Способ определения физико-механических параметров в плоско-параллельных объектах Советский патент 1992 года по МПК G01N29/00 

I

СО

со

со

Изобретение касается акустических методов исследования физико-механических параметров объектов. Целью изобретения является повышение информативности путем определения скорости, поперечных колебаний за счет фиксирования эффектов монохроматора и резонансного поглощения. В заполненной . жидкостью емкости 7 между преобразователями 1 и 2 располагают плоско-параллельный объект 6. Преобразователем

1 излучают импульсно-гармонические акустические сигналы, отношение длительности средней части с постоянной амплитудой которых к длительности все-, го сигнала не менее 1/3,4 Преобразователем 1 принимают отраженные сигналы, а преобразователем 2 прошедшие через объект 6. Изменяют частоту заполнения излучаемых сигналов и фиксируют jg минимальные значения частот, при коИзобретение относится к акустическим методам исследования физико-механических параметров объектов и может быть использовано при определении фи- зико-механических свойств материалов, у которых скорость распространения фронта упругих колебаний снижена вблизи свободной поверхности, т.е. акустически активных материалов.

Известен способ определения физико-механических параметров объектов, включающий установку на объекте электромагнитно-акустического преобразователя, возбуждение в объекте и при- ем продольных и поперечных колебаний с помощью данного преобразователя, измерение скорости продольных и поперечных колебаний и определение по ним физико-механических параметров объекта, в частности параметров упругой анизотропии.

Однако известный способ имеет недостаточно широкую область применения, поскольку использование элект- ромагнитно-акустического преобразователя возможнотолько на электропроводных материалах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является спо- соб определения физико-механических параметров объектов, заключающийся в том, что излучают с одной стороны объекта перпендикулярно его поверхности импульсно-гармонические сигналы, принимают отраженные объектом сигналы, .изменяют частоту заполнения импуль сно-гармонического сиг нала, фиксируют значение частоты f4, при котором исчезает средняя часть отраженного сигнала, вычисляют с помощью значения f/| скорость продольных колебаний и по ней определяют физико-механические параметры объекта.

торых исчезает средняя часть принятых сигналов. По такой зафиксированной частоте, соответствующей режиму стоячих волн, определяют скорость продольных .колебаний, а по частоте, соответствующей резонансному поглощению, - скорость поперечных колебаний. По полученным скоростям определяют физико-механические параметры объекта. 2 ил.

0 «

о

0

5

Недостатком данного способа является недостаточно высокая информативность, обусловленная тем, что физико- механические параметры объекта определяются только с помощью скорости продольных колебаний.

Цель изобретения - повышение информативности путем определения скорости поперечных колебаний за счет фиксирования эффектов монохроматора и резонансного поглощения.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, с помощью которого реализуется предлагаемый способJ на фиг. 2- излучаемый (а) и принятый (б) сигналы при фиксировании исчезновения средней части последнего.

Устройство содержит два пьезоэлектрических преобразователя 1 и 2, соединенные с преобразователем 1 генератор 3 импульсно-гармонических сигналов и частотомер 4 и двухканальный осциллограф 5, первый вход которого соединен с преобразователем 1, а второй - с преобразователем 2. Объект 6 исследований и преобразователи 1 и 2 располагают, например, в заполненной звукопроводящей жидкостью емкости 7.

Способ определения физико-механических параметров в плоскопараллельных объектах заключается в следующем.

Излучают с одной стороны объекта перпендикулярно его поверхности акустические сигналы и принимают отраженный объектом и прошедший через объект сигналы. В качестве излучаемых сигналов используют импульсно-гармонические сигналы, отношение длительности средней части с постоянной амплитудой которых к длительности всего сигнала не менее 1/3, и изменяют частоту их заполнения. В ходе изменения частоты фиксируют ее минимальные значения Ј

и f, при которых исчезает средняя

часть отраженного и прошедшего сигналов соответственно. Измеряют зафиксированные значения f.t и fj и с их помощью вычисляют скорости v„р и vcfte продольных и сдвиговых колебаний.

сдь

определяют из выражения h-f.

tftb 2 где h - толщина объекта.

Затем определяют искомые физико- механические параметры объекта по полученным величинам v п- и v

CABI

2

Способ определения физико-механи- ческих параметров в плоскопараллельных объектах реализуют следующим образом.

