Устройство для измерения скорости ультразвука в твердых телах Советский патент 1981 года по МПК G01H5/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ

Изобретение относится к измеритель- i ной технике и может использоваться при исследованиях и контроле физико-механических свойств твердых материапов.

Известно устройство аля измерения скорости ультразвука в твердых телах, содержащее генератор, усилитель, индикатор и пьезопреобразователь, направляемый к поверхности испытуемого образца под углом Г13

Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерений вследствие невозможности точного определения координат пьезопреобразователя.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Указанная цель сГостигается тем, что устройство снабжено последовательно соединенными коммутатором, включенным между генератором и усилителем, детектором, фильтром, дифференциатором, компаратором, ключом и-системой преоСразования, обработки и регистрации сигналов, узел преобразования которой механически

связан с пьезогфеобразователем и исполнительным механизмом. Кроме того, узел преобразования системы представляет собой интерферометр Майкепьсона, узел обработки и регистрации системы включает последовательно соединенные дополнительный усилитель, связанный с фотоприемником интерферометра, формирователь сигналов, счетчик, делитель, регистратор и дополнительный ключ, выходом подключен10ный ко второму входу счетчика, а входом - к комдаратору. Узел преобразования системы может быть также выполнен в виде потенциометра, при этом узел обработки и регистрации системы включает

15 последовательно соединенные дополнительгный коммутатор, блок памяти и измеритель отношений напряжений, вторым входом подключенный к регистратору и второму выходу дополнительного коммутатора,

