Устройство для испытания материалов на ударное сжатие Советский патент 1982 года по МПК G01N3/30 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА УДАРНОЕ СЖАТИЕ

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к устройствам для испытания материалов на ударное сжатие.

Известно лазерное устройство для испытания материалов на ударное сжатие, содержащее лазер, кварцевую пластину с полостью, заполненной светопоглощающей жидкостью, пьезоэлектрические датчики, закрепляемые на торцах испытуемого образца 1.

Однако устройство обладает недостаточной точностью измеренных при испытаниях параметров, обусловленной тем, что пьезоэлектрические датчики, закрепленные на испытуемом образце, изменяют динамические характеристики последнего.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для испытания материалов на ударное сжатие, содержащее лазер, формирователь ударного импульса, первую и вторую цепи измерения перемещения соответственно торца образца, воспринимающего ударный импульс, и противоположного торца, каждая иЗ которых включает последовательно соединенные интерферометр, интегратор и пиковый детектор, первый.

и второй блоки сравнения, входы которых соединены с выходами интерферометра и пикового детектора соответственно первой и второй цепей измерения, последовательно соединенные одновибратор, вход которого подключен к выходу перврго блока сравнения, измеритель временных интервалов и блок обработки; к второму входу

10 которого подключен выход второго блока сра1внения, ключ и фотоприемник.

В известном устройстве формирователь ударного импульса выполнен в

15 виде деформируемого элемента, .на- который сбрасывается.образец. Лазер используется в качестве источника излучения для интерферометра 2.

Недостатком известного устройства

20 является существенный разброс результатов измерения характеристик материала, обусловленный нестабильностью параметров ударного импульса из-за изменения свойств деформируе25мого элемента при многократных ударах и разброса си.пы трения в направляющей образца.

