Установка для определения резонансных частот Советский патент 1982 года по МПК G01N29/00 

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ ЧАСТОТ

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для исследования упругих свойств материалов с помощью ультразвуковых колебаний по значениям низших резонансных частот испытуемых образцов.

Известны ультразвуковые виброизмерительные установки, реализующие локаци нные методы измерения и. позволяющие определять значения резонансных . частот малогабаритных образцов Ц.

Однако эти установки позволяют измерять резонансные параметры в диапа-зоне частот, не превышающем десятки килогерц, и имеют большую погрешность измерений.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является установка для определения резонансных частот, содержащая пьезоизлучатель, пьезоприемник, управляемый генератор, ход котрого подключен к частотомеру и пьезоизлучателю, первый усилитель и фазовый детектор 2.

Недостаток известного устройства состоит в большом времени определения смежных резонансных частот.

Цель изобретения - сокращение времени определения смежных резонансных

частот путем автоматизации последовательной настройки на эти частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в установку введены интегратор второй усилитель, два делителя напряжения , источник постоянного на.пряжения, четыре перключателя, причем, интегратор включен между выходом фазового детектора и входом управляемо10го генератора, вход инвертора подключен к выходу первого усилителя, выход второго усилителя присоединен.к первому входу фазового детектора, делители напряжения подключены к ис15точнику постоянного напряжения, при этом общий контакт первого переключателя соединен с выходом управляемого генератора, общий контакт второго переключателя соединен с выходом

20 пьезоприемника, а коммутируемые контакты первого и второго переключателей соединены со входами первого и второго усилителей,.у третьего переключателя общий контакт соединен

25 со входом управляемого генератора, а коммутируемые контакты соединены с делителями напряжения, и у четвертого переключателя общий контакт соединен со вторым входом фазового

30 детектора, а коммутируемые контакты

соединены с выходом первого усилителя и выходом инвертора.

На чертеже представлена структурная схема установки.

Установка для определения резонансных частот содержит устройство 1 для закрепления образца с находящимися в нем пьезоизлучателем 2, образцом 3 и пьезоприемником 4, управляемый генератор 5, выход которого подключен к частотомеру б и пьезоизлучателю. Входы первого 7 и второго 8 усилителей через первый переключатель 9 соединяются с выходом управляемого генератора, а через второй переключатель 10 соединяются с пьезоприемником. Вход управляемого генератора через третий переключатель И соединяется с выходами первого 12 и второгр 13 делителей напряжения, подключен.цых к источнику 14 постоянного напряжения. Ко входу управляемого генератора присоединен также выход интегратора 15, вход которого подключен к выходу фазового детектора 16. Первый вход фазового; детектора подключен к выходу второго усилителя, а второй вход через четвертый переключатель 17 соединяется с выходом первого усилителя и выходом инвертора 18.

Рассматривая работу установки при автоматической настройке, например, : на две низшие частоты собственных изгибных колебаний круглых дисков. . .

Включению установки предшествует предварительная настройка. Во-первых, устанавлйвавтоя соответствующий частотный поддиапазон управляемого генератора 5, в котором непрерывной перестройкой посредством напряжения, поступающего на управляющий вход генератора, перекрываются идентифицируетчые частоты образца. Во-вторых, на выходах делителей 12 и 13 устанавливаются напряжения, подача которых на управляющий вход генератора 5 обеспечивает установку ориентировочных значений идентифицируемых частот образца. В-третьих, ко второму входу фазового детектора 16 подключается выход либо первого усилителя 7, либо выход инвертора (в зависимости от взаимного расположения пьезоизлучателя и пьезоприемника фазовый сдвиг колебаний в точках их соприкосновения с образцом на собственных частотах может составлять о, и 180°), для того, чтобы на резонансных частотах сигналы на входах фазового детектора 16 были однофазны. Переключатели 9 и 10 должны находиться в..одй;1ако.вых положениях, например, в нижнем, как показано на чертеже.

