RU187411U1 - Устройство для определения упругих констант твердых тел - Google Patents
Устройство для определения упругих констант твердых тел Download PDFInfo
- Publication number
- RU187411U1 RU187411U1 RU2018128592U RU2018128592U RU187411U1 RU 187411 U1 RU187411 U1 RU 187411U1 RU 2018128592 U RU2018128592 U RU 2018128592U RU 2018128592 U RU2018128592 U RU 2018128592U RU 187411 U1 RU187411 U1 RU 187411U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- exciting
- piezoelectric transducer
- unit
- changing
- receiving
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам для исследования материалов с помощью ультразвуковых волн, а именно к области ультразвукового неразрушающего контроля объектов, и может быть использована для определения модулей упругости твердых тел в образцах с плоскопараллельными границами в процессе их производства и эксплуатации. Технический результат: повышение точности и достоверности измерений. Сущность: устройство для определения упругих констант твердых тел содержит возбуждающий пьезопреобразователь, электрически соединенный с генератором и блоком измерения, приемный преобразователь, соединенный с блоком измерения. Блок измерения выполнен в виде блока измерения временных интервалов. Возбуждающий и приемный преобразователи снабжены каретками с градуировочными шкалами и выполнены с возможностью изменения положения пьезоэлемента относительно призмы для изменения угла ввода волн и соединены фиксирующей линейкой с кареткой изменения базы прозвучивания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Полезная модель относится к устройствам для исследования материалов с помощью ультразвуковых волн, а именно к области ультразвукового неразрушающего контроля объектов, и может быть использована для определения модулей упругости твердых тел в образцах с плоскопараллельными границами в процессе их производства и эксплуатации.
Из уровня техники известно устройство для определения коэффициента Пуассона ферромагнитных материалов на образцах с плоскопараллельными границами при одностороннем доступе и известной толщине образца. Оно состоит из намагничивающего устройства в виде П-образного электромагнита и двух ЭМА-преобразователей - возбуждающего, соединенного с генератором, и приемного, соединенного с усилителем. С помощью данного устройства в образце возбуждают и идентифицируют поверхностную и поперечную волны и по их скорости определяют коэффициент Пуассона [1].
Недостатком устройства является низкая достоверность, обусловленная низкой эффективностью ЭМА преобразования, необходимостью подстройки частоты, неизвестной базой прозвучивания в связи с тем, что точно не определена точка выхода луча в меандре; сложность оборудования; низкое отношение сигнал-шум; ограниченная область применения - только для ферромагнитных материалов.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению признано устройство, выбранное в качестве прототипа, реализующее способ определения упругих констант твердых тел (RU 2006853 C1, МПК G01N 29/04, опубл. 30.01.1994]. Оно состоит из прямого преобразователя продольных волн, подключенного в совмещенном режиме к дефектоскопу, и устанавливается на поверхность твердого тела с периодическими неровностями при шероховатости Rz, выбранной из условия Rz=20÷500 мкм. При этом в изделии возбуждаются продольные ультразвуковые волны, которые распространяются нормально к поверхности изделия. При прохождении продольной ультразвуковой волны через периодические неровности при шероховатости возникает трансформированная поперечная волна той же частоты, что и продольная излучаемая, которая также распространяется нормально к
поверхности ввода. Донные эхо-сигналы продольной и поперечной волн принимают преобразователем, измеряют время их приема, определяют по временам приема и толщине изделия скорости распространения продольной и поперечной волн, по которым рассчитывают упругие константы материала изделия: модуль сжатия К; модуль сдвига G; модуль упругости Е; коэффициент Пуассона ν [2].
Недостатком устройства являются: низкая достоверность измерений, связанная с тем, что амплитуда поперечных волн, трансформирующаяся на неровностях, очень мала, а также необходимость подготовки поверхности ввода с периодическими неровностями.
Технической задачей заявленной полезной модели, совпадающей с положительным результатом от ее применения, является повышение точности и, соответственно, достоверности измерений за счет возбуждения волн на фиксированной базе прозвучивания на образцах с плоской поверхностью.
Указанная задача решена тем, что устройство для определения упругих констант твердых тел содержит возбуждающий пьезопреобразователь, электрически соединенный с генератором и блоком измерения. Отличает устройство от известных то, что оно снабжено приемным пъезопреобразователем, электрически соединенным с блоком измерения, выполненным в виде блока измерения временных интервалов, причем возбуждающий и приемный преобразователи снабжены каретками с градуированными шкалами и выполнены с возможностью изменения углового положения пьезоэлемента относительно призмы для изменения угла ввода волн, а также соединены линейкой с кареткой для изменения базы прозвучивания.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фигуре приведена структурная схема устройства.
Устройство для определения упругих констант твердых тел имеет следующую конструкцию.