Цель изобретения - повышение воспроизводимости результатов измере30ния характеристик материалов. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя каналами для подачи светового потока ла зера на торцы образца, первый из которых включает первое, второе и третье полупрозрачные зеркала и под жимаемый одной гранью к торцу образ ца светоделительный кубик, расположенный на.пересечении оптических осей лазера и интерферометра первой цепи измерения, а второй - четвертое полупрозрачное зеркало, располо женное -на оптической оси лазера за первым полупрозрачным зеркале, пер вое и второе зеркала и пятое полупрозрачное зеркало, расположенное на пересечении оптических осей лазера и интерферометра второй цепи измерения, задатчиком уровня, нульорганом, один вход которого подключен к выходу интерферометра первой цепи измерения, другой вход - к выходу задатчика уровня, а выход - к управляющему входу ключа, соединенн го сигнальным входом с выходам фото приемника, расположенного на одной оптической оси с первым и полупрозрачными зеркалами, вторым одновибратором, подключенньам к выходу интерферометра первой цепи измерения и второму входу измерителя временных интервалов, формирователем синхроимпульса, включенным между выходом интегратора первой цепи измерения и третьим входом измерите ля времейньих интервалов, и установленным на оптической оси лазера пос ле четвертого полупрозрачного зерка ла электрооптическим затвором, управляющий вход которого подключен к выходу ключа, а формирователь ударного иштульса вьшолнен в виде кварцевого стержня с полостью, заполнен ной светочувствительной жидкостью, который поджат к второй грани свето чувствительного кубика. На фиг. 1 представлена блок-схем устройства; на фиг. 2 - временные диагра да4ы работы устройства. Устройство содержит лазер 1,, установленный на его оптической оси формирователь ударного импульса, вы полненный в виде кварцевого стержня 2 с полостью, заполненной светочувствительной: жидкостью 3 (например, раствор хлорида меди в метиловом спирте), первую я вторую цепи измерения перемещения соответственно торца 4 образца 5, воспринимающего ударный импульс, и противоположного торца б образца 5. Первая цепь измерения включает интерферометр 7, интегратор 8, пиковый детектор 9, а вторая - интерферометр 10, интегратор 11 и пиковый детектор 12.- Кроме, того, устройство содержит первый, и второй блоки 13 и 14 сравнения, входы кото рых подключены к выходам интерферометров 7 и 10 и пиковых детекторов 9 и 12, одновибратор 15, подключенный к выходу интерферометра 7 и входу измерителя 16 временных интервалов, блок 17 обработки, последовательно соединенные задатчик 18 уровня, нуль-орган 19, ко второму входу которого подключен выход интерферометра 7, и ключ 20, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемника 21, управляющий вход - к выходу нуль-органа 19, а выход - к управляющему входу электрооптическо го затвора 22, одновибратор 23, подключенный к выходу первого блока 13 сравнения и входу измерителя 16. Первый канал для подачи светового потока лазера 1 на торец 4 образца 5 включает первое, второе и третье полупрозрачные зеркала 24-26 и поджатый одной гранью к торцу 3 образца 5 светоделительный кубик 27, расположенный на пересечении оптических осей лазера 1 и интерферометра 7. Второй канал для подачи светового потока лазера 1 на торец 6 образца 5 включает четвертое полупрозрачное зеркало 28, расположенное на оптической оси лазера 1 за первым полупрозрачным зеркалом 24, первое и второе зеркала 29 и 30 и пятое полупрозрачное зеркало 31, расположенное на пересечении оптических осей лазера 1 и интерферометра Ю. ддя формирования одиночного импульса в момент окончания действия ударного импульса на образец 5 устройство снабжено формирователем 32 синхроимпульса. Устройство содержит также столи1 : 33 для установки образца, имеющий окно 34 для йвода светового лотока, и средства (на чертеже не показаны) для поджатия кварцевого стержня 2 к грани светрделительного кубика 27 и -противоположной грани Последнего - к торцу 4 образца 5. Устройство работает следующим образом. В момент запуска 1 злектрооптический затвор 22 открыт, импульс света проходит через первое полупрозрачное зеркало 24, четвертое полупрозрачное зеркало 28, злектрооптический затвор 22 и попадает на кварцевый стержень 2. В результате повышения температуры и последующего температурного расширения в облученной жидкости 3 возникает .большой -градиент, давления, что вызывает импульс сжимающего напряжения, который через св.етоделительный кубик 27 -передается на испытуемый образец 5. Одновременно луч света через первое и второе полупрозрачные зеркала 24 и 25 попадает на фотоприемник 21, а через третье полупрозрачное зеркало 26 и светоделительный кубик 27 не передний торец 4 исп уемого образца 5, Через оптический канал, включающий четвертое полупрозрачное зеркало 28, первое и второе зеркала 29 и 30, пятое полупрозрачное зерка 31, луч света от лазера 1 попадает .торец б испытуемого образца 5. Отразившись 6т торцов 4 и б образца 5, луч света попадает на входы цепей измерения перемещения. В момент времени t , когда импульс сжимающего напряжения достигнет п реднего торца 4 испытуемого образ 5, сигнал с первого интерферометра превысит нулевое значение (фиг. 2в) Сигнал с выхода первого интерферометра 7 поступс.