При включении установки и т«одаче; на вход управляемого генератора 5 сигнала с делителя 12 частота колебаний генератора оказывается меньше низшей частоты собственных ичгибных

колебаний образца. Сигнал на втором йходе фазового детектора отстает по фазе от сигнала на первом входе на выходе фазового детектора формируются импульсы отрицательной полярности, ширина которых пропорциональна измеряемой один раз в период колебаний разности фаз сигналов на входах фазового детектора 16. Подача отрицательных импульсов на вход интегратора, выполненного, например, на основе инвертирующего усилителя с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, приводит к нарастани сигнала на входе управляемого генератора. В результате колебаний сигнала с выхода управляемого генератора возрастает до 3 начини я , при котором сигналы на входах фазового детектора оказываются в фазе.

Однофазность колебаний сигналов на входах фазового детектора является признаком собственных колебаний образца при условии, если усилители 7 и 8 вносят одинаковые на данной частоте фазовые сдвиги. Праледнее условие может быть выполнено в известном диапазоне частот, не превышающем, например, 100 кГц. Если частота УЦвыше указанной частоты, то переключатели 9 и 10 из нижних положений переключают в верхние, и процесс автоподстройки частоты продолжается до установления нового значения частоты Ctl. Учитывая, что в диапазоне рабочих частот установки усилители 7 и 8 должны иметь равномерную амплитудную частотную характеристику, а следовательно, монотонную фазовую частотную характеристику, низшая собственная частота образца может быть определена какЦ (itJ + )/2,

Автоподстройка на смежную (вторую низшую частоту изгибных колебаний образца) начинается с переключения переключателя 11 в верхнее положение При этом к управляющему входу управляемого генератора прикладывается напряжение с делителя 13, устанавливающее частоту сигналов генератора по значению , например, брльшую,чем CJlj. Сигнал на втором входе фазового детектора опережает по фазе сигнал на первом входе, и на выходе фазового детектора формируются импульсы положительной полярности, ширина которых пропорциональна разности фаз входа сигналов. Подача положительных импульсов на вход интегратора 15 приводит к уменьшению сигнала на входе управляемого генератора. В результате частота колебаний выходного сигнала генератора уменьшается до значения tJj, при котором сигналы на входах фазрвого детектора оказываются в фазе. После переключения переключателей 9 и 10 в противоположное положение и окончания автоподстройки измеряется значение частотыи. Вторая изшая частота собственных изгибных колебаний образца определяется, как iJj +((;+ )/2, Использование .предлагаемой установки позволяет сократить время экспериментального определения двух резонансных частот испытуемого образца в 4-5 раз по сравнению с ручным спо собом. Формула изобретения Установка для определения резонансных частот, содержащая пьезоизлучатель, пьезоприемник, управляемый генератор, выход котрого подключен к частотомеру и пьезоизлучателю, пер вый усилитель и фазовый детектор, отличающаяся тем, что, с целью сокращения времени определения смежных резонансных частот путем автоматизации последовательной настройки на эти частоты, в нее введены интегратор, инвертор, второй усилитель, два делителя напряжения, источник постоянного напряжения, четыр переключателя, причем интегратор включен между выходом фазового детек тора и входом управляемого генератора, вход инвертора подключен к вы {оду первого усилителя, выход второго. усилителя присоединен к первому входу фазового детектора,- делители напряжения подключены к источнику постоянного напряжения, при этом общий контакт первого переключателя соединен с выходом управляемого генератора, общий контакт второго переключателя соединен с выходом пьезоприеМника, а коммутируемые контакты первого и второго переключателей соединены со входами первого-и второго усилителей, у третьего переключателя общий контакт соединен со входом управляемого генератора., а коммутируемые контакты соединены с Целителями напряжения, и у четвертого переклйчателя общий контакт соединен со вторым входом фазового детектора, а коммутируемые контакты соединены -с выходом первого усилителя и выходом инвертора. I Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара. Под ред. В.В.Клюева, том 2, М., Машиностроение, 1978, с. 55-61. 2.Бражников Н.И. Ультразвуковая фазометрия. М.,Энергия, 1968, с. 91-94 (прототип).