В емкости 7, заполненной звукопроводящей жидкостью, располагают плоскопараллельный объект 6 исследований /между преобразователями 1 и 2. Гене- ратор 3 возбуждает преобразователь 1 импульсно-гармоническим сигналом, ,форма которого представлена на фиг.2а. Трансформированный преобразователем 1 в акустический этот сигнал отражается и проходит через объект 6. Отраженный сигнал поступает опять на преобразователь 1 и фиксируется осциллографом 5, а прошедший сигнал поступает на преобразователь 2 и также фиксируется осциллографом 5. Частоту заполнения вырабатываемого генератором 3 сигнала изменяют. Когда частота достигает зна3

чения, при котором по толщине образца 35 мают отраженные объектом сигналы, из- укладывается целое число полуволн продольных колебаний, наблюдается режим стоячих волн и исчезает средняя часть отраженного сигнала (фиг. 2,6). Значение этой частоты f фиксируют с 0 помощью частотомера 4. На другой частоте f g отсутствует прохождение и сигнал на выходе преобразователя 2 имеет тот же вид (фиг.2,б). Это тоже ре- 45

меняют частоту заполнения импульсно- гармонического сигнала, фиксируют значение частоты f , при котором исчезает средняя часть отраженного сигнала, вычисляют с помощью значения f скорость продольных колебаний и по ней определяют физико-механические параметры объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности путем определения скорости поперечных колебаний, выбирают отношение длительности средней части излучаемого импульсно-гармонического сигнала, в пределах которой

жим стоячих волн, но в отличие от ре жима монохроматора собственное поле внутри объекта 6 находится с внешним полем в противофазе. Противофазность собственного поля возбуждающему

-

объясняется дифференцирующим действи-50 амплитуда постоянна, к длительности

ем приповерхностных низкоскоростных зон слоя-резонатора. Зная толщину объекта 6, определяют скорости распространения продольных и поперечных колебаний в материале образца 6. Так,55 на образцах из дюралюминия толщиной 2,8 мм были получены значения частот f a. 1,09 МГц и fe 1,12 МГц, из ко17199796

торых были определены значения скорос0

S

0

0

тей vnp 6100 м/с и vcAft 3140 м/с. С помощью значений vnp и vf.,e вычисляют требуемые физико-механические параметры, в частности коэффициент Пуассона.,

Выбор отношения длительности Т средней части импульсно-гармоническо го сигнала с постоянной амплитудой к длительности Т всего сигнала не менее 1/3 осуществлен эмпирически. Чем длиннее импульс Т, тем большими должны быть размеры измерительной установки, чтобы иметь возможность разделить зондирующий и отраженный импульсы. Гармонический незатухающий процесс (Т) должен быть достаточно длительным, чтобы можно быть наблюдать как явление монохроматора (f), так и явление акустического резонансного поглощения (f2), поскольку часть этого процесса выпадает из наблюдения вследствие переходных процессов и остается длительностью Тг. Практически выбирают Т такой, чтобы Т2 была больше нуля.

Формула изобретения Способ определения физико-механических параметров в плоскопараллельных объектах, заключающийся в том, что излучают с одной стороны объекта перпендикулярно его поверхности им- пульсно-гармонические сигналы, прини5 мают отраженные объектом сигналы, из- 0 5

меняют частоту заполнения импульсно- гармонического сигнала, фиксируют значение частоты f , при котором исчезает средняя часть отраженного сигнала, вычисляют с помощью значения f скорость продольных колебаний и по ней определяют физико-механические параметры объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности путем определения скорости поперечных колебаний, выбирают отношение длительности средней части излучаемого импульсно-гармонического сигнала, в пределах которой

всего сигнала не менее 1/3, дополнительно принимают прошедшие через объект сигналы, фиксируют минимальное значение частоты f2, при которой исчезает средняя часть сигнала, прошедшего через объект, измеряют зафиксированное значение частоты f2, вычисляют скорость vc,& поперечных колеба717199798

ний из выражения v0«e h-f, где h - кие параметры объекта определяют с толщина объекта, а физико-механичес- учетом скорости поперечных колебаний.

фиг.2