Przedmiotem wynalazku jest refraktometr ultra¬ dzwiekowy sluzacy do badania przebiegu katowej zaleznosci wspólczynnika odbicia fal ultradzwie¬ kowych na granicy ciecz-cialo stale, w celu okres¬ lania wlasnosci fizycznych materialów dla potrzeb naukowych i laboratoryjnych.Do przeprowadzania opisanych badan akustycz¬ nych sluzy znany goniometr reczny przedstawiony w patencie USA nr 3.364.732. Jest on zaopatrzony w klin akustyczny w postaci cwiartki krazka, glo¬ wice ultradzwiekowa przystosowana do przesuwa¬ nia po cylindrycznej powierzchni tej cwiartki krazka oraz w nadajnik i odbiornik ultra¬ dzwiekowy. Do pomiarów wlasnosci sprezystych badanego materialu wykorzystuje sie katowe zmiany poziomu amplitudy impulsu odbitego od naroza klina akustycznego. W opisanym gonio- metrze fala ultradzwiekowa biegnie od glowicy i dalej przez klin akustyczny, ulega odbiciu na .granicy klin-material badany i powraca przez klin do glowicy. Goniometr mierzy maksimum energii odbitej od punktu padania na badany material •przy krytycznym kacie padania.W tym znanym urzadzeniu poziom amplitudy echa od naroza klina oraz jego zmiany sa ekstre¬ malnie czule na precyzje ustawienia srodka wiazki ultradzwiekowej na krawedz naroza klina. Odczyt amplitudy musi sie odbywac metoda punkt po punkcie, co jest uciazliwe. Dokladnosc odczytu ka¬ ta jest niewielka ze wzgledu na brak katomierza 2 optycznego. Urzadzenie jest pozbawione monitora, który umozliwialby zapis analogowy zmian pozio¬ mu echa od naroza klina. Brak jest równiez zes¬ polów sluzacych do rejestracji, a mianowicie: 5 ukladu monitorowania kata obrotu oraz ukladu generujacego znaczniki kata obrotu.Wynalazek ma na celu skonstruowanie urzadze¬ nia, które przy wykorzystaniu znanych praw fizyki pozwalaloby na jednoczesny pomiar wlasnosci io sprezystych i niesprezystych materialKi przy jed¬ nostronnym dostepie do badanego elementu i z do¬ kladnoscia znacznie wieksza od dotychczas osia¬ ganej.Wedlug wynalazku cel ten osiagnieto przez zbu- 15 dowanie reflektometru ciecz-cialo stale, zaopatrzo¬ nego w cieczowy goniometr ultradzwiekowy, na¬ dajnik i odbiornik fal ultradzwiekowych z moni¬ torem analogowym, zasilacz i dwukanalowy pisak X—Y. Goniometr ultradzwiekowy ma wypelnione 20 ciecza naczynie cylindryczne z umocowana w bocz¬ nej sciance tego naczynia glowica ultradzwiekowa nadawczo-odbiorcza. W osi geometrycznej cylind¬ rycznej powierzchni naczynia jest umocowana i przeprowadzona przez dno naczynia pionowa os 25 obrotowa. Na górnym koncu osi, wewnatrz naczy¬ nia, jest umocowany stolik pomiarowy, na którym ustawia sie badana próbke. Ponizej naczynia do csi sa przymocowane katomierz i mechanizm na¬ pedowy. Mechanizm napedowy umozliwia reczne 30 i/lub mechaniczne wprawienie osi w ruch obro- 107 7473 towy. Z ta sama osia sa sprzezone obwód poten¬ cjometryczny, dajacy napiecie proporcjonalne 'do kata obrotu osi, oraz uklad fotoelektryczny znacz¬ ników kata obrotu.Os 'glowicy nadawczo-odbiorczej jest ustawiona pod katem prostym do osi naczynia cylindrycznego.Glowica ultradzwiekowa jest osadzona w bocznej sciance naczynia cylindrycznego' za posrednictwem szczelnego uchwytu, który umozliwia jej wymiane i justacje od zewnatrz naczynia.Refraktometr wedlug wynalazku jest przystoso¬ wany do wspólpracy z dowolnym defektoskopem ultradzwiekowym. Wspomniany katomierz, osa¬ dzony na obrotowej osi, jest zaopatrzony w no- niusz oraz w mikroskop odczytowy z oswietleniem.Wspomniany obwód potencjometryczny, dajacy