Устройство для определения скорости ультразвука в материале Советский патент 1989 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при неразрушающем ультразвуковом контроле конструкционных материалов, подвергающихся циклическим нагрузкам.

Цель изобретения - повышение точности измерений скорости ультразвука в материале при циклическом нагружении.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения скорости ультразвука; на фиг. 2 - амплитудно-временные диаграммы, иллюстри- его работу.

Устройство содержит последователь- :Но coezi,HHeHHbie генератор 1 зондирующих импульсбв, электроакустический преобразователь 2 и усилитель 3, источник 4 временных интервалов, осциллограф 5, компаратор 6, после- дова,тельнр соединенные RS-триггер 7 и интегратор 8, последовательно соединенные фильтр 9 низкой частоты и инвертор 10 и последовательно -соединенные сумматор 11 и блок 12 вычислений и регистрации. Выход усилителя 3 соединен с первым входом осциллографа 5 и с входом компаратора 6, выход источника 4 временных интервалов подключен к второму входу генератора 1 зондирую1цих импульсов, к второму входу осцилло 1

графа 5 и к R-входу RS-триггера 7, S-вход которого подключен к выходу компаратора 6, выход интегратора 8 соединен с входами фильтра 9 низк частоты и сумматора 11, второй вход которого подключен к выходу инвертора 10. На фиг, 1 также показан исследуемый материал 13.

Устройство работает следующим образом.

Опорный сигнал с выхода источника 4 временных интервалов поступает на вход запуска генератора 1 зондирующих импульсов.

Амплитудно-временная диаграмма сигнала изображена на фиг. 2а. Радиоимпульсы с выхода генератора 1 поступают на : лектроакустический преобразователь 2, который преобразует электрические сигналы в ультразвуковые импульсы определенной частоты, излучаемые в исследуемый материал 13. С электроакустического преобразователя 2 импульсы поступают на усилитель 3, с выхода которого сигналы (фиг. 2б) поступают на сигнальный вход осциллографа 5 и на компаратор 6, срабатывающий при прохождении импульса через нулевой потенциал (фиг. 2в). Время t, соответствующее временной задержке между передними фронтами соседних импульсов, является временем прохождения ультразвуковыми импульсами расстояния в две толщинц исследуемого материала. Сигналы с компаратора 6 поступают на S-вход RS- триггера 7, а на R-вход поступают сигналы с линии задержки источника 4 временных интервалов (фиг. 2г, где Ьэ дд - величина задержания импульса относительно опорного). Импульсы, поступающие на R- и В-входы RS-триггера, устанавливают на его прямом выходе потенциал логической единицы на время f (фиг. 2д) .

Величина общего времени прохождения импульса через исследуемый ма- териал 13 равна

t tjAfy +.

Время t дд задается линией задержки источника 4 временных интервалов и является постоянным на протяжении всего времени циклического нагружения. При циклическом нагруже нии материала длительность импульса Т имеет периодическую составляющую

ЧпР (Ку -и ) ( t, , (1)

G 4

определяемую наличием упруго-акустического эффекта и циклическим изменением толщины.

Известно, что изменение времени распространения ультразвука в материале, подвергающемся циклическому нагружению, равно

--УПР - g

где Ку - коэффициент упруго-акустической связи; величина приложенного напряжения;

V - коэффициент Пуассона; Е - модуль Юнга; to - время распространения ультразвука без приложенного напряжения в начальный мо- мент испытаний.

Причем

К Ку 4 |,02)

тогда л Ц К 6 t. (3)

Механическое напряжение, возникающее при усталостных испытаниях в мягком режиме нагружения, определяется следующей зависимостью:

G (wt + f ) ,

(4)

где J о - амплитуда нагружения; о - частота циклического нагружения;35 t - время;

f - фаза.

Общее время распространения ультразвука в материале определяется следующим образом: 40

t t + -t-d t,

(5)

де л t - изменение времени распространения ультразвука в результате необратимых изме- нений в материале, подвергнутом iiarpyTKeinTic.