Его основой является генератор 1 переменного напряжения, возбуждающий пьезопреобразователь 2 и приемный пъезопреобразователь 3. При этом возбуждающий пьезопреобразователь 2 электрически соединен с генератором 1 и блоком измерения 4, к последнему электрически присоединен также приемный пъезопреобразователь 3. Возбуждающий и приемный преобразователи 2 и 3 снабжены каретками 5 и 6 с градуированными шкалами и выполнены с возможностью изменения углового положения пьезоэлемента 7
относительно призмы 8 для изменения угла ввода волн, а также соединены линейкой 9 с кареткой 10 для изменения базы прозвучивания контролируемого изделия 11.
Блок измерения временных интервалов может быть выполнен на основе микроконтроллера, снабженного микропроцессорным ядром, FLASH-памятью программ и SRAM-памятью данных, содержащий шестнадцатиразрядный таймер-счетчик для отсчета временных интервалов, цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к возбуждающему пьезопреобразователю и аналого-цифровой преобразователь, к входу которого подключен приемный пьезопреобразователь.
Устройство для определения упругих констант твердых тел используют следующим образом.
После установки пьезопреобразователей 2 и 3 на изделие 11 с выхода генератора 1 на возбуждающий пьезопреобразователь 2 подается высокочастотный электрический импульс, который возбуждает в материале изделия одновременно два типа волн - релеевскую CR, распространяющуюся по траектории AD по поверхности объекта контроля, и поперечную Ct, распространяющуюся по траектории ABD по толщине объекта контроля. Оба типа волн принимаются приемным пьезопреобразователем 3, преобразуются в электрические импульсы и поступают на вход блока 4 измерения временных интервалов.
Расстояние между возбуждающим 2 и приемным 3 пьезопреобразователями регулируется кареткой 10 линейки 9, а угол расположения пьезоэлементов 7 преобразователей 2 и 3 выбраны таким образом, чтобы часть пучка трансформировалась в релеевскую волну, а другая - в поперечную волну.
По измеренным временам прихода импульсов и толщине образца рассчитываются упругие модули по формулам:
где ν - коэффициент Пуассона; G - модуль сдвига; Е - модуль Юнга; L - база прозвучивания; tR - время распространения релеевской волны; tпр - время распространения ультразвуковой волны в призме пьезопреобразователя; Н - толщина образца; tt - время распространения поперечной волны; ρ - плотность материала образца.
Способ измерения, осуществляемый с помощью предложенного устройства, был опробован на образце твердого тела толщиной 5,6 мм из стали Ст3 и плотностью 7800 кг/м3 с шероховатостью поверхности ввода волн, равной 1,25 мкм. Измеренное время приема эхо-сигналов поперечной и релеевской волн равно соответственно: tt=26,125 мкс; tR=27,1 мкс.
Рассчитанные по формулам упругие константы равны: ν=0,29; G=83 ГПа; Е - 213 ГПа, что совпадает с табличными данными для данной стали.
Предлагаемое устройство позволяет определять константы упругости твердых тел с широким диапазоном параметров шероховатости, повысить точность и достоверность измерений за счет возбуждения в твердом теле поперечной и релеевской волн без их трансформации на периодических неровностях и, как следствие, увеличения амплитуды принятых сигналов. Повышение точности и достоверности измерений достигается также за счет создания одинаковых условий измерения времени прихода поперечной и релеевской волн. Использование данного устройства позволяет также повысить его функциональные возможности за счет использования пьезопреобразователя, который возбуждает ультразвуковые волны в материале независимо от электромагнитных свойств последнего.
Список использованных источников
1. Бабкин С.Э. Определение коэффициента Пуассона ферромагнитных материалов ЭМА-способом // Дефектоскопия, №5, 2016, с. 51-55.
2. RU 2006853 C1, МПК G01N 29/04. Ультразвуковой способ определения упругих констант твердых тел / Самедов Я.Ю., Щербинский В.Г., Абдуллаев А.И.; заявитель Научно-производственное объединение по технологии машиностроения. №4947350/28; заявл. 17.06.1991; опубл. 30.01.1994.