napiecie proporcjonalne do kata obrotu osi glów¬ nej, pozwala ,na wybór przedzialu kata, w którym ma byc rejestrowany przebieg katowych zmian wspólczynnika odbicia. Fotoelektryczny uklad znaczników kata obrotu umozliwia dobór elemen¬ tarnej dzialki znacznika w szerokim zakresie war¬ tosci kata.W refraktometrze wedlug. wynalazku fala ultra¬ dzwiekowa biegnie droga od glowicy przez ciecz wypelniajaca naczynie cylindryczne do badanej próbki, po odbiciu od niej przez ciecz do we¬ wnetrznej powierzchni naczynia cylindrycznego, a po odbiciu od tej powierzchni powtórnie do próbki i po odbiciu od niej wraca przez ciecz do glowicy. Refraktometr daje katowa zaleznosc wspólczynnika odbicia, z której to zaleznosci moz¬ na odczytac predkosc fal podluznych, poprzecznych i powierzchniowych oraz tlumienie wystepujace w badanym materiale. Tak wiec refraktometr po¬ zwala na jednoczesny pomiar wlasnosci sprezys¬ tych i niesprecystych' przy jednostronnym dostepie do badanego elementu. W wyniku pomiaru uzys¬ kuje sie informacje o wlasnosciach cienkiej war¬ stwy przypowierzchniowej, a uzyskiwana doklad¬ nosc pomiarów Drectkosci fal siega 2 rn/sek. Sta¬ nowi to znaczny postep' w porównaniu do doklad¬ nosci rzedu 100 m/sek., uzyskiwanej w znanych urzadzeniach. przedmiot wynalazku jest dokladniej opisany na przykladzie wykonania w zwiazku z rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia schemat urzadzenia, a fig. 2 — schemat drogi fali ultradzwiekowej.Jak uwidoczniono na rysunku, podstawowym zespolem refraktometru jest goniometr ultradzwie¬ kowy zaopatrzony w cylindryczne naczynie 1. W becznyni otworze scianki naczynia 1 jest umiesz¬ czona ultradzwiekowa glowica 2 uszczelniona za pomoca uchwytu 3, umozliwiajacego precyzyjna regulacje; polozenia osi wiazki ultradzwiekowej.Wewnatrz naczynia 1 na osi glównej, przechodza¬ cej przez, otwór w srodku dna njaczynia, jest umo¬ cowany ot)rotowy pQmiafowy stolik 4, pozwalajacy na, justacje polozenia badanej próbki. Stolik $ jest osadzony na osi polaczonej z napedowym mecha¬ nizmem 5» zlczonym z pilnika elektrycznego i ukla¬ du bezluzowych kól zebatych. Na tej samej osi, poniiej naczynia 1, jest osadzony ontyczny kato¬ mierz S z noniujszem. Ponadto ze wspomniana osia jest sprzezony potencjometryczny obwód 7, dajacy 747 4 na wyjsciu napiecie proporcjonalne do kata obro¬ tu, z mozliwoscia wyboru przedzialu zmian kata voraz fotoelektryczny uklad 8 znaczników kata ob¬ rotu z mozliwoscia doboru elementarnej dzialki 5 znacznika. W napedowym zespole5 jest umieszczo¬ ne sprzeglo 9, umozliwiajace wlaczanie napedu mechanicznego lub recznego. Naped mechaniczny jest zaopatrzony w uklad 10 sterowania. Optyczny katomierz z noniuszem jest dodatkowo wyposazo- io ny w odczytowy mikroskop 11 ze zródlem swiatla.Z glowica 2 goniometru jest polaczony zes¬ pól 12, zawierajacy nadajnik N i odbiornik O fal ultradzwiekowych z analogowym monitorem M.Ponadto refraktometr ma zasilacz 13 z polaczenia- 15 mi. pokazanymi na rysunku oraz dwukanalowy pisak 14.Wspomniany ultradzwiekowy nadajnik N sluzy do wytwarzania impulsów elektrycznych wysokie¬ go napiecia, pobudzajacych do drgan przetwornik 20 piezoelektryczny glowicy 2. Impulsy nadajnika mo¬ ga byc wypelnione drganiami sinusoidalnymi o re¬ gulowanej czestotliwosci lub moga byc niewypel¬ nione. Zmiana czestotliwosci fali ultradzwiekowej moze byc realizowana przez zmiane ultradzwieko- ^5 wej glowicy 2 lub przez zmiane czestotliwosci im¬ pulsu pobudzajacego przetwornik na któras z nie¬ parzystych wielokrotnosci czestotliwosci podstawo¬ wej uzytego przetwornika. Odbiornik O stanowi szerokopasmowy wzmacniacz napiecia zmiennego.Monitor M daje na wyjsciu napiecie proporcjonal- ne do amplitudy cisnienia impulsu ultradzwieko¬ wego odebranego przez glowice 2. W przypadku pobudzania przetwornika impulsem niewypelnio¬ nym, zadania zespolu 12, obejmujacego nadajnik, odbiornik i monitor, moga spelniac odpowiednie zespoly tytowych defektoskopów ultradzwieko¬ wych.Zasilacz 13 jest 'bodlem regulowanego napiecia zasilania silnika w napedowym zespole 5, napiecia zasilania styczników ukladu 10 sterowania, napie¬ cia zasilajacego fotoelektryczny uklad 8 znaczni¬ ków kata obrotu, napiecia oswietlenia pola widze¬ nia odczytowego mikroskopu 11, wzorcowego na¬ piecia zasilajacego potencjometryczny obwód 7 ^ oraz naciecia zasilajacego zespól 12.Dwukanalowy pisak 14 jest urzadzeniem o budo¬ wie konwencjonalnej, dostepnym na rynku.Refraktometr wedlug wynalazku dziala w na¬ stepujacy sposób. 50 Ultradzwiekowa glowica 2, pobudzana impul¬ sami elektrycznymi 'nadajnika N, wysyla impulsy fal ultradzwiekowych w kierunku badanego ma¬ terialu. Impulsy te po odbiciu na' granicy ciecz-ba- dana próbka padaja na wewnetrzna cylindryczna 55 powierzchnie naczynia 1 i po odbiciu od niej po¬ wracaja ta sama droga do glowicy 2; Glowica prze¬ twarza impulsy ultradzwiekowe na impulsy elek¬ tryczne o amplitudzie proporcjonalnej do cisnienia impulsów ultradzwiekowych. Po wzmocnieniu 60 i *detekcji na wyjsciu monitora M otrzymuje sie napiecie proporcjonalne do amplitudy cisnienia' wybranego impulsu ultradzwiekowego. Naciecie to jest rejestrowane' na "borze- Yk* * pisaka *4.Ofcrót próbki 'wokól "wlasnej-osi? -gfcrtrodAije zrtiia- 65 ne kata padania wiazki fal ultradzwiekowych na.\ 5 powierzchnie próbki. Rejestrowane w torze Yi zmiany amplitudy impulsu ultradzwiekowego w funkcji kata obrotu próbki sa spowodowane zmia¬ nami wartosci wspólczynnika odbicia na granicy ciecz-próbka.Z obrotem osi glowicy goniometru jest sprze¬ zony obrót optycznego katomierza 6, obrót po¬ tencjometru 7 w ukladzie monitorowania kata obrotu oraz obrót tarczy modulacyjnej w foto- elektrycznym ukladzie 8 znaczników kata obrotu.Obrót osi glównej powoduje powstanie napiecia proporcjonalnego do kata obrotu. Napiecie to jest doprowadzone do toru X pisaka 14. Generowane w ukladzie 8 znaczników kata obrotu impulsy elektryczne sa doprowadzane do toru Y2 pisaka.Pisak rejestruje wiec katowy rozklad wartosci wspólczynnika odbicia fal ultradzwiekowych na granicy ciecz-badane cialo stale. Potencjometrycz- ny uklad 7 umozliwia wybranie dowolnego zakresu zmian kata padania i rozciagniecie go na calej szerokosci pola roboczego pisaka 14.W refraktometrze wedlug wynalazku istnieje mozliwosc recznego napedu obrotu osi glównej goniometru i odczytywania -bezposrednio z op¬ tycznego katomierza 6 wartosci k^tów paciania dia charakterystycznych wartosci amplitudy wybrane¬ go impulsu odbitego od powierzchni badanej, próbki.Na zarejestrowanej za pomoca pisaka 14 krzy¬ wej, przedstawiajacej zmiany wartosci wspólczyn¬ nika odbicia R w funkcji padania kata a, wyste¬ puja charakterystyczne punkty ^d^owiadaiace kry¬ tycznym wartosciom kata padania, przy których katy zalamania poszczególnych rodzajów fal sa równe 90°. Z krzywej R (a) wyznacza sie wartosc katów krytycznych. Nastepnie z zaleznosci: c, = _^^ sin acryt igdzie: ci — predkosc fali podluznej w cieczy, C2 -npredkosc