PL150769B1 - Przyrząd do pomiaru prędkości propagacji powierzchniowych fal ultradźwiękowych - Google Patents

Description

OPIS PATENTOWY

150 769

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Patent dodatkowy do patentu nr-Zgłoszono: 85 03 22 /P. 252505/

Pierwszeństwo CZYTELNIA

Ur/edu Patentowego

Int. Cl.⁵ G01N 29/00 G01H 5/00

URZĄD

PATENTOWY

RP

Zgłoszenie ogłoszono: 86 09 23

Opis patentowy opublikowano: 1990 11 30

Twórca wynalazku: Jacek Szelążek

Uprawniony z patentu: Polska Akademia Nauk, Instytut Podstawowych Problemów Techniki, Warszawa /Polska/

PRZYRZĄD DO POMIARU PRĘDKOŚCI PROPAGACJI POWIERZCHNIOWYCH FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do pomiaru prędkości propagacji powierzchniowych fal ultradźwiękowych, przeznaczony do nieniszczących badań własności i struktury materiałów i wyrobów na podstawie pomiarów prędkości rozchodzenia się fal powierzchniowych na płaskich i zakrzywionych powierzchniach zewnętrznych badanych przedmiotów.

Dotychczas do badań materiałów opartych na pomiarze czasu przejścia impulsu ultradźwiękowych fal powierzchniowych stosuje się przyrząd wyposażony w ustawione naprzeciw siebie głowicę nadawczą i głowicę odbiorczą z przetwornikiem piezoelektrycznym na fale podłużne. Głowice zawierają kliny załamujące wykonane z PMM. W rozwiązaniu tym wykorzystuje się pomiary czasu przejścia impulsu fal ultradźwiękowych pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem.

W publikacji pt.: Pomiary naprężeń własnych za pomocą powierzchniowych fal ultradźwiękowych L. Besztaka, Z. Pawłowskiego, Mat. 9 KKBN, Frombork 1979 r., k-25 jest opisana metoda badań wykorzystująca konstrukcję przyrządu wyposażonego w dwie głowice, nadawczą i odbiorczą. Głowice z klinami z PMM stykają się z badanym przedmiotem na powierzchni około 7 x 15 mm, a sprzężenie akustyczne uzyskuje się przez warstwę cieczy, wypełniającą szczelinę pomiędzy klinem a przedmiotem. Czas przejścia impulsu zależy od grubości warstwy cieczy. Grubość ta zależy z kolei od chropowatości i krzywizny powierzchni badanego przedmiotu. Jednocześnie czas przejścia impulsu fal ultradźwiękowych zmienia się w zależności od ilości cieczy sprzęgającej, pokrywającej powierzchnię badanego materiału pomiędzy głowicami.

W innym znanym rozwiązaniu przyrząd wyposażony jest w głowicę nadawczą i głowicę odbiorczą zaopatrzone w przetworniki piezoelektryczne na fale podłużne i metalowe falowody, liniowo stykające się bezpośrednio z powierzchnią badanego przedmiotu.

Metoda pomiaru opisana w publikacji pt.: The measurement of residual stress in textured Steel using on ultrasonic veiocity combinations techniąue, D.R. Allen, C.M. Seyers,

150 769

150 769

Ultrasonicy, polega na tym, że głowice liniowo stykają się z powierzchnią badanego przedmiotu na długości około 15 mm krawędziami metalowych falowodów. Liniowy styk wzdłuż krawędzi falowodu uzyskuje się przy kontakcie głowic z idealnie gładką i płaską powierzchnią. Nierówności powierzchni badanego przedmiotu powodują, że falowody stykają się z powierzchnią w przypadkowych punktach. W takich warunkach czas przejścia impulsu fal powierzchniowych nie jest mierzony na drodze równej odległości pomiędzy krawędziami falowodów głowic, lecz na drodze równej odległości pomiędzy punktami styku krawędzi z powierzchnią przedmiotu. Niedogodność taką można wyeliminować częściowo stosując ciecz sprzęgającą. Stosowanie cieczy sprzęgającej wprowadza wyżej przedstawione niedogodności. Mocowanie głowic w przedstawionych rozwiązaniach nie zapewnia zachowania stałej długości odcinka pomiarowego mierzonego na powierzchni badanego przedmiotu, podczas pomiarów na powierzchniach zakrzywionych, jak przedmioty w kształcie walca.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji przyrządu zapewniającego pomiar prędkości fal powierzchniowych przez pomiar czasu przejścia fal na ściśle ustalonym odcinku drogi określonym punktowym kontaktem głowic z powierzchnią badanego przedmiotu.

Zgodnie z wynalazkiem przyrząd posiada osadzone w obudowie co najmniej dwie jednakowe głowice odbiorcze zaopatrzone w falowody w kształcie stożków z przetwornikami na fale podłużne. Głowica nadawcza połączona jest z obudową, w taki sposób, że zapewnia współosiowoeć generowanej wiązki fal i linii wyznaczonej przez wierzchołki stożków falowodów. W połowie odległości pomiędzy głowicami odbiorczymi wyznaczonej przez wierzchołki falowodów umieszczony jest czujnik przemieszczeń.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia punktowy styk głowic odbiorczych z powierzchnią badanego przedmiotu. Zapewnia to ustawienie głowic w linii ściśle równoległej do kierunku rozchodzenia się fal powierzchniowych. Zastosowanie czujnika przemieszczeń według wynalazku umożliwia określenie długości odcinka pomiarowego na powierzchniach płaskich i zakrzywionych. Usytuowanie głowicy nadawczej według wynalazku zapewnia ustawienie odcinka pomiarowego w osi wiązki fal generowanych na powierzchni badanego przedmiotu.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przyrzącT do pomiaru prędkości propagacji fal ultradźwiękowych w widoku z boku, a fig. 2 ten sam przyrząd w widoku z góry.

Przyrząd posiada sztywną obudowę 1, w której osadzona jest ultradźwiękowa głowica nadawcza 6 na fale powierzchniowe oraz dwie jednakowe głowice odbiorcze 2 i 3 z falowodami 4 i 5 w kształcie stożków. Na podstawie stożków są umieszczone przetworniki piezoelektryczne na fale podłuż_T ne. Głowica nadawcza 6 jest zamocowana w obudowie 1 w taki sposób, że zapewnia współosiowość generowanej wiązki fal i linii wyznaczonej przez wierzchołki stożków falowodów 4 i 5 głowic odbiorczych 2 i 3. W połowie odległości pomiędzy głowicami odbiorczymi i wyznaczonej przez wierzchołki falowodów 4 i 5 umieszczony jest czujnik przemieszczeń 7.

Przyrząd umieszcza się na powierzchni badanego przedmiotu ί dopasowuje się do jego krzywizny. Impuls fal powierzchniowych generowanych przez głowice nadawczą 6 odbierany jest kolejno przez dwie głowice odbiorcze 2 i 3. Miernikiem czasu rejestrowany jest czas pomiędzy czasem ędbioru fal przez głowice odbiorcze 2 i 3, odpowiadający różnicy czasu przejścia fal pomiędzy punktami styku falowodów głowic odbiorczych 2 i 3 z powierzchnią badanego materiału. Wskaźnikiem czujnika przemieszczenia 7 rejestrowana jest strzałka krzywizny powierzchni na odcinku pomiarowym. Na podstawie zarejestrowanych wielkości, prędkość propagacji fal oblicza się ze wzoru: —

gdzie: β « a t n a - odległość pomiędzy głowicami odbiorczymi, At- czas przejścia, h - strzałka krzywizny, C_R - prędkość fal powierzchniowych.

150 769

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Przyrząd do pomiaru prędkości propagacji powierzchniowych fal ultradźwiękowych, wyposażony w nadawczą głowicę ultradźwiękową na fale powierzchniowe oraz ultradźwiękowe głowice odbiorcze, znamienny tym, że posiada osadzone w obudowie /1/ co najmniej dwie jednakowe głowice odbiorcze /2/ i /3/ zaopatrzone w falowody /4/ i /5/ w kształcie stożków z przetwornikami na fale podłużne, natomiast głowica nadawcza /6/ połączona jest z obudową /1/ w taki sposób, że zapewnia współosiowość generowanej wiązki fal i linii wyznaczonej przez wierzchołki stożków falowodów /4/ i /5/, przy czym w połowie odległości, pomiędzy głowicami odbiorczymi /2/ i /3/, wyznaczonej przez wierzchołki falowodów /4/ i /5/ umieszczony jest czujnik przemiesz czeń /7/.

   1 7

   Fig. 1

   Fig. 2