Claims (2)
1. Устройство для определения упругих констант твердых тел, содержащее возбуждающий пьезопреобразователь, электрически соединенный с генератором и блоком измерения, отличающееся тем, что оно снабжено приемным пъезопреобразователем, электрически соединенным с блоком измерения, выполненным в виде блока измерения временных интервалов, причем возбуждающий и приемный преобразователи снабжены каретками с градуированными шкалами и выполнены с возможностью изменения углового положения пьезоэлемента относительно призмы для изменения угла ввода волн, а также соединены линейкой с кареткой для изменения базы прозвучивания.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок измерения временных интервалов выполнен на основе микроконтроллера, снабженного микропроцессорным ядром, FLASH-памятью программ и SRAM-памятью данных, содержащий шестнадцатиразрядный таймер-счетчик для отсчета временных интервалов, цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к возбуждающему пьезопреобразователю, и аналого-цифровой преобразователь, к входу которого подключен приемный пьезопреобразователь.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018128592U RU187411U1 (ru) | 2018-08-02 | 2018-08-02 | Устройство для определения упругих констант твердых тел |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018128592U RU187411U1 (ru) | 2018-08-02 | 2018-08-02 | Устройство для определения упругих констант твердых тел |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU187411U1 true RU187411U1 (ru) | 2019-03-05 |
Family
ID=65678945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018128592U RU187411U1 (ru) | 2018-08-02 | 2018-08-02 | Устройство для определения упругих констант твердых тел |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU187411U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111175377A (zh) * | 2020-01-06 | 2020-05-19 | 中国地质大学(北京) | 岩体表面超声波测量换能器的定位装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4899588A (en) * | 1987-09-04 | 1990-02-13 | Micro Motion Incorporated | Method and apparatus for determining elastic constants in tubes |
SU1589198A1 (ru) * | 1988-10-17 | 1990-08-30 | Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса | Ультразвуковое устройство дл измерени физико-механических параметров вещества |
RU2006853C1 (ru) * | 1991-06-17 | 1994-01-30 | Самедов Явер Юсиф оглы | Ультразвуковой способ определения упругих констант твердых тел |
US8468889B2 (en) * | 2008-09-03 | 2013-06-25 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Apparatus for the non-destructive testing of samples using ultrasonic waves |
RU2660770C1 (ru) * | 2017-01-24 | 2018-07-09 | Вячеслав Михайлович Бобренко | Акустический способ определения упругих констант токопроводящих твёрдых тел |
-
2018
- 2018-08-02 RU RU2018128592U patent/RU187411U1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4899588A (en) * | 1987-09-04 | 1990-02-13 | Micro Motion Incorporated | Method and apparatus for determining elastic constants in tubes |
SU1589198A1 (ru) * | 1988-10-17 | 1990-08-30 | Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса | Ультразвуковое устройство дл измерени физико-механических параметров вещества |
RU2006853C1 (ru) * | 1991-06-17 | 1994-01-30 | Самедов Явер Юсиф оглы | Ультразвуковой способ определения упругих констант твердых тел |
US8468889B2 (en) * | 2008-09-03 | 2013-06-25 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Apparatus for the non-destructive testing of samples using ultrasonic waves |
RU2660770C1 (ru) * | 2017-01-24 | 2018-07-09 | Вячеслав Михайлович Бобренко | Акустический способ определения упругих констант токопроводящих твёрдых тел |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111175377A (zh) * | 2020-01-06 | 2020-05-19 | 中国地质大学(北京) | 岩体表面超声波测量换能器的定位装置 |
CN111175377B (zh) * | 2020-01-06 | 2021-05-25 | 中国地质大学(北京) | 岩体表面超声波测量换能器的定位装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2484623A (en) | Thickness measurement | |
US4026157A (en) | Method of quantitatively determining the grain size of substances | |
RU187411U1 (ru) | Устройство для определения упругих констант твердых тел | |
CN108802195B (zh) | 测量岩芯试样横波速度的试验装置及方法 | |
JPS6145773B2 (ru) | ||
RU2442154C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля структуры материала | |
Wei et al. | Complex Young's modulus measurement by incident wave extracting in a thin resonant bar | |
SU815614A1 (ru) | Ультразвуковой способ измерени МОдул юНгА | |
RU103002U1 (ru) | Высокочувствительный широкополосный датчик ультразвуковых колебаний | |
RU2783297C2 (ru) | Способ ультразвукового контроля электропроводящих цилиндрических объектов | |
RU2569039C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля дефектов с помощью поверхностных акустических волн | |
RU2688877C1 (ru) | Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов | |
SU1288589A1 (ru) | Устройство дл определени прочности бетона | |
SU1460620A1 (ru) | Способ определени средней скорости ультразвука в плавно-неоднородном слое | |
RU2334224C1 (ru) | Способ измерения среднего размера зерна материала ультразвуковым методом | |
RU176116U1 (ru) | Устройство для обнаружения и контроля неоднородностей твердых материалов | |
RU2006853C1 (ru) | Ультразвуковой способ определения упругих констант твердых тел | |
RU2589751C2 (ru) | Способ определения среднего диаметра зерна металлических изделий и устройство для его осуществления | |
SU1345063A1 (ru) | Способ определени толщины и скорости распространени ультразвуковых объемных волн в издели х | |
RU171185U1 (ru) | Устройство для контроля механических свойств материала под нагрузкой | |
SU1728658A1 (ru) | Способ ультразвукового контрол толщины плоскопараллельного образца | |
RU99615U1 (ru) | Устройство ультразвукового измерения шероховатости поверхности трубы | |
SU1552088A1 (ru) | Устройство дл исследовани механических характеристик материалов | |
UA150325U (uk) | Спосіб вимірювання швидкості ультразвукової хвилі в полімерних нанокомпозитах за допомогою міток калібрації | |
SU1730536A1 (ru) | Способ измерени толщины покрытий |