modulu, dla którego przy kacie pa¬ dania acryt kat zalamania jest równy 90°, wyznacza sie predkosci poszczególnych rodzajów fal w prób¬ ce, mianowicie: podluznych cl, poprzecznych cT, powierzchniowych cR, a takze poszczególnych ty¬ pów fal Lamba. Ze znanych zaleznosci pomiedzy predkosciami fal wylicza sie wspólczynnik Poisso- na i moduly sprezystosci materialu próbki. Z jed¬ nego przebiegu R (a) wyznacza sie wartosci wszy¬ stkich modulów sprezystosci 2 rzedu.Najbardziej charakterystycznym na krzywej R (a) jest minimum odpowiadajace katowi padania «cryt R, przy którym fale powierzchniowe maja najwieksza amplitude. Wartosc acrytR wiaze sie z wlasnosciami sprezystymi warstwy przypo¬ wierzchniowej próbki o grubosci rzedu dlugosci wzbudzonych fal powierzchniowych. Glebokosc i ksztalt minimumu na krzywej R (a) wiaze sie z wlasnosciami niesprezystymi (tlumieniem) bada- IU1 6 nego materialu. Wyznaczenie wartosci acrytR i ksztaltu minimum na krzywej R (a) pozwala na badanie wartosci lub zmian wartosci parametrów sprezystych i niesprezystych w procesach róznych 5 oddzialywan, którym zostala poddana próbka.W szczególnosci przez pomiar acrytR przy uzyciu refraktometru wedlug wynalazku bada sie: natu¬ ralna anizotropie, wlasnosci sprezystych cial sta¬ lych, albo anizotropie wywolana przez obróbke 10 plastyczna Jtulb przez przylozenie naprezen; zmiany wlasnosci sprezystych i niesprezystych materialów konstrukcyjnych spowodowane przez obróbke cieplna, chemiczna, mechaniczna itp.; wlasnosci warstw dyfuzyjnych i galwanicznych; wplyw ku^ 15 mulacji uszkodzen w procesie zmeczenia oraz orientacje ziaren (teksture).Uzyskane dane pozwalaja takze na rozróznianie gatunków materialów konstrukcyjnych, wyznacza¬ nie wartosci - stalych sprezystosci II rzedu, a dla 20 pewnych grup materialów kruchych, takich jak: zeliwo szare, betony, niektóre tworzywa ceramicz¬ ne, w których wystepuje zaleznosc miedzy wlas¬ nosciami sprezystymi i wytrzymalosciowymi, moz¬ na wyznaczac wytrzymalosc dorazna.Zastrzezenia patentowe 1. Refraktometr ultradzwiekowy zaopatrzony w 30 goniometr z glowica ultradzwiekowa oraz nadajnik i odbiornik ultradzwiekowy, znamienny tym, ze cylindryczne naczynie (1) z umocowana w otworze bocznej scianki ultradzwiekowa glowica (2) ma w c'*si powierzchni cylindrycznej umocowana 35 i przeprowadzona przez dno pionowa os obrotu, ma której górnym koncu, wewnatrz naczynia (1), jest umocowany pomiarowy stolik (4), a ponizej naczy¬ nia sa do tej osi przymocowane katomierz (6) i me¬ chanizm (5) recznego i/lub mechanicznego napedu 40 ruchu obrotowego oraz sa z nia sprzezone poten- cjometryczny obwód (7) dajacy napiecie propor¬ cjonalne do kata obrotu osi i fo^oelektryczny uklad .(8) znaczników kata obrotu. 1 2. Refraktometr wedlug zastrz. 1, znamienny 4g tym, ze os nadawczo-odbiorczej glowicy (2) jest ustawiona prostopadle do osi cylindrycznego na¬ czynia (1). 3. Refraktometr wedlug zastrz. 1, znamienny tym* ze glowica (2) jest umieszczona w uszczelnio- 50 nym uchwycie (3) umozliwiajacym jej wymiane i justacje z zewnatrz cylindrycznego naczynia (1). 4. Refraktometr wedlug zastrz. 1, znamienny tjm, ze jest przystosowany do wspólpracy z do¬ wolnym defektoskopem ultradzwiekowym. 55 5. Refraktometr wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze katomierz (6) jest zaopatrzony w noniusz oraz w odczytowy mikroskop (11) ze zródlem swiatla.107 747 l FIG. 1 FIG. 2 RSW Zakl. G-raf. W-wa, Srebrna 16, z. 100-80/O |— 105+20 egz.Cena 45 zl PL