ет на вход нуль-орга ра 19, где сравнивается с сигналрм задатчика 18 уровня (фиг. 2г). В мо мент времени t,, , когда эти сигналы равны, нуль-орган 19 вырабатывает сигнал (фиг. 2д), открывающий ключ 20, и напряжение с фотоприемника 21 подается на управляющий вход электр оптического затвора 22 и завирает последний, после чего луч света лазера 1 не попадает на кварцевый стержень 2. Таким образом, регулируя уровень напряжения на выходе задатчика 18, можно регулировать длительность воз действия луча лазера на светочувстви тельную жидкость 3, а следовательно и уровень ударнрго воздействия на и пытуемый образец 5. Одновременно импульс с первого и терферометра 7 попадает на входы пер вого блока 13 сравнения , интегратора 8 и одновибратора 15, который запускается передним фронтом импульса и вырабатывает одиночный импульс (фиг. 2л), который поступает на первый вход измерителя 16 временных интервалов., Импульс со второго интерферометра .10 (фиг. 2и) поступает на второй вход первого блока 13 сравнения .и на вход интегратора 11. С момента t-j начала удара до момента времени tj, равному времени распространения ударной волны от переднего до заднего торцов испытуемого образца 5, сигналы с выходов интерферометров 7 и 10 равны по величине и противоположны по знаку. При равенстве сигналов интерферометров 7 и 10 сигнал с выхода первого блочка 13 сравнения отсутствует. С та времени когда сигнал с выхода интерферометра 7 превысит по абсолютному . значению сигнал с выхода интерферометра 10 , до момента t;, когда сигналы с интерферометров ,7 и 10 сравняются на выходе блока 13 появляется выходной сигнал (фиг. 2к), величина которого равна разнице сигналов с интерферометров 7 и 10. Этот сигнал включает одновибратор 23, который генерирует одиночный импульс (фиг. 2э), поступающий на второй вход измерителя 16 временных интервалов. Измеритель 16 временных интервалов вырабатывает сигнал (фиг. 2м)/ уровень которого пропорционален отрезку времени tg-t между появлением импульсов на его входах. Этот сигнал подается на один из входов блока 17обработки. Сигналы с интерферометров 7 и 10, поступающие на входы интеграторов 8 и 11, пропорциональны скорости перемещения торцов 4 и б , испытуемого образца 5. Сигнал с выхода интегратора 8 (фиг. 2н), характеризующий суммарную деформацию испытуемого образца 5 и столика 33, подается через пиковый детектор 9 на вход блока 14 сравнения. Сигнал с выхода интегратора 11, характеризующий деформацию столика 33, подается на .второй вход блока 14 сравнения (фиг. 2п). Блок 14 сравнения формирует разностный сигнал (фиг. 2с), пропорциональный максимальной деформации образца 5. Этот сигнал подается на один из входов блока 17 обработки.. . В момент tg окончания ударного импульса формирователь 32 вырабатываг ет одиночный импульс, кото1Шй подается на вход изме{я1теля 16 временных интервалов, вырабатывающего сигнал, пропорциональиьЯ) разности tj-t, т.е. длительности ударного импульса. Зная длину образца и время распространения ударной волны, определяют скорость распространения, а также относительную деформацию при уда(мом нагружении. Информацию о форме и длительности ударного импульса получают с помощью осциллографа (на чертеже не показан). Устройство повышает воспроизводимость результатов испытаний образцов за счет по-пучения стабильных параметров ударного импульса и обладает высокими метрологическими характеристиками. Формула изобретения устройство для испытания материалов на ударное сжатие, содержащее лазер, фop «Ipoвaтeль ударного импульса, первую и вторую цепи измерения перемещения соответственно торца образца, воспринимающего ударный импульс, и противоположного торца, каждая из которых включает последовательно соединенные интерферометр, интегратор и пиковый детектор, первый и второй блоки сравнения, входы которых соединены с выходами интерферометра и пикового детектора соответственно первой ивторой цепей измерения, последовательно соединенные одновибратор, вход которого подключе к выходу первого блока сравнения, из меритель в|7еменных интервалов и блок обработки, к второму входу которого подключен выход второго бЛока сравне НИН, ключ и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повышения .воспроизводимости результатов измерения характеристик материалов, оно снабжено двумя каналами для подачи светового потока лазера на торЦы образца, первый из которых заключает первое, второе и третье по лупрозрачные заркала и поджимаемый, одной гранью к торцу образца светоделительный кубик, расположенный на пересечении оптических осей лазера и интерферометра первой цепи измерения а второй - четвертое,-полупрозрачное зеркало, расположенное на оптической оси лазера за первым полупрозрач ным зеркалом, первое и второе зеркала к. пятое полупрозрачное зеркало, расположенное на пересечении опти|Ческих осей лазера и интерферометра второй цепи измерения, задатчиком уровня, нуль-органом, один вход которого подключен к выходу интерферометра первой цепи измерения, другой рход - к выхбду задатчика уровня, а выход - к управляющему входу ключа.

Л соединенного сигнальным входом с выходом фотоприемника, расположенного на одной оптической оси с первым и вторым полупрозрачными зеркалами, вторым одновибратором, подключенным к выходу интерферометра первой цепи измерения и второму входу измерителя временных интервалов, формирователем синхроимпульса, включенным между выходом интегратора первой цепи измерения и третьим входом измерителя временных интервалов, и установленным на оптической оси лазера после четвертого полупрозрачного зеркала электрооптическим затвором, управляющий, вход которого подключен к выходу ключа, а формирователь ударного импульса выполнен в виде кварцевого стержня с полостью, заполненной светочувствительной жидкостью, который поджат к второй грани светоделительного кубика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Эллис А.Т., Феликс М.П. Лазерный возбудитель напряжения в материалах. Экспресс-информация. Испытательные приборы и стенды. ВИНИТИ, М,, 1975, № 5, с. 1-2. 2.Авторское свидетельство СССР № 682001, Кл. G 01 N 3/30, 1979 (прототип).