Способ измерения скорости и затухания упругих волн Советский патент 1981 года по МПК G01N21/01 

Изобретение относится к технике (измерения физических величин и может быть использовано при определении акустических и акустооптических параметров кристаллических и аморфных тел дифракцией света на звуке. Один из известных способов измерения скорости и затухания упругих волн включает в себя операции, возбуждения образца световым лучом и регистрации дифрагированного луча l. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ измерения скорости и затухания упругих волн, путем возбуждения импульса упругой волны в образце, освещения образца световым лучом и регистрации дифрагированного луча фотоприемником, соединенным с осциллографом 2j. При этом способе освещают образец этом световым лучом и поворачивают столик с образцом под углом дифракции Ч к лучу. После этого, не меняя взаимного расположения образца и источника света, поворачивают штангу гониометра вместе с yкpeплeнны 5 на ней фотоприемником до появления на нем максимального импульса и отсчитывают по шка.пе гониометра значение угла 2Y. Далее, зная частоту упругой волны и длину /L волны света, находят скорость V упругой волны в образце Для определения коэффициента затухания упругой волны исследуемый образец с помощью смещающего механизма перемещают относительно луча, измеряя при этом амплитуду импульса. Поскольку мощность упругой волны спадает экспоненциально при распространении импульса от источника его возбуждения вследствие акустических потерь, то коэффициент эатухания oi определяют из формулы cCt(oeg(Ai/A2)/X2. де ( - амплитуда импульса в точке 1 (ближе к источнику возбуждения), А г- амплитуда импульса в точке 2 (далыче от источника возюуждения), )(С1Ч)- смещение образца относительно адающего луча. Таким образом, точность и повтояемость измерений скорости определяется точностью и повторяемостью изм рений угла f гониометром и, как пра ло, определить данным способом скорость можно с точностью до трех зна ча1дих цифр. Точность и повторяемость измерений затухания определяется качеством боковых поверхностей образца и их чи тотой, однородностью оптических свойств образца по длине, длиной образца, люфтом смещающего механизма и параллельностью смещения образца. Вследствие этого определить коэффициент затухания данным способом можно с точностью до двух значащих цифр. Цель изобретения - увеличение точ ности. и повторяемости измерений, ум шение времени и упрощение процесса измерений. Указанная цель достигается тем, что в способе измерения скорости и затухания упругих волн путем возбуждения импульса упругой волны в о разце, освещения образца световым лу чом и регистрации дифрагированного луча фотоприемником, соединенным с осциллографом, разворачивают образец в плоскости дифракции относительно светового луча до тех пор, пока дифракционное пятно попадет на входное окно фотоприемника, выбирают нечетные импульсы из серии импульсов на э ране осциллографа, измеряют время между передними фронтами первого и И-го импульсов, измеряют амплитуды этих импульсов, вычисляют скорость упругой волны в образце, определяют коэффициент затухания упругой волны в образце путем вычисления логарифма отношения амплитуд измеренных импульсов. На фиг. 1 показано сечение образда плоскост,о Y 2, параллельной направлению распространения упругого импульса и перпендикулярной световому лучу; на фиг. 2 показана осциллограмма (наблюдаемых импульсов. На фиг. 1 грани образца 1 и 2 пер пендикулярны к направлению распространения упругого импульса электромеханического преобразователя 3, а сечение светового луча 4 в точках et/ b. С, d, е, f пересекается упругим импульсом при многократном отражении его от граней образца. На фиг, 2 точки а , Ъ, С, в, 6 , ± соответствуют точкам а , Ъ, С, d в if на фиг. 1. На шкале 5 указаны расстояния 2(Ь- х) и 2 X ме;хду точками а и Ь, Ъ и С, соответственно и т,д. пройденные упругим импульсом при ус ловии, что центр сечения светового луча находится на расстоянии Ч от грани 1 (.т.е. от преобразователя 3 Существо способа заключается в следующем. В исследуемом образце, помещенном на вращающемся столике, имеющем поао ротную штангу, на которой расположены фотоприемник и непрозрачный экран с отверстием в центре таким, что центр отверстия совпадает с центром входного окна фотоприемника, причем экран расположен между фотоприемником и столиком, возбуждают импульс упругой волны. Затем образец освещают с:ветовым лучом на расстоянии X от преобразователя 3 (фиг. 1 и вращают столик в плоскости дифракции относительно светового луча до тех пор, Пока на экране появится дифракцион|Ное пятно. Далее вращают штангу вместе с фотоприемником и экраном до тех пор, пока; дифракционное пятно попадёт через отверстие в экране на входное окно фотоприемиика. Затем выбирают нечетные q , С, 6 импульсы из серии импульсов (фиг. 2) на экране осциллографа. Так как между точками, например О и С импульс проходит расстояние в образце равное 2(Е- Ч)+2у 2, которое не зависит от расстояния X i то скорость упругой волны можно оп геделить, H3Meprffe временной интервал t3--f между передними фронтами нечетных импульсов Д и С . Тогда скорость V упругой волны равна v.iidli или, общем случае Этим устраняется необходимость использования гониометра. Для определения коэффициента затухания упругой волны в образце измеряют амплитуды нечетных, например а и С., импульсов. Тогда коэффициент затухания oiупругой волны равен . 10Cg(Ai/A) или, а общем случае „ Ogg-CAi/Ah) (,и-1)е Этим устраняется необходимость использования смещающего механизма и измерителя смещений, так как отсутстауют измерения смещений образца тносительно луча. Данное изобретение позволяет увеичить точность измерения скорости, ак как измерение интервалов времеи по крайней мере на порядок точнее, ем измерение углов, уменьшить неовторяемость измерений скорости, ак как отсутствует гониометр, увелиить точность измерений затухания, ак как при большом И точнее опредеяется числитель и знаг-юнатель дроби. устранить неповторяемость затухания, так как при измерениях образец остается неподвижным, а значит, качество боковых граней образца (.п рпендикулярных падгиощему лучу; их чистота и однородность оптических свойств по длине не влияют на повторяемость измерений, уменьшить время измерений Преимущества предлагаемого способа особенно заметны при измерении скорости упругих волн в анизотропных материалах, где связь между скоростью волны и углом дифракции настолько сложна, что необходимо проводить пред варительные измерения скорости другим способом. Формула изобретения Способ измерения скорости и затухания упругих волн путем возбуждения импульса упругой волны в образце, ос вещения образца световым лучом и регистрации дифрагированного луча фото приемником, соединенным с осциллографом, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и повторяемости измерений, уменьшения времени и упрощения процесса измерений, разворачивают образец в плоскости дифракции относительно светового луча до тех пор, пока дифракционное пятйо попадет на входное окно фотоприемника, выбирают нечетные импульсы из серии импульсов на экране осциллографа, измеряют время между передними фронтами первого и И-го импульсов, измеряют гшплитуды этих импульсов, вычисляют скорость упругой волны в образце, определяют коэффициент затухания упругой волны в образце путем вычисления логарифма отношения амплитуд измеренных импульсов, , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Труэл Р., Эльбаум И./Чак Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела, М,, Мир, 1972, с, 57, 2, Успехи физических наук,. том, 124, 1, 1978, с. 78 (прототип).

-/