Устройство для регистрации сигналов акустической эмиссии Советский патент 1992 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам для исследования и контроля материалов и изделий с использованием явления акустмческдй эмиссии, и может быть использовано при исследованиях материалов и контроле технологических процессов изготовления изделий в производственных условиях, характеризующихся высоким уровнем электромагнитных помех, приводящих к нарушению нормальной работы аппаратуры, особенно при необходимости регистрации слабых акустических сигналов.

Известно устройство для регистрации сигналов акустической эмиссии, содержащее экранированный корпус, размещенный в нем усилитель, соединенный с ним электроакустический преобразователь и регистратор {1}.

Недостатком указанного устройства является низкая надежность регистрации сигналов, обусловленная тем, что

экранированный корпус не исключает проникновения помех из питающей сети.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для регистрации сигналов акустической эмиссии, содержащее экранированный корпус, размещенные в нем последовательно соединенные усилитель, амплитудный детектор, усилитель про- детектированных сигналов и электромеханическим преобразователь, мембрана которого размещена в стенке корпуса, электрически связана с последним ивыполнена из электропроводящего ферромагнитного материала, блок преобразования колебаний мембраны в электрические сигналы, соединенный с ним дополнительный усилитель, выход которого соединен с регистратором. При этом блок преобразования колебаний мембраны в электрические сигналы выполнен фотоэлектрическим с заслонкой, жестко соединенной с внешней стороной мембраны {2}.

сл С

VI VI

ю VI

Сл

Недостатком известного устройства является большая нелинейность инерционность, низкая виброустойчивость и чувствительность, что не позволяет обеспечить высокую точность измерения и контро- ля свойств объекта исследования. Инерционность обусловлена электромеханическим принципом преобразования колебаний мембраны в электрический сигнал, который реализуется за счет прогиба мембраны и смещения заслонки. Плоская мембрана имеет нелинейную зависимость величины прогиба от воздействующего усилия, что обуславливает большие погрешности измерения. Виброустойчивость затрудняется тем, что заслонка, прикрепленная к мембране, может под воздействием вибрации смещаться относительно источника света и фотоприемника, вызывая сигнал помехи, который приводит к увеличению погрешности.

Целью изобретения является повышение точности и надежности регистрации путемповышениялинейностипреобразования, быстродействия, виброустойчивости и чувствительности.

Для достижения указанной цепи в устройстве для регистрации сигналов акустиче- скойэмиссии,содержащем

преобразоратель и экранированный корпус с размещенными в нем последователь но соединенными усилителем, вход которого связан с преобразователем, амплитудным детектором м усилителем прсдетектмроваи- ных сигналов, и регистратор, регистратор выполнен в виде объемного резонатора колебаний электромагнитного поля с элементом электронной перестройки собственной частоты, вход которого подключен к выходу усилителя продетектированных сигналов.

Исключение мембраны, приводимой в движение электромагнитом для преобразования информативного сигнала, и примене- ние для этой цели резонатора с быстродействующей электронной перестройкой существенно уменьшает инерционность, а следовательно, и динамическую погрешность, а также высокую степень нелинейности преобразования, обусловленной формой статической характеристики плоской мембраны. Устранение эзсяонки фотоэлектрического преобразователя, соединенной с мембраной, повышает виброустойчивость и уменьшает помехи, вызывающие дополнительные погрешности в прототипе, а замена механооптического преобразователя информативного сигнала на электронный преобразователь с большой крутизной зависимости выходного параметра (частоты СВЧ-колебаний

электромагнитного поля объемного резонатора) от входного (электрический аналог сигналов акустической эмиссии) позволяет повысить чувствительность устройства.

Сущность изобретения поясняется описанием конкретного примера реализации устройства, принципиальная схема которого представлена на чертеже.

Устройство для регистрации сигналов

0 акустической эмиссии содержит экранированный корпус 1, снабженный объемным резонатором 2 колебаний электромагнитного поля, в котором размещен элемент 3 (например, варикап) электронной перестройки

5 собственной частоты резонатора. С электроакустическим преобразователем последовательно соединены расположенные в экранированном корпусе 1 усилитель 5 электрического сигнала, амплитудный де0 тектор 6 и усилитель 7 продетектированных сигналов. Для возбуждения электромагнитных колебаний в резонаторе 2 служит перестраиваемый генератор 8 с модулятором 9, на который подается синусоидальный сиг5 нал от генерйтора 10. На фазовый детектор 11 подается опорный сигнале генератора ТО и измерительный сигнал с детектора 12. Напряжение с выхода фазового детектора 11 подается на элемент электронной пере0 стройки частоты генератора 8 к коаксиальному выходу которого подключен регистратор t3.

Устройство работает следующим образом.

5 Сигналь акустической эмиссии возбуждают электроакустический преобразователь 4, электрические сигналы которого усиливаются усилителем 5 и детектируются амплитудным детектором б с целью выделе0 ния низкочастотной составляющей сигналов. Полученный низкочастотный сигнал усиливается усилителем 7, с выхода которого напряжение подается на элемент 3 электронной перестройки собственной частоты

5 электромагнитных колебаний резонатора 2. В качестве элемента 3 может быть использован, например, варикап, емкость которого зависит от приложенного напряжения, или ферритовый образец, магнитная прони0 цаемость которого изменяется от величины тока, протекающего через расположенную на нем обмотку. При отсутствии сигналов акустической эмиссии от генератора 8 через модулятор 9 колебания электромагнит5 ного поля подаются на резонатор 2. возбуждая его на резонансной частоте. При этом на выходе фазового детектора 11 напряжение отсутствует, так как на его входы с генератора 10 и детектора 12 подаются синфазные напряжения. При появлении

сигналов акустической эмиссии на варикапе 3 появляется напряжение, изменяющее емкость его p-n-перехода и. следовательно, собственную частоту резонатора 2. Вследствие этого изменяется фаза сигнала на вы- ходе детектора 12 и на выходе фазового детектора 11 появляется напряжение, изменяющее частоту генератора 8, подстраивая его под новую собственную частоту резонатора 2. Эта частота отражает информацию о сигнале акустической эмиссии и фиксируется регистратором 13.

При работе резонатора 2 на сверхвысокочастотных (С В Ч) колебаниях электромагнитного поля (резонансная частота .fps9,4x109f- Гц) крутизна электронной перестройки его с помощью варикапа может составлять ( Гц/В, что обеспечивает высокую чувствительность устройства и позволяет выбрать режим работы на прямояи- нейном участке характеристики варикапа. Поскольку на СВЧ добротность резонаторов составляет десятки и даже сотни тысяч, то инерционность устройства не превышает десятков микросекунд и, следовательно, ди- намической погрешностью измерения практически можно пренебрегать. Так как объемный резонатор можно выполнить с заданной жесткостью, а варикапы и феррито- вые образцы могут работать при значительных вибрациях, предлагаемое техническое решение является виброустойчивым и позволяет значительно уменьшить погрешность, обусловленную вибропомехами. Возможные электромагнитные помехи можно дополнительно снизить, располагая все элементы системы фазовой автоподстройки частоты генератора в экранированном корпусе устройства.

Формула изобретения Устройство для регистрации сигналов акустической эмиссии, содержащее электроакустический преобразователь и экранированный корпус, размещенные в нем последовательно соединенные усилитель, вход которого подключен к электроакустическому преобразователю, амплитудный детектор, усилитель продетектированкых сигналов и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности регистрации, регистратор выполнен в виде объемного резонатора колебаний электромагнитного поля с элементом электронной перестройки собственной частоты, вход которого подключен к выходу усилителя продетектированных сигналов,

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и надежности регистрации. Принятые сигналы акустической эмиссии детектируются схемой, заключенной в экранированный корпус, который сопряжен с объемным резонатором. Сигнал изменяет емкость элемента перестройки его частоты, на вход которого подают про- детектированный сигнал. Изменение под- строечной частоты резонатора регистрирует изменение напряжения сигнала акустической эмиссии. 1 ил.