Подставляя соотношения (3) и (4) в выражение (5), получаем

t to + K 6;cos((Vt +4 )tp +д t (6)

По сравнению с переменной составляющей, возникающей вследствие упруго- акустического эффекта и нэ-за изме- нения длины акустического пути, величина 4 tjy является медленно меняющимся параметром. Отфильтровав компоненту 4 t и постоянную составляющую tj от переменной вели4t

уп

/Г51516794

изменив фазу последней Величина времени Т выбирается

из условия

МАИС.

чины а. )/nf

на /Г , получаем следующее выражение:

К б;со5(ил; + + 4)t,

-K r.cosCwt + f )te

(7)

t

ynf

где л t

МАК.С.

УПр

- максимальное изменени

времени распространения импульса из-за приложе нагрузки.

Суммируя это выражение с общим временем распространения ультразвука, получаем:

Эф

t + ut

taf

(8)

Подставляя в формулу (8) выражения (5) и (7), получаем

t3 t, + к б оС05(ыС + /)t +

+ л tjy - (u;t + V)tj, t

(9)

+at.

в этом случае при испытании на усталость большая часть долговечности материала определяется процессом накопления рассеянных микроповреждений (до образования шейки, макротрещины) , а также сопровождается незначительным изменением толщины материала.

Поэтому скорость ультразвука в материале при его циклическом нагруже- нии

.ь.-

.

wг V, +л у. (10) 30

Импульс длительностью с поступает на преобразователь длительность импульса - нагфяжение, в качестве которого используется интегратор 8. С него сигналы поступают на фильтр низкой частоты к на сумматор 11. Выделенная фильтром низкой частоты переменная составляющая поступает на инвертор 10, с которого импульсы поступают на второй вход сумматора 11. С выхода сумматора 11 импульс, пропорциональный величине времени ф , поступает на Ллок 12 вычислений и регистрации. Величина t времени определяется

te

+ С,

о

бд - длительность импульса

без приложения нагрузки в начале испытания на циклическое нагружение.

МАИС

t

ynf

где л t

МАК.С.

УПр

- максимальное изменение

времени распространения импульса из-за приложения нагрузки.

Величина времени прохождения ультразвукового импульса через исследуемый материал без учета переменной составляющей определяется

15

, fltj,

0

5

0

5

0

5

0

Формула изобретения

Устройство для определения скорости ультразвука в материале, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, электроакустический преобразователь и усилитель, источник временных интервалов и ос- 1а1ллограф, второй выход генератора зондирующих импульсов соединен с входом источника временных инtepвaлoв, первый и второй входы осциллографа подключены, соответственно к выходам усилителя и источника временных интервалов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений при циклическом нагружении исследуемого материала, оно снабжено компаратором, RS-триггером, интегратором, фильтром низкой частоты, сумматором, инвертором и блоком вычислений и регистрации, вход компаратора соединен с выходом усилителя, R-вход RS-триггера подключен к выходу источника временных интервалов, S-вход RS-триггера подключен к выходу компаратора, выход RS-триггера соединен с входом интегратора, выход которого соединен с входами фильтра низкой частоты и сумматора, выход фильтра низкой частоты подключен к входу инвертора, выход которого соединен с вторцм входом сумматора, а выход сумматора подключен к входу блока вычислений и регистрации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при неразрушающем ультразвуковом контроле материалов, подвергающихся циклическому нагружению. Цель изобретения - повышение точности измерений скорости ультразвука в материале при циклическом нагружении. Время распространения ультразвука в материале, подвергающемся циклическому воздействию, складывается из времени T₀ распространения ультразвука в начальный момент без приложенного напряжения, компоненты Δ T_упр времени, возникающей вследствие упругоакустического эффекта и изменения акустической базы, и компоненты ΔТ_N, обусловленной необратимыми изменениями в материале. Устройство позволяет определять скорость ультразвука независимо от быстроменяющейся величины Δ T_упр 2 ил.

Заказ 6374/39

Тираж 511

BHHHroi Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное