RU2108568C1

RU2108568C1 - Gear determining characteristics of materials

Info

Publication number: RU2108568C1
Application number: RU96116511A
Authority: RU
Inventors: В.В. Медведев; О.Ю. Троицкий
Original assignee: Томский политехнический университет
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-04-10

Abstract

FIELD: determination of heat and physical characteristics, study of properties of new materials, thermal nondestructive testing. SUBSTANCE: gear has source 1 of pulse heating, synchronizer 2, thermocouple 3 measuring temperature of surface of specimen. Thermocouple is connected through amplifier 5 to input of differentiator 6. Signals proportional to duration of heating pulse, time intervals from moment of start of gear and from moment of termination of heating pulse to moment of start of integration are formed across output of integrators 8-12. Operational logics of gear is ensured by controlled keys 20, 21, flip-flops 22, 23, logic OR gates 24, 25, frequency dividers 26-28. Values of signals proportional to calculated integrals and integration spacing are recorded by storage 30. Initial conditions are set in each calculation cycle and operation of gear is controlled by control unit 29. EFFECT: determination of heat and physical characteristics of materials of single-layer and multilayer objects in case of unidirectional access. 2 dwg

Description

Устройство относится к техническим средствам для определения теплофизических характеристик и может быть использоваться как при исследовании свойств новых материалов, так и в тепловом неразрушающем контроле. The device relates to technical means for determining the thermophysical characteristics and can be used both in the study of the properties of new materials, and in thermal non-destructive testing.

Известны способы определения теплофизических характеристик многослойных материалов [1, 2], основанные на измерении температуры поверхности образцов, нагретых с помощью импульсных источников, и обработке результатов измерений, полученных в течение определенного интервала времени. Указанные способы позволяют определить теплофизические характеристики многослойных материалов в том случае, когда известны заранее характеристики одного из слоев. Для послойного определения теплофизических характеристик перечисленные выше способы неприемлемы. Known methods for determining the thermophysical characteristics of multilayer materials [1, 2], based on measuring the surface temperature of samples heated using pulsed sources, and processing the measurement results obtained over a certain period of time. These methods make it possible to determine the thermophysical characteristics of multilayer materials in the case when the characteristics of one of the layers are known in advance. For the layered determination of thermophysical characteristics, the above methods are unacceptable.

Известно устройство для определения теплофизических параметров материалов [3], содержащее источник импульсного нагрева, термопару, усилитель, повторитель, интеграторы, дифференциатор, нуль-орган, триггер, умножитель, вычитатель, измеритель и источник опорного напряжения. A device for determining the thermophysical parameters of materials [3], containing a source of pulse heating, a thermocouple, an amplifier, a repeater, integrators, a differentiator, a zero-organ, a trigger, a multiplier, a subtractor, a meter and a reference voltage source.

Недостатками известного устройства [3] являются невысокая точность вследствие невозможности учета тепловых потерь и искажения помехами начального участка термограммы, а также невозможность послойного определения характеристик многослойных образцов. The disadvantages of the known device [3] are the low accuracy due to the impossibility of taking into account heat loss and distortion by noise in the initial portion of the thermogram, as well as the inability to layer-by-layer characterization of multilayer samples.

Известно устройство для прецизионного определения характеристик материалов [4], наиболее близкое по структуре к предлагаемому устройству, содержащее источник импульсного нагрева, вход которого соединен с выходом синхронизатора, термопару, подключенную через усилитель к входу дифференциатора, а также первый и второй интеграторы, источник опорного напряжения, при этом первый вход управления первого интегратора соединен с выходом синхронизатора, а информационный вход - с выходом источника опорного напряжения, информационный вход второго интегратора соединен с выходом усилителя, информационные входы третьего, четвертого и пятого интеграторов соединены с выходом источника опорного напряжения, а выходы каждого из них соединены с первыми входами первого, второго и третьего компараторов соответственно, вторые входы которых соединены с выходом масштабного усилителя, а вход масштабного усилителя соединен с выходом первого интегратора, выход первого компаратора соединен с первыми входами управления второго, третьего, четвертого и шестого интеграторов, выход второго компаратора соединен с вторыми входами управления четвертого и шестого интеграторов, входом управления пятого интегратора и первым входом управления седьмого интегратора, второй вход управления которого соединен с выходом третьего компаратора и вторым входом управления пятого компаратора, а информационный вход - с информационными входами второго и шестого интеграторов, выходом усилителя и входом дифференциатора, выход которого соединен с входом экстрематора, а выход экстрематора соединен с вторыми входами управления первого, второго и третьего интеграторов, причем выходы масштабного усилителя, второго, шестого и седьмого интеграторов являются первым, вторым, третьим и четвертым выходами устройства соответственно. A device for precision determination of the characteristics of materials [4], the closest in structure to the proposed device, containing a source of pulsed heating, the input of which is connected to the output of the synchronizer, a thermocouple connected through an amplifier to the input of the differentiator, as well as the first and second integrators, the reference voltage source wherein the first control input of the first integrator is connected to the output of the synchronizer, and the information input is connected to the output of the reference voltage source, the information input is second the integrator is connected to the amplifier output, the information inputs of the third, fourth and fifth integrators are connected to the output of the reference voltage source, and the outputs of each of them are connected to the first inputs of the first, second and third comparators, respectively, the second inputs of which are connected to the output of the scale amplifier the amplifier is connected to the output of the first integrator, the output of the first comparator is connected to the first control inputs of the second, third, fourth and sixth integrators, the output of the second compa the ator is connected to the second control inputs of the fourth and sixth integrators, the control input of the fifth integrator and the first control input of the seventh integrator, the second control input of which is connected to the output of the third comparator and the second control input of the fifth comparator, and the information input - to the information inputs of the second and sixth integrators, the output of the amplifier and the input of the differentiator, the output of which is connected to the input of the extremator, and the output of the extremator is connected to the second control inputs of the first, second and three three integrators, the outputs of a scale amplifier, the second, sixth and seventh integrators being the first, second, third and fourth outputs of the device, respectively.

Известное устройство предназначено для определения теплофизических характеристик однослойных образцов, что ограничивает его функциональные возможности. The known device is designed to determine the thermophysical characteristics of single-layer samples, which limits its functionality.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет способности определения характеристик материалов многослойных объектов при одностороннем доступе. The purpose of the invention is the expansion of the functionality of the device due to the ability to determine the characteristics of the materials of multilayer objects with one-way access.

В устройство, содержащее источник импульсного нагрева, вход которого через синхронизатор соединен с пусковой клеммой, термопару, подключенную через усилитель к входу дифференциатора, два компаратора, пять интеграторов и источник опорного напряжения, при этом первый вход управления первого интегратора и вход управления второго интегратора соединены с выходом синхронизатора, информационные входы с первого по четвертый интеграторов соединены с выходом источника опорного напряжения, информационный вход пятого интегратора соединен с выходом усилителя, выход первого интегратора соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен через масштабный усилитель с выходом третьего интегратора, выход масштабного усилителя соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом четвертого интегратора, а выход соединен с первым входом управления четвертого интегратора, дополнительно введены датчик длительности импульса, сумматор, блок умножения, нуль-орган, три делителя частоты, два триггера, два управляемых ключа, два логических элемента ИЛИ, запоминающее устройство и блок управления, при этом выход дифференциатора соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора, а выход соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом усилителя, а выход соединен через нуль-орган с первым входом первого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом датчика длительности импульса нагрева, вторым входом управления первого интегратора, первым входом первого логического элемента ИЛИ и первым входом первого триггера, а выход соединен с первым входом первого управляемого ключа, второй вход которого соединен с первым выходом второго триггера, а выход соединен с вторым входом первого триггера, первый выход которого является первым выходом устройства, а второй выход соединен с первым входом второго управляемого ключа, второй и третий входы которого соединены с выходом первого делителя частоты и вторым выходом второго триггера соответственно, а выход соединен с первыми входами управления третьего и пятого интегратора, вторым входом управления четвертого интегратора и первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора и первым входом второго делителя частоты, второй вход которого соединен с первым входом третьего делителя частоты, выходом синхронизатора и первым входом второго логического элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего делителя частоты, третьим входом управления четвертого интегратора и вторым входом первого логического элемента ИЛИ, а выход соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, выход первого логического элемента ИЛИ соединен с вторым входом управления третьего интегратора и третьим входом блока управления третьего интегратора и третьим входом блока управления, четвертый вход которого соединен с выходом второго делителя частоты, вторым входом управления пятого интегратора и вторым входом третьего делителя частоты, первый выход блока управления соединен с третьим входом управления пятого интегратора, второй выход блока управления соединен с первым входом запоминающего устройства второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом пятого интегратора и выходом масштабного усилителя, а выход является вторым выходом устройства. In a device containing a source of pulsed heating, the input of which through a synchronizer is connected to the start terminal, a thermocouple connected through an amplifier to the input of the differentiator, two comparators, five integrators and a reference voltage source, while the first control input of the first integrator and the control input of the second integrator are connected to synchronizer output, information inputs from the first to fourth integrators are connected to the output of the reference voltage source, the information input of the fifth integrator is connected to the amplifier, the output of the first integrator is connected to the first input of the first comparator, the second input of which is connected through the scale amplifier to the output of the third integrator, the output of the scale amplifier is connected to the first input of the second comparator, the second input of which is connected to the output of the fourth integrator, and the output is connected to the first input control of the fourth integrator, an additional pulse width sensor, an adder, a multiplication unit, a zero-organ, three frequency dividers, two triggers, two controlled keys, two logs are additionally introduced OR element, a storage device and a control unit, while the output of the differentiator is connected to the first input of the multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second integrator, and the output is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to the output of the amplifier, and the output is connected through null-organ with the first input of the first frequency divider, the second input of which is connected to the output of the sensor for the duration of the heating pulse, the second control input of the first integrator, the first input of the first logical element OR and the first input of the first trigger, and the output is connected to the first input of the first managed key, the second input of which is connected to the first output of the second trigger, and the output is connected to the second input of the first trigger, the first output of which is the first output of the device, and the second output is connected to the first input the second managed key, the second and third inputs of which are connected to the output of the first frequency divider and the second output of the second trigger, respectively, and the output is connected to the first control inputs of the third and fifth integrator, the second control input of the fourth integrator and the first input of the control unit, the second input of which is connected to the output of the second comparator and the first input of the second frequency divider, the second input of which is connected to the first input of the third frequency divider, the output of the synchronizer and the first input of the second logical element OR, the second input of which connected to the output of the third frequency divider, the third control input of the fourth integrator and the second input of the first logical element OR, and the output is connected to the first input of the second three the second input of which is connected to the output of the first comparator, the output of the first logical element OR is connected to the second control input of the third integrator and the third input of the control unit of the third integrator and the third input of the control unit, the fourth input of which is connected to the output of the second frequency divider, the second control input of the fifth integrator and the second input of the third frequency divider, the first output of the control unit is connected to the third control input of the fifth integrator, the second output of the control unit is connected to the first input of the storage device, the second and third inputs of which are connected respectively to the output of the fifth integrator and the output of the scale amplifier, and the output is the second output of the device.

На фиг. 1 изображена схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. In FIG. 1 shows a diagram of a device, FIG. 2 is a timing diagram explaining its operation.

Устройство содержит источник 1 импульсного нагрева, синхронизатор 2, термопару 3, измеряющую температуру поверхности образца 4, усилитель 5, дифференциатор 6, источник 7 опорного напряжения, интеграторы 8-12, компараторы 13, 14, масштабный усилитель 15, датчик 16 длительности импульса нагрева, блок 17 умножения, сумматор 18, нуль-орган 19, управляемые ключи 20, 21, триггеры 22, 23, логические элементы ИЛИ 24, 25, делители 26-28 частоты, блок 29 управления, запоминающее устройство 30. The device comprises a pulse heating source 1, a synchronizer 2, a thermocouple 3 measuring the surface temperature of sample 4, an amplifier 5, a differentiator 6, a reference voltage source 7, integrators 8-12, comparators 13, 14, a scale amplifier 15, a heating pulse duration sensor 16, multiplication block 17, adder 18, null-organ 19, controlled keys 20, 21, triggers 22, 23, OR gates 24, 25, frequency dividers 26-28, control unit 29, memory 30.

Источник 1 импульсного нагрева оптически связан с датчиком 16 длительности импульса нагрева и многослойным образом 4, температура поверхности которого измеряется термопарой 3. Вход источника 1 соединен с выходом синхронизатора 2. Вход синхронизатора 2 соединен с пусковой клеммой. Термопара 3 соединена с входом усилителя 5. Выход усилителя 5 соединен с входом дифференциатора 6, информационным входом интегратора 12 и вторым входом сумматора 18. Выход дифференциатора 6 соединен с первым входом блока 17 умножения. Второй вход блока 17 соединен с выходом интегратора 9. Выход блока 17 соединен с первым входом сумматора 18. Выход сумматора 18 соединен с входом нуль-органа 19. Выход нуль-органа 19 соединен с первым входом делителя 26 частоты. Второй вход делителя 26 соединен с выходом датчика 16, вторым входом управления интегратора 8, первым входом логического элемента ИЛИ 24 и первым входом триггера 22. Выход делителя 26 соединен с первым входом управляемого ключа 20 и вторым входом управляемого ключа 21. Второй вход управляемого ключа 20 соединен с первым выходом триггера 23. Выход управляемого ключа 20 соединен с вторым входом триггер 22. первый выход триггера 22 соединен с первым выходом устройства. Второй выход триггера 22 соединен с первым входом управляемого ключа 21. Третий вход управляемого ключа 21 соединен с вторым выходом триггера 23. Выход управляемого ключа 21 соединен с первым входом управления интегратора 12, первым входом блока 29 управления, вторым входом управления интегратора 11 и первым входом управления интегратора 10. Второй вход управления интегратора 10 соединен с выходом логического элемента ИЛИ 24 и третьим входом блока 29. Информационный вход интегратора 10 соединен с выходом источника 7 опорного напряжения, информационным входом интегратора 11, информационным входом интегратора 8 и информационным входом интегратора 9. Вход управления интегратора 9 соединен с выходом синхронизатора 2, первым входом логического элемента ИЛИ 25, первым входом делителя 28 частоты, вторым входом делителя 27 частоты и первым входом управления интегратора 8. Выход интегратора 8 соединен с первым входом компаратора 13. Второй вход компаратора 13 соединен через масштабный усилитель 15 с выходом интегратора 10, третьим входом запоминающего устройства 30 и первым входом компаратора 14. Второй вход компаратора 14 соединен с выходом интегратора 11. Выход компаратора 14 соединен с первым входом управления интегратора 11, вторым входом блока 29 и первым входом делителя 27. Выход делителя 27 соединен с четвертым входом блока 29, вторым входом управления интегратора 12 и вторым входом делителя 28. Выход делителя 28 соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ 24, третьим входом управления интегратора 11 и вторым входом логического элемента ИЛИ 25. Выход логического элемента ИЛИ 25 соединен с первым входом триггера 23. Второй вход триггера 23 соединен с выходом компаратора 13. Первый выход блока 29 соединен с третьим входом управления интегратора 12. Второй выход блока 29 соединен с первым входом запоминающего устройства 30. Второй вход запоминающего устройства 30 соединен с выходом интегратора 12. Выход запоминающего устройства 30 соединен с вторым выходом устройства. The pulse heating source 1 is optically coupled to a heating pulse duration sensor 16 and in a multilayer manner 4, the surface temperature of which is measured by a thermocouple 3. The input of the source 1 is connected to the output of the synchronizer 2. The input of the synchronizer 2 is connected to the start terminal. The thermocouple 3 is connected to the input of the amplifier 5. The output of the amplifier 5 is connected to the input of the differentiator 6, the information input of the integrator 12 and the second input of the adder 18. The output of the differentiator 6 is connected to the first input of the multiplication unit 17. The second input of block 17 is connected to the output of integrator 9. The output of block 17 is connected to the first input of adder 18. The output of adder 18 is connected to the input of zero-organ 19. The output of zero-organ 19 is connected to the first input of frequency divider 26. The second input of the divider 26 is connected to the output of the sensor 16, the second control input of the integrator 8, the first input of the OR gate 24 and the first input of the trigger 22. The output of the divider 26 is connected to the first input of the managed key 20 and the second input of the controlled key 21. The second input of the controlled key 20 connected to the first output of the trigger 23. The output of the managed key 20 is connected to the second input of the trigger 22. the first output of the trigger 22 is connected to the first output of the device. The second output of the trigger 22 is connected to the first input of the controlled key 21. The third input of the controlled key 21 is connected to the second output of the trigger 23. The output of the controlled key 21 is connected to the first control input of the integrator 12, the first input of the control unit 29, the second control input of the integrator 11 and the first input control of the integrator 10. The second control input of the integrator 10 is connected to the output of the logic element OR 24 and the third input of the block 29. The information input of the integrator 10 is connected to the output of the source 7 of the reference voltage, information m the input of the integrator 11, the information input of the integrator 8 and the information input of the integrator 9. The control input of the integrator 9 is connected to the output of the synchronizer 2, the first input of the logic element OR 25, the first input of the frequency divider 28, the second input of the frequency divider 27 and the first control input of the integrator 8. The output of the integrator 8 is connected to the first input of the comparator 13. The second input of the comparator 13 is connected through a scale amplifier 15 with the output of the integrator 10, the third input of the storage device 30 and the first input of the comparator 14. The second the input of the comparator 14 is connected to the output of the integrator 11. The output of the comparator 14 is connected to the first control input of the integrator 11, the second input of the block 29 and the first input of the divider 27. The output of the divider 27 is connected to the fourth input of the block 29, the second control input of the integrator 12 and the second input of the divider 28 The output of the divider 28 is connected to the second input of the OR gate 24, the third control input of the integrator 11 and the second input of the OR gate 25. The output of the OR gate 25 is connected to the first input of the trigger 23. The second input of the trigger 23 soy inen with the output of the comparator 13. The first output of block 29 is connected to the third control input of the integrator 12. The second output of block 29 is connected to the first input of the storage device 30. The second input of the storage device 30 is connected to the output of the integrator 12. The output of the storage device 30 is connected to the second output of the device .

Устройство работает следующим образом. В момент времени t₀ с выхода синхронизатора 2 поступает сигнал на вход источника 1 импульсного нагрева. Источник 1 запускается, при этом тепловой поток поступает на поверхность исследуемого образца 4. Одновременно сигнал с выхода синхронизатора 2 поступает на управляющие входы интеграторов 8 и 9, входы установки исходного состояния делителя 27, 28 и первый вход логического элемента ИЛИ 25.The device operates as follows. At time t ₀ the output of the synchronizer 2 receives a signal at the input of the source 1 of the pulse heating. The source 1 starts, while the heat flux enters the surface of the sample 4. At the same time, the signal from the output of the synchronizer 2 goes to the control inputs of the integrators 8 and 9, the inputs of the initial state setting of the divider 27, 28 and the first input of the OR gate 25.

Интеграторы 8 и 9 переводятся в режим интегрирования напряжения с выхода источника 7. Делители 27 и 28 устанавливаются в исходное (нулевое) состояние. Сигнал с выхода логического элемента ИЛИ 25 поступает на вход установки исходного состояния триггера 23. Триггер 23 устанавливается в исходное состояние. Исходному состоянию триггера 23 соответствует такое состояние, при котором на втором выходе триггера 23 сигнал отсутствует. Управляемый ключ 20 открыт сигналом с первого выхода триггера 23. Управляемый ключ 21 закрыт вследствие отсутствия сигнала на его третьем входе. The integrators 8 and 9 are transferred to the voltage integration mode from the output of the source 7. The dividers 27 and 28 are installed in the initial (zero) state. The signal from the output of the logic element OR 25 is fed to the input of the installation of the initial state of the trigger 23. The trigger 23 is set to its original state. The initial state of the trigger 23 corresponds to a state in which there is no signal at the second output of the trigger 23. The controlled key 20 is opened by the signal from the first output of the trigger 23. The controlled key 21 is closed due to the absence of a signal at its third input.

Температура поверхности образца 4 измеряется термопарой 3, сигнал с выхода которой усиливается усилителем 5 и поступает на вход дифференциатора 6, информационный вход интегратора 12 и второй вход сумматора 18. С выхода дифференциатора 6 сигнал, пропорциональный производной температуры T поверхности образца 4, поступает на первый вход блока 17. На второй вход блока 17 с выхода интегратора 9 поступает сигнал, величина которого пропорциональна интервалу времени, в течение которого интегратор 9 находится в режиме интегрирования. The surface temperature of sample 4 is measured by thermocouple 3, the output signal of which is amplified by amplifier 5 and fed to the input of the differentiator 6, the information input of the integrator 12 and the second input of the adder 18. From the output of the differentiator 6, a signal proportional to the derivative of the temperature T of the surface of the sample 4 is fed to the first input block 17. At the second input of block 17 from the output of the integrator 9 receives a signal whose value is proportional to the time interval during which the integrator 9 is in the integration mode.

Сигнал с выхода блока 17, пропорциональный произведению дифференциала сигнала на выходе усилителя 5 и сигнала, пропорционального интервалу времени с момента пуска устройства, поступает на вход сумматора 18. На второй вход сумматора 18 поступает сигнал с выхода усилителя 5. Сигнал с выхода сумматора 18, пропорциональный сумме сигналов на его входах, поступает на вход нуль-органа 19. The signal from the output of block 17, proportional to the product of the differential of the signal at the output of the amplifier 5 and the signal proportional to the time interval from the start of the device, is fed to the input of the adder 18. The second output of the adder 18 receives the signal from the output of the amplifier 5. The signal from the output of the adder 18 is proportional the sum of the signals at its inputs, is fed to the input of the zero-organ 19.

В момент времени окончания импульса нагрева срабатывает датчик 16. Сигнал с выхода датчика 16 поступает на входы установки исходного состояния триггера 22 и делителя 26, второй вход управления интегратора 8 и первый вход логического элемента ИЛИ 2. Триггер 22 и делитель 26 устанавливаются в исходное состояние. Исходному состоянию триггера 22 соответствует такое состояние, при котором сигнал на его первом выходе отсутствует. Исходному состоянию делителя 26, коэффициент деления которого K_I=2, соответствует такое состояние, при котором делитель 26 срабатывает в момент поступления на его первый вход сигнала с выхода нуль-органа 19. Интегратор 8 переводится в режим хранения. Величина сигнала на выходе интегратора 8 пропорциональна длительности импульса нагрева.At the time of the end of the heating pulse, the sensor 16. The signal from the output of the sensor 16 is fed to the inputs of the initial state of the trigger 22 and the divider 26, the second control input of the integrator 8 and the first input of the OR gate 2. The trigger 22 and the divider 26 are set to the initial state. The initial state of the trigger 22 corresponds to a state in which there is no signal at its first output. The initial state of the divider 26, the division coefficient of which K _I = 2, corresponds to a state in which the divider 26 is triggered when the signal from the output of the zero-organ 19 is received at its first input. The integrator 8 is put into storage mode. The magnitude of the signal at the output of the integrator 8 is proportional to the duration of the heating pulse.

С выхода логического элемента ИЛИ 24 сигнал поступает на третий вход блока 29 управления и второй вход управления интегратора 10. Блок 29 устанавливается в исходное состояние. Интегратор 10 переводится в режим интегрирования. Сигнал с выхода интегратора 10 поступает на вход масштабного усилителя 15, коэффициент усиления которого K=1/16. Сигнал с выхода масштабного усилителя 15 поступает на второй вход компаратора 13, на первый вход которого поступает сигнал с выхода интегратора 8. From the output of the OR gate 24, the signal is supplied to the third input of the control unit 29 and the second control input of the integrator 10. Block 29 is set to its initial state. The integrator 10 is put into integration mode. The signal from the output of the integrator 10 is fed to the input of a large-scale amplifier 15, the gain of which is K = 1/16. The signal from the output of the scale amplifier 15 enters the second input of the comparator 13, the first input of which receives the signal from the output of the integrator 8.

При равенстве сигналов на входах срабатывает компаратор 13 и сигнал с его выхода перебрасывает триггер 23. Триггер 23 устанавливается в таком состоянии, при котором появляется сигнал на его втором выходе. Открывается управляемый ключ 21 закрывается управляемый ключ 20. When the signals at the inputs are equal, the comparator 13 is triggered and the signal from its output throws the trigger 23. The trigger 23 is set in such a state that a signal appears on its second output. Opens the managed key 21 closes the managed key 20.

Если делитель 26 срабатывает ранее компаратора 13, сигнал с выхода делителя 26 через управляемый ключ 20 поступает на второй вход триггера 22. Триггер 22 перебрасывается в такое состояние, при котором появляется сигнал на его первом выходе. Управляемый ключ 21 закрывается, так как на его первом входе, соединенном с вторым выходом триггера 22, сигнал отсутствует, и определение характеристик образца 4 становится невозможным. If the divider 26 is triggered earlier than the comparator 13, the signal from the output of the divider 26 through the controlled key 20 is fed to the second input of the trigger 22. The trigger 22 is switched to a state in which a signal appears at its first output. The controlled key 21 is closed, since there is no signal at its first input connected to the second output of the trigger 22, and the characterization of sample 4 becomes impossible.

Если компаратор 13 срабатывает ранее делителя 26, сигнал с выхода компаратора 13 перебросит триггер 23 в такое состояние, при котором на его втором выходе появится сигнал, открывающий управляемый ключ 21. Управляемый ключ 20 закрывается, так как на первом выходе триггера 23 сигнал отсутствует. Сигнал с выхода делителя 26 через управляемый ключ 21 поступает на первые входы управления интеграторов 10 и 12, второй вход управления интегратора 11 и первый вход блока 29. Интегратор 10 переводится в режим хранения. Интеграторы 11 и 12 переводятся в режим интегрирования. Сