по МПК G01H5/00 

4

ГчЭ

00

00 00

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может бы использовано для измерения скорости ультразвука в средах с различным, в том числе большим, звукопоглощением с высокой точностью,

Цель изобретения - повышение точности измерений,

На фиг.1 npeACTaBJjena блок-схема устройства для измерения скорости ультразвука в твердых телах; на фиг.2 - импульсы, наблюдаемые на его регистраторе о

Устройство для измерения скорости ультразвука в твердых телах содержи синхронизатор 1 генератор 2 импульсов высокой частоты, параллельно соединенные эталонную линию 3 и измерительную линию 4 и последовательно соединенные ус.ш1нтель З, подклю- ченньш к выходсЦ эталонной 3 и измерительной 4 линий, и регистратор 6, второй вход которого связан с выходом синхронизатора 1. Генератор 2 импульсов высокой частоты выполнен в виде генератора 7 непрерывных гармонических колебаний с регулируемой частотой, частотомера 8, резонансного усилителя 9 и модулятора 10, Вход модулятора 10 предназначен для под- клюЧения к синхронизатору 1, а выход подключен к первому входу резонансного усилителя 9, второй вход которого соединен с первым вькодом генератора 7 непрерывных гармонических колебаний. Частотомер 8 подключен к второму выходу генератора 7 непрерывных гармонических колебание:, а выход резонансного усилителя 9 предназначен дпя подключения к входам эталонной 3 и измерительной 4 .

Эталонная линия 3 выполнена в виде двух сросных металлических стержней с регулируемьм расстоянием между их торцами. Измерительная линия 4 вьшолнена в виде двух звукопроводящи стержней 11 и 12 с плоскопараллельными торцами и соединенных: с ними излучающей 13 и приемной 14 пьезо- пластин, к которым подключены соответственно входной 15 и выходной 16 высокочастотные кабели и первьш и второй блоки компенсации, каждый из которых выполнен в виде параллельно соединенных индуктивности 17 (18) и резистора 19 (20),

Величины индуктивностей 17 и 18 определяются по формуле

0

5

L c,

где fp - рабочая частота;

c - емкость пьезопластины 13 (14) на рабочей частоте.

Величины резисторов 19 и 20 определяются из условия равенства их волновым сопротивлениям соответственно кабелей 15 и 16.

Устройство для измерения скорости ультразвука в твердых телах работает следующим образом.

Генератор 7 непрерывных гармонических колебаний с регулируемой час- 5 тотой вырабатьгоает колебания, частота которых измеряется частотомером 8. Из этих колебаний при помощи резонансного усилителя 9 и модулятора 10 вырезаются два одинаковых по амплитуде и длительности прямоугольных сдвинутых друг относительно друга квазигармонических импульса. Длительность, амплитуда и время задержки импульсов задаются модулятором 10, Первьй и второй высокочастотные импульсы (фиг.2а), сдвинутые друг относительно друга на время , примерно равное времени распространения ультразвука по акустическому тракту измерительного устройства (с образцом или без образца), подаются на входы эталонной 3 и измерительной 4 линий. Акустический сигнал после прохождения через акустический тракт 11-12 преобразуется пьезопластиной 14 в электрический (фиг.26) и поступает по кабелю 16 на взсод усилителя 5. Сюда же поступает наведенный через зазор между первым и вторым стержнями эталонной линии 3 элект0

5

0

5

рический сигнал,, вызванный вторым высокочастотным импульсом. Результат сложения совпадающих по времени сигналов эталонной 3 и измерительной 4 линий (фиг.2в) наблюдается на экране регистратора 6. Последний с учетом квазигармонического характера сигналов можно представить в виде:

«Р

Asin (GJt-w t -q -Cfnp)4-A sin (at + ).2Acos ( sin(cot ЭП

x+tfK+%p-tf n

-),

где A - амплитуды поступающих сигналов

C0 2 n f - циклическая частота генератора 7j

t - текущее значение времени; &, - время задержки в акустическом тракте; tpK

СЭ4 - фазовьй сдвиг, создаваемый кабелями 15 и 16; временная задержка в кабелях 15 и 16i

суммарный фазовый сдвиг в пьезопластинах 13 и 14, срэп фазовый в эталонной

линии 3.

Амплитуды сигналов вьфавниваются регулировкой зазора между торцами стержней эталонной линии 3.

Результат сложения сигналов эталонной 3 и измерительной А линий равен нулю, если

fn-fp fo

где fg - частота нулевого фазового сдвига на пьезопластинах 13 и 14;

соответственно удельные акустические сопротивления материалов пьезопластин 13 н 14 и стержней 11 и 12 измерительной линии. Произведя две серии измерений (с образцом и без образца), находят время задержки ультразвука в образце

(С

)+2

,5.

2пЛ

1442838

Ф о

рмула изобретения

Устройство для измерения скорости ультразвука в твердых телах, содержащее синхронизатор, генератор импульсов высокой частоты, вход которого связан с выходом синхронизатора, параллельно соединенные эталонную

0 линмо и измерительную линию, включающую два звукопроводящих стержня с плоскопараллельными торцш и и соединенные с ними полуволновые излучающую и приемную пьезопластины, к кото5 рьы подк:ючены соответственно входной и выходной высокочастотные кабели, и последовательно соединенные усилитель, связанньй с выходами эталонной и измерительной линий, входы которых

0 связаны с выходом генератора импульсов высокой частоты, и регистратор, второй вход которого подключен к синхронизатору, отличающе.еся тем, что, с целью повышения точности

5 измерений, оно снабжено подключенными соответственно между контактнь1ми выводами излучающей и приемной пьезопластин и общей точкой первым и вторым блоками компенсации, каждьм из

0 которых выполнен в виде параллельно соединенных индуктивности и резисто- ра, эталонная линия выполнена в виде двух соосных металлических стержней с регулируемым расстоянием между к

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости ультразвука в твердыхтелах с различным, в том числе большим, звукопоглощением. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство включает синхронизатор 1, генератор 2 импульсов высокой частоты, эталонную 3 и измерительную 4 линии, усилитель 5 и регистратор 6. Генератор 2 импульсов содержит генератор 7 непрерывных гармонических колебаний с регулируемой частотой, частотомер 8, резонансньш усилитель 9 и импульсный модулятор 10. Эталонная линия 3 выполнена в виде двух соосных металлических стержней с регулируемым расстоянием между их торцами. Измерительная линия 4 содержит два звукопроводящих стержня 11 и 12, излучающую и приемную пьезопластины 13 и 14, входной и выходной высокочастотные кабели 15 и 16 и два блока компенсации, включающих индуктивности 17 и 18 и резисторы 19 и 20. 2 ил. Q

0

2п-1,5 .2п-1,5 .(

f;

:V)

где одним штрихом отмечены параметры, измеренные с образцом, а двумя штрихами - без образца.

Скорость распространения ультразвука в материале образца определяется по формуле

v где LQ - длина образца.

,

35

торцами, а генератор импульсов высокой частоты выполнен в виде последовательно соединенных импульсного модулятора, вход которого является входом генератора импульсов высокой .Q частоты, и резонансного усилителя, генератора непрерывных гармонических колебаний с регулируемой частотой и частотомера, первьй и второй выходы генератора непрерывных гармонических колебаний соединены соответственно с входом частотомера и вторым входом резонансного усилителя, выход которого является выходом генератора импульсов высокой частоты.

45