Устройство для определения температурной зависимости модуля упругости материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N29/00 

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

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения ошибок. связанных с погрешностями определения температуры образцов материалов.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения температурной зависимости модуля упругости материалов; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для определения температурной зависимости модуля упругости мате

риалов содержит последовательно соединенные магнитострикционный преобразователь 1. усилитель-ограничитель 2. формирователь 3 импульсов, инвертор 4 и элемент И 5. последовательно соединенные генератор 6, второй формирователь 7 импульсов, второй инвертор 8 и второй элемент 9 И, подключенный к второму выходу генератора 6 частотомер 10, нагреватель 11, акустическую линию 12 связи с отражателем 13, подключенные к выходу усилителя-ограничителя 2 последовательно соединенные счетчик 14, постоянное запоминающее устройство 15, интегратор 16, схему 17 управления и цифроаналоговый преобразователь 18, выход которого подключен к входу генератора 6, последовательно соединенные

О

сл кэ

00 Ч)

о

формирователь 19 импульсов запуска, второй генератор 20 и второй мэгнитострикци- онный преобразователь 21, подключенные к выходу последнего последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель 22, триггер 23 и регистр 24 памяти, под лгаченные к второму выходу триггера 23 после- довательно соединенные схему 25 совпадения и второй счетчик 26, выход которого подключен к второму входу регистра 24 памяти, последовательно соединенные третий генератор 27, первый и второй про граммируемые счетчики 28, 29 и модулятор 30, выход которого подключен к входу первого магнитострикционного проооразопа-

Т01Я 1 ОД1 ПМ1 |ПТ) J)1 Г I Mr I M1 32

выход которого оЬьединен с вы /ода in час- го г омера 10 и peiистрз 24 л и , г.д1 мю чен к входам первого и шорого программируемых счетчиков 28 и 24, tnupon выход постоянного запоминающею устрой ства 15 подключен к второму вход/ схемы 17 управления, третий и четверг i in t i, i no стояиного запоминающе о ycipcucrpa 15 подключены соответственно к второму г ду трип ера 23 и к вторым входам in pi ui о и второго формирователей 3 и 7 UMI /ли ,, первый и второй выходы первою .ч, ц, ра б подключены к вторым п/одлм i, я

С ВеННО UTOPOIO npOlpaMMUpv fn,i;

счетчика 29 и модуля юра 30, вход пднопиЬ ратора 31 подключен к выходу вторгiо юч2 ратора 20, а выход к второму входу второю усилителя-ограничителя 22, выход третьего генератора 27 подключен к второму еюд- схемы 25 совпадении, а сыход что рею пгм граммируемою счетчика 29 соединен г уц равляющимп входами второю i uu ч . г формирователя 19 имгг/тьгип i , ч ходы первого и вюрого фирмир ь )- . , и

3 ИМПуЛЬСОО ПОДНЛЮЧенЫ COOiBc V I .1,1 , ВТОРЫМ ВХОДаМ ВТОРОЮ И liepBOn., e- .JH

тов И 5, 9, а первый и второй MSI ни пс i -л ционные преобразователи 1 и 21 установлены соосно на одном из /онцов акустической линии 12 связи, второй конец которой размещен в нагревателе 11 и npt д назначен для акустической связи с исследу емым образцом 33 Позицией 34 обозначена системная шина для ч.чи Опо ков устройства с регистратором , voio- рый, в частности, может быть пидклю рм к внешнему устройству обработки данны Схема 17 управления может бы и, вы полнена в виде реверсного счетчи м

Устройство работает следующим л,бра зом.

Образец 33 исследуемого май pn,in(, длиной И соединяют линией VI гья HI на которой на расстоянии I; от обр.иц jc

тановлен отражатель 13. В образец 33 помещают нагреватель 11 и подвергают нагреву Сигнал синусоидальной формы с выхода генератора 6 непрерывных колебаний поступает на модулятор 30, в котором формируется радиоимпульс, длительность которого задается программируемым счетчиком 29 Этот радиоимпульс преобразуется в первом магнитострикционном преобразователе 1 в акустический сигнал который по линии 12 связи поступает на образец 33 и возбуждает в нем продольные колебания. Синхронно с началом радиоим пульса, определяемым фронтом сигнала на входе модулятора 30 срабатывает форми- potvie u 1 fi импульсов Згэпчткз переводя щии lenepaiop 20 в режим генерации ими, HI.) возбуждения поступающею на вход Б )ргго магнитостртционного преоб разопатеп ,; i ьсп /ждающего колебания Kf лит,нон фопмь Таким образом по линии 12 одновременно начинают рас- пр с11 аиятьсч продольные колебания в форг , ндиоиг-дпул ст и крутильные колебя ния в г орме одиночного импульса