20 второй вход которого соединен р одним из входов ключа, а другой вход ключа связан с первым вхором дополнительного коммутатора. На фиг, 1 изображена блок-схема уст-: ройства; йа фиг. 2 - вариант выполнения блок-схемы устройства; на фиг, 3 - диаграмма зависимости амплитуды сигнала с пьеэопреобразователя 4 от угла падения на поверхность испытуемого образца:, на фиг. 4 - временные диаграммы сигналов на функционапьных блоках устройства, где а - сигнал с вычода формирователя импульсов; б - сигнал на выходе усилителя; и - сигнал на выходе фильтра; г - сигнал на выходе дифференциатора; д - сигнал на выходе ключа; е - сигнал на выходе компаратора. Устройство для измерения скорости ультразвука в. твердых телахсодержит генератор 1, усилитель,2, индикатор 3 и пьезопреобразователь 4, направляемый к поверхности испытуемого образца 5 под углом. Устройство снабжено последовательно соединенными коммутатором 6, вклю ченным, между генератором 1 и усилителем 2, детектором 7, фильтром 8, диффе ренциатором 9, компаратором 10, ключом 11 и системой преобразования, обработки и регистрации сигналов, узел преобразования которой механически связан с пьезопреобразователем 4 и исполнительным механизмом 12.Узел преобразования системы может представлять собой интерферометр 013 Май кельсона, узел обработки и регистрации системы включает последовательно соединенные дополнительный усилитель 14, свя занный с фотоприемником 15 интерферометра 13, формирователь 16 сигналов, счетчик 17, делитель 18, регистратор 19 и дополнительный ключ 2О, выходом подключенный ко второму входу счетчика 17 а входом - к коммутатору 1О. Узел преобразования системы по друго му варианту м.ожет быть выполнен в виде потенциометра 21, а узел обработки И регистрации системы включает последовател но соединенные дополнительный коммутатор 22, блок 23 памяти И измеритель 24 отношений напряжений, вторым входом под ключенный к регистратору 19 и второму выходу дополнительного коммутатора 22, второй вход которого соединен с одним из выходов дополнительного ключа 20, а дру гой вход дополнительного ключа 20 связа с первым входом дополнительного коммутатора 22. Устройство для измepe щя скорости ультразвука в твердых телах работает следующим образом. При изменении угла падения пьезопре-образователя 4 вокруг оси, находящейся на поверхности испытуемого образца 5, пьезопреобразователь 4 проходит поочередно три положения, в которых принимаются отраженные акустические Импупьсы; в первом положении - при перпендикулярном отралсении от поверхности образца 5, во вто-ром - при отражении от внутреннего пря- мого угла образца 5 продольных волн, в третьем - при отражении от внутреннего прямого угла поперечных волн. Принятые акустические импульсы через коммутатор 6 и усилитель 2 просматриваются на индикаторе 3.i Интерферометр 13 выдает информацию о величине расстояний XL и XT между первым, и вторым, первым и третьим положениями пьезопреобразователя 4 соответственно. Для этого к пъезопреобразователю 4 шарнирно прикреплено зеркало (на черте,же не обозначено), ориентация которого относительно интерферометра при изменении угла падения пьезопреобразователя 4 остается неизменной. В результате интерференции на выходе фотоприемника 15 интерферометра 13 появляется переменный сигнал, максимумы которого составляют разности путей интерферирующих лучей в интер|)ерометре13, кратной 1/1 , где Л - длина волны излуче шя. Пройдя через допол1штельный усилитель 14, сигнал преобразуется формирователем 16 в последовательность импульсов, количество которых пропорционально разности путей, пройденных интерферирующими лучами. В случае, если период акустических импульсов равен периоду сигнала детектора, коэффициент пропорциональности равен /L/1 . Таким образом, показания счетчика 17 соответствуют расстоя 1ию между двумя положениями пьезопреобразователя 4, выраженному в единицах Я/1Для измерения расстояний X j и Лт , соответствующих разности путей между первым-вторым и первым-третьим положенгшми ПьЪаопреобразователя 4 соответственно, электрические импульсы запуска и остановки счетчика 17 формируются. При возбуждении пьезопреобразователя 4 от генератора 1 при переходе пьезопреобразователем 4 первого, второго или третьего положений на выходе усилителя 2 появляется напряжение, которое, прой- дя через детектор 7 и фильтр 8, поступает на дифференциатор 9 и далее на компаратор 10. Для обеспечения стабт«:ьнос- 58 ти работы крмпаратора 10 он запитывает ся на некоторый промежуток времени импульсом с дополнительного ключа 20. который вырабатьшает управляющее напряжение из напряжения огибающей, вспедствие чего компаратор 10 работает в момент, когда напряжение огибающей превышает определенный уровень Е. В момент перехода напряжения на входе компаратора 10 через нулевое значение (фиг. 4, г)он вырабатывает имлульсы, управляющие счетчиком 17 (фиг. 4,а). Управляющие импульсы вырабатываются в первом, втором и третьем положениях пьезопреобразователя 4, соответствующих пиковым значениям напряжения пьезопреобразоватепя. При этом один из импульсов запускает, а другой останавливает счетчик 17. При измерении скорости Сг продольных волн определяется расстояние Хц и компаратор 10 через дополнительный юхюч 20 связан со входом счетчика 17, который запускается в первом положении пьезопреобразователя 4, а закрывается во втором. При измерении скорости С - поперечных волн определяется расстояние X -у- . В этом случае сигнал с компаратора 10, соответствующий второму положению лье.зопреобразователя 4, блокируется дополнительным ключом 20, и счетчик 17 пере стает работать в третьем положении пьезопреобразоватепя 4. Для получения цифрового значения ско ростей C|j и CT необходимо,получить отношения Т/л , где : -COnS-fc-t . -скорость ультразвука в иммерсисионной жидкости; -радиус окружности вращения пьезопреобразователя 4; -толщина образца; -расстояние точки ввода ультразву ковых импульсов от края испытуе мого образца 5; количество импульсов, сосчитанп ип ных счетчиком 17 при измерении CL, и CT соответственно. Постоянная Т устанавливается делителем 18, на выходе которого включен регистратор 19,. фиксирующий цифровое значение скоростей С и СПо второму варианту устройство работает следующим образом. В момент перехода напряжения на вхо де компаратора J.O через нулевое значени (фиг. 4,г) и выдачи им импульсов, управ 0 яющих дополнительным коммутатором 22, оторые вырабатываются в первом, втором третьем положениях пьезопреобразввате- я 4, одновременно с поте1щиометра 21 нимается напряжение, равное oLg При этом для измерения скорости ультравука используются только величины Sin cLp, и Sin d , а импульс, соответствующий sin ol-o , не нужен и блокируется дополнительным ключом 20, который отпирается в тот момент, когда напряжение на потенциометре 21 превысит некоторый установленный уровень. На управляющий вход дополнительного коммутатора 22 поступают импульсы при .втором и третьем положениях пьезопреобразователя ,4. Импульсом, вырабатываемым во втором положении пьезопреобразователя 4, дополнительный коммутатор 22 соединяет движок потенциометра 21с блоком 23 памяти, который запоминает напряжетш, соответствующее Sin ci- р . При этом на числительном входе измерителя 24 отношений напряжений, действует напряжение, соответствующее S i п oL/g , а на знаменательном - s Mci-pi и регистратор 19 регистрирует i величину 1- 2. , cL рь перечные и продольные колебания соответственно рассчитываются по формулам Г Ь rsirid-u где V OT-JO I vn - корень уравнения, Релея, определяемый соответственно по графикам зависимостей Sin olg d R cl PL, PL Изобретемте повышает про11зводительность вследствие автоматизации измерения и повышения точности, обусловленной точным определением момента максимума сигнала пьезопреобразователя. Формула изобретения 1. Устройство для измерения скорости ультразвука в твердых телах, содержащее генератор, усилитель, индикатор и пь&- преобразователь, напраЕшяемы:. к поверхности испытуемого образца под углом, отличающееся тем,что, с це,лью повышения точности измерений, оно снабжено последовательно соединенными коммутатором, включенным между генератором и усилителем, детектором, фишьтром дифференциатором, компаратором, ключом и системой преобразования, обработки и регистрации сигналов, узел преобразования которой механически связан с пьёзопреобразователем и исполнительным механизмом

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фиг. г

О

ш

п

of/,

Фиг.5