Способ определения упругих характеристик твердых тел Советский патент 1992 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к исследованию материалов с помощью ультразвуковых (УЗ) волн и может быть применено для определения упругих характеристик как изотропных, так и кристаллических твердых тел.

Известны акустические методы, основанные на измерении параметров упругих волн путем преобразования упругих деформаций исследуемой среды в электрические сигналы 1.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения упругих характеристик твердых тел, основанный на наблюдении комбинационного рассеяния акустических волн 2. При этом способе в исследуемом образце возбуждают две акустические волны разной частоты и измеряют параметры как возбужденных акустических волн, так и волны комбинационной частоты, по которым судят об упругих характеристиках. Для проведения измерений интенсивности акустических

волн преобразуют в электрические напряжения на пьезопреобразователях. При этом ухудшается чувствительность и точность измерений существенно зависит от добротности пьезопреобразователей.

Цель изобретения - повышение чувствительности и определение температурной зависимости путем измерения упругих характеристик при малых акустических давлениях.

Поставленная цель достигается тем, что к исследуемому образцу дополнительно прикрепляют поглотитель у -излучения, определяют спектр поглощения у -излучения поглотителя при возбуждении акустических волн в исследуемом образце и без возбуждения, а об упругих характеристиках судят по результатам сравнения этих спектров.

На фиг.1 показано устройство для реализации предлагаемого способа исследованием мессбауэровского спектра поглощения; на фиг.2 - то же, мессбауэровсл

С

ч

о о

ь

N О

ского спектра рассеяния у-излучения; на фиг.З - мессбауэровский спектр поглощения у-излучения при отсутствии УЗ возбуж- дения в образце; на фиг.4 и 5 - мессбауэровский спектр поглощения у-из- лучения, модулированного УЗ волной, возбужденной в образце генератором; на фиг.6 - спектр поглощения у-излучения, модулированного УЗ волной комбинационной (разностной) частоты при одновременной работе генераторов.

В табл.1 приведены значения упругих характеристик, полученных при различных температурах.

На монокристалл NaCI 1 размерами 5х х5 х 5 мм с отшлифованными гранями, к которым прикреплены кварцевые пьезопре- обрззователи 2 и 3, а также мессбауэровский поглотитель -4, выполненный в виде пластины толщиной 20 мкм из нержавеющей стали, содержащей атомы Fe, направляют у-излучение от радиоактивного источника Со и снимают спектр поглощения при отсутствии УЗ возбуждения в образце (фиг.З). Далее от УЗ генератора 5 (при выключенном УЗ генераторе 6) напьезопре- образователь 2 подают первичные возбуждающие УЗ волны частотой fi 11,60 МГц при фиксированной температуре и снимают спектр поглощения. Этот спектр, снятый при температуре 293К, показан на фиг.4. Такой же спектр снимают при работе УЗ генератора б(при выключенном генераторе 5), когда на пьезопреобразователь 3 поступают УЗ волны частотой f2 11,63 МГц. Этот спектр показан на фиг.5. Затем снимают спектр поглощения у-излучения при одновременной работе генераторов 5 и 6, модулированного УЗ волной комбинационной частоты h - fi 0,03 МГц (фиг.6).

По величинам J0, полученным из спектров фиг.4 и 5, определяют амплитуды AI и А2 высокочастотных первичных УЗ волн по

формуле J0 1(|)/де| (КА)2;

Jo - интенсивность несмещенной линии поглощения;

I - модифицированная функция Бесселя; .,

К - волновой вектор у-кванта (справочная величина);

А - амплитуда УЗ волны.

По величине Jo, полученной из спектра фиг.6, определяют амплитуду Аз разностной частоты по формуле

F (х. z)jJV-r2-1)2+4x2-(x2-z2- 4 V (x2-z2-l)2+4xz

где х

z L

2 A(fi - Т2).

А.Г

(О,А-энергия и длина волны у -кванта;

(до - разность энергии между ядерными уровнями;

Г - ширина линии мессбауэровского спектра.

В связи с тем, что отличия заявляемого способа от известного проявляются до операции определения амплитуды AI. A2 и Аз последующее определение упругих характеристик твердых тел по полученным значениям амплитуд At, A2 и Аз производится по тем же соотношениям, что и в известном решении.

Результаты измерений температурной зависимости упругих характеристик образца NaCI в температурном диапазоне 293- 450К приведены в табл.1, откуда видно, что точность повышена до четвертого знака после запятой.

Использование предлагаемого способа создает ряд технологических возможностей:

возможность проведения измерений на образцах малых линейных размеров (до 5 х 5 х5);

возможность проведения измерений на образцах не только изотропных, но и анизотропных твердых тел, т.е. расширение класса исследуемых материалов и образцов;

возможность определять упругие характеристики по различным кристаллографическим осям, меняя лишь место закрепления мессбауэровского поглотителя;

возможность неразрушающего исследования вновь созданных и полученных в ограниченном количестве образцов новых материалов;

возможность оперативного проведения межоперационного и выходного контроля в технологическом процессе производства материалов, а также входного контроля материалов у потребителей.

Формула изобретения

Способ определения упругих характеристик твердых тел, заключающийся в том, что в исследуемом образце возбуждают акустические волны, измеряют параметры воз- буждаемых акустических волн и волны комбинационной частоты, по которым судят об упругих характеристиках, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и определения температурной

зависимости путем измерения упругих характеристик при малых акустических давле- ниях, к исследуемому образцу дополнительно прикрепляют поглотитель у -излучения, определяют спектр поглощения у-излучения поглотителя при возбуждении акустических волн в исследуемом образце и без возбуждения, а об упругих характеристиках судят по результатам сравнения этих спектров.

Изобретение относится к исследованию материалов с помощью ультразвуковых волн и может быть применено для определения упругих характеристик как изотропных, так и кристаллических твердых тел. Цель изобретения - увеличение чувствительности и определение температурной за- впсимости путем измерения упругих характеристик при малых акустических давлениях. Сущность изобретения состоит в том, что к исследуемому образцу прикрепляют поглотитель у -излучения, определяют спектр поглощения у-излучения поглотителя при возбуждении акустических волн в исследуемом образце и без возбуждения, а об упругих характеристиках судят по результатам сравнения этих спектров. 6 ил

Фиг.1

-J-2-/ 0 1 2 3 Умишек

fcj

J -I -1

0 1

Фиг.4

Z J Vw/cef

-J

2 -f 0 / 2 J If мм/сек

,

,64Meii

.