ратличие в скорости распространения 1М ДМ | HI i и крутильны ктлеС тний в исс д, ( otipaii,, ibe. те возмсж чигт. p, iTHfrrn , иремени обрабогьу

1i г-н i 1)пнчто1о тсяженчого игнала фиг р О

Г i .п 4 продольны- колебании от тра -к ш-пя 13 незначительно и не влияет на резонансную картин/ j-о сигнала а рас- 111 т г р пение (-рутльных колебаний при и ыи ц и ражагеля 14 обладающего бопь- (ИИг-1 .ччпом инерции по исследуемом/ ofратц че происходит

Пijнаемный сигнал продольны коле- Гмппн фи 2 nj т с „иг нал свободныл зату- чг), щ.1- i. еЬг Нии образца 33 с выхода f i н ни ioci pin цпонниго преобразователя 1 по(..1/пчет Hd Г лод усилителя ограничителя

2фор-ч1)н)и1,его из него прямоугольные импульсы (фиг 2д; Эти импульсы поступают на ць и счетчика 14 вьиод которого соединен с соответствующими адресными. постоянного запоминающего уст- poncir.H 15(ri3V) Каждому импульсу в отраженном сигнале соответствует записанная заранее к )довая комбинация на выходах 1Г, Сит нал с четвертого выхода ПЗУ 15 (фиг 2/м поступает на входы запуска формирователей 7 и 3 импульсов которые формируют си(л в-л сгвенно из сигнала с выхода /сил тем я о г оа ним и геля 2 и сигнала генератора 6 прямоугольные импульсы, равные по дмито/ ьнмс i и заданному числу п периодов вход: s . сиг налов На вы чоде формирователя 7 пмчуль ов формируется импульс длительностью пА, а на выходе формирователя 3 - импульс длительностью пВ (здесь п - число импульсных сигналов, А - период сигнала генератора 6, В - период сигнала затухающих колебаний образца 32),Указанные прямоугольные импульсы подаются на входы инверторов 8 и 4, причем сигнал с выхода формирователя 7 импульсов подается на вход схемы И 5 совместно с инвертированным посредством инвертора 4 сигналом формирователя 3 импульсов, а сигнал с выхода формирователя 3 импульсов поступает на вход схемы И 9 совместно с инвертированным посредством инвертора 8 сигналом формирователя 7 импульсов В результате этого на выходах схем И 9, 5 образуются короткие импульсы, длительность которых одинакова только в том случае, когда длительность прямоугольных импульсов пА и пВ равны между собой Импульсы с выхода схемы И 9 поступают на неинвертирующий а схемы И 5 - на инвертирующий входы интегратора 16 Сигнал с выхода интегратора 16 поступает на информационный вход схемы 17 управления цифроаналогового преобразователя 18 реагирующей на поло жительное или отрицательное значение ве личины выходного сигнала интеграторы 1Г. В зависимости от этого с«ом 17 уппаг ю ния ЦАП в момент появления имгк яьт на втором выходе ПЗУ 15 (фиг 2з)увеличиртег или уменьшает свой выходной код nor :уп; ющии на вход ЦАП 18 Таким образом п,- тем изменения напряжения t л управляющем входе генератора г .гди ненного с выходом ЦАП 18, ос /щегм тяетгя непрерывная автоподгтроика чаг отн ге нератора 6 синхронно с частотой / бсгвен- ных затухающих колебании образца 32 Частота посылки зондирующие ми-путчов крутильных и продольных колебании oip ничейная временем прохождения импуль сов по линии 12 связи, задается nepi ым программируемым счетчиком 28 Его вход соединен с выходом генератора 27 колебаний эталонной частоты На выходе программируемого счетчика 28, соединенным г счетным входом программируемого счетчи ка 29, частота колебаний равна частоте посылки зондирующих импульсов

Преобразование кр/тильныхколебаний осуществляется в магнитострикционном преобразователе 21. Его выход через усилитель-ограничитель 22 соединен с тактовым входом триггера 23 Вход сброса триггера 23 подключен к третьему выходу ПЗУ 15 Такая схема включения триггера позволяет получить на его прямом выходе сигнал, дли тельность которого равна времени Тз между первым и вторым отраженными сигняпямм

крутильных колебаний (фиг. 2и). Одновибра- тор 31, включенный между синхронизирующим выходом генератора 20 и блокирующим входом усилителя-ограничителя 22, служит для блокировки последнего в момент возбуждения генератора 20 короткого импульса. На схему 25 совпадения поступает сигнал с выхода триггера 23 и сигнал с выхода генератора 27 непрерывных колебаний эталонной частоты. На выходе схемы 25 совпадения, соединенной со счетным входом счетчика 26, получают последовательность импульсов (фиг 2к). Кодовые выходы счетчика 26 соединены с входом

регистра 24 памяти Сброс счетчика 26 осуществляется сигналом с выхода программируемого счетчика 29 Запись входной информации в регистр 24 осуществляется сигналом с инвертирующего выхода триггера 23 задержка распространения сигнала на котором достаточна для срабатывания схемы 25 сравнения и счетчика 26 Общее управление устройством осуществляется через системную магистраль 34 путем записи управляющих слоев в регистры программируемых счетчиков 28 и 29 Значения модуля упругости вычисляют по формуле

t 4 Г /)Г , где I длина образца

р плотность материала образца,

f частота собственных колебаний об рачца (частота генератора 6)

Температура определяется по продпа рительно найденной градуироаочнои к пи

чпи температура интервал Ефемечи Зна tenne-интервала времени считывается с регистра 24 памяти Значения модуля упругости и соответствующей ему гемпературы выводятся по системной шине 34 на регистратор32

Изобретение позволяет повыгить точность измерений за счет лучшего теплообмена между образцом 33 и датчиком температуры которым служит участок линии 12 связи, непосредственно примыкающий к исследуемому образцу

Формула изобретения Устройство для определения температурной зависимости модуля упругости материалов, содержащее последовательно соединенные первый магнитострикцион- ный преобразователь, первый усилитель-ограничитель, первый формирователь

импульсов, первый инвертор и первый элемент И, последовательно соединенные первый генератор, второй формирователь импульсов, второй инвертор и второй элемент И, подключенный к второму выходу

генератора частотомер и нагреватель, выходы первого и второго формирователей импульсов подключены к вторым входам соответственно второго и первого элементов И, отличающееся тем что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения ошибок, связанных с погрешностями измерения температуры образцов материалов, оно снабжено акустической линией связи с отражателем, подключенными к выходу первого усилителя-ограничителя последовательно соединенными первым счетчиком, постоянным запоминающим устройством, первым интегратором, схемой управления и цифроаналоговым преобразо- вателем, выход которого подключен к входу первого генератора, последовательно соединенными формирователем импульсов запуска, вторым генератором и вторым магнитострикционным преобразователем, подключенными к выходу последнего последовательно соединенными вторым усилителем-ограничителем, триггером и регистром памяти, подключенными к второму выходу триггера последовательно сое- диненными схемой совпадения и вторым счетчиком, выход которого подключен к второму входу регистра памяти, последовательно соединенными третьим генератором, первым и вторым программи- руемыми счетчиками и модулятором, выход

которого подключен к входу первого магни- тострикционного преобразователя, одно- вибратором и регистратором выход которого объединен с выходами частотомера и регистра памяти и подключен к входам первого и второго программируемых счетчиков, второй выход постоянного запоминающего устройства подключен к второму входу схемы управления, третий и четвертый выходы постоянного запоминающего устройства подключены соответственно к второму входу триггера и к вторым входам первого и второго формирователей импульсов, первый и второй выходы первого генератора подключены к вторым входам соответственно второго программируемого счетчика и модулятора, вход одновибратора подключен к выходу второго генератора, а выход - к второму входу второго усилителя- ограничителя пыход третьего генератора подключен к второму входу схемы совпадений, а выход второго программируемого счетчика соединен с управляющими входами второго счетчика и формирователя импульсов запуска а первый и второй ма нитосгрикционные преобразователи установлены соосно на одном из концов аку- стИческой линии свячи. второй конег которой размещен в нагревателе и предназначен для акустической связи с исследуе мым образцом

Изобретение относится к исследованиям физических свойств материала с помощью ультразвуковых колебании и может быть использовано для определения температурных зависимостей модулей упругости твердых тел. Целью изобретения является- повышение томности измерений за счет уменьшения ошибок, связанных с погрешностями определения температуры образцов материалов Устройство содержит два магнитострикционных преобразователя и акустическую линию связи, с помощью которых в образце возбуждают продольные акустические колебания Чзсюга последних с помощью с/ емы авгоподстроики устанапли- ваек.я рапной часто re собственных колеба ний исследуемого образца и служи информативным параметром для определения модуля упругости образцов материалов Одновременно возбуждают п линии г вязи крутильные колебания и измеряют време ние интервалы можду напученными эхо-сигналами по которым судят о температуре исследуемого образца 2 ил Ьо :с

6 Ъ

г

4

ппппппппппппппп

лп

шпини

Фиг. 2