Устройство для измерения упругих и неупругих свойств материалов Советский патент 1980 года по МПК G01N29/00 G01N11/16 

вый дискриминатор входы которого подключены к выходам блока вычитания и генератора низкочастотных колебаний, интегратор, вход которого подключен к к выходу фазового дискриминатора, и сумматор, входы которого подключены к выходам интегратора и генератора низкочастотных колебаний, а выход свйзан с управляющим входом фазовращателя .

На фиг, 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая работу системы фазовой стабилизации.

Устройство для измерения упругих и неупругих свойств материалов содержит возбудитель 1 механических колебаний в образце 2 исследуемого материала, приемник 3 механических колебаний, подключенный к усилителю 4, последовательно с которым включены фазовращатель 5 и регулятор б амплитуды возбуждающей силы, связанный с возбудителем 1.

Система стабилизации.амплитуды колебаний 7 состоит из выпрямителя 8, подключенного к выходу усилителя 4, блока сравнения 9 и интегратора 10, выход которого соединен с управляющим входом регулятора амплитуды возбуждающей силы б,

Система фазовой стабилизации 11 состоит из генератора 12 низкочастотных колебаний, выпрямителя 13, подключенного к возбудителю 1, низкочастотного фильтра 14, блока 15 вычитания, фазового дискриминатора Гб, интегратора 17 и сумматора 18, выход которого соединен с управляющим входом фазовращателя 5.

В процессе регистрации внутреннего трения и модуля упругости синусоидальное напряжение приемника 3 колебаний образца 2 усиливается усилителем 4 и сдвигается фазовращателем 5 на некоторый угол, задаваемый сигналом на управляющем входе фазовращателя. Величина сдвинутого по фазе синусоидального напряжения регулируется регулятором 6 в зависимости от сигнала, формируемого интегратором 10 под действием сигнала блока сравнения 9 между заданным и измеренным при помощи выпрямителя 8 амплитудным значением колебаний образца 2, Это обеспечивает такое значение напряжения на выходе регулятора б, поступающего на возбудитель 1, при котором амплитуда колебаний образца 2 постоянна.

Величина возбуждающейсилы, необходимая для поддержания заданного значения амплитуды колебаний образца 2, зависит от рассеяния энергии в образце и сдвига фазы возбуждающей силы относительно колебаний образца. Зависимость h (фиг, 2) возбуждающей силы от этого сдвига фазы имеет минимум при фазовом угле, равном ,5Г72,

соответствующем возбуждению на частоте свободных колебаний образца 2. Вследствие измерения частоты свободных колебаний образца 2 при его нагреве сдвиг фазы в контуре возбуждения отклоняется от экстремального значения.

Выбор направления, необходимого для восстановления этого значения сдвига фазы, осуществляется следующим образом. Генератор 12 вырабатывает низкочастотное синусоидальное напряжение G низкой частоты, много меньшей скорости срабатывания системы стабилизации амплитуды колебаний образца 2, которое складьшается в сумматоре 18 с сигналом 1 интегратора 17, Суммарный сигнал f поступает на управляющий вход фазовращателя 5, который под действием синусоидальной составляющей периодически изменяет сдвиг фазы в контуре возбуждения на небольшую величину. Так как амплитуда колебаний образца 2 поддерживается постоянной периодическое изменение сдвига фазы приводит к периодическому изменению напряжения F, поступающего на возбудитель .1. Переменная составляющая д амплитудного значения этого напряж ения F выделяется блоком 15 вычитания, на один, вход которого поступает выпрямленное напряжение F, а на другой - среднее значение напряжения F возбуждения, формируемое низкочастотным фильтром 14, который подключен к выпрямителю 11,

В зависимости от отклонения в ту или иную сторону сдвига фазы в контуре возбуждения переменная составляющая д амплитудного значения возбуждающего напряжения F или совпадает по фазе с напряжением G низкочастотного генератора 12, или находится в противофазе с ним.

Переменная составляющая л возбуждающего напряжения F и напряжение G низкочастотного генератора 12 поступает на входы фазового дискриминатора 14, на выходе которого формируется сигнал, величина и знак которого определяется величиной и направлением сдвига фазы в контуре возбуждения. Под действием сигнала Ч дискриминатора 16 интегратор 17 изменяет сигнал 1 на своем выходе, который является средним значением сигнала, управляющего сдвигом фазы в контуре возбуждения, в сторону уменьшения напряжения F на возбудителе 1, Изменение сигнала 1 происходит до полной компенсации возникшего отклонения сдвига фазы в контуре возбуждения при нагреве образца 2 исследуемого материала,

О величине внутреннего трения судят по величине напряжения, поступающего на возбудитель 1 механических колебаний а образце 2, а о величине модуля упругости материала образца по частоте колебаний образца 2, преобразуемых приемником 3 механических колебаний в частоту электрического тока.

Формула изобретеиия

Устройство для измере :ия упругих и неупругих свойств материалов, содержащее последовательно соединенные приемник колебаний, усилитель, фазовращатель, регулятор амплитуды и возбудитель механических колебаний, систему стабилизации амплитуды колебаний образца, вход которой подключен к выходу усилителя, а выход - к управляющему входу регулятора амплитуды, отличающееся тем, чт.о, с целью повышения точности измерений, оно снабжено системой стабилизации фазы возбуждающих колебаний, содержащей генератор низкочастотных колебаний, выпрямитель, вход которого

подключен к выходу фазоврсицателя, низкочастотный фильтр, вход которого подключен к выходу выпрямителя, блок вычитания, входы которого подключены к выходам выпрямителя и низкочастотного фильтра, фазовый дискриминатор, входы которого подключены к выходам блока вычитания и генератора низкочастотных ксхпебаний/ интегратор,вход которого подключен к выходу фазового дискриминатора, и сумматор, входы ко0торЫо подключены к выходам интегратора и генератора низкочастотных колебаний, а выход{Связан с управляющим входом фазовращателя.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 161559, кл. G 01 N 19/00, 1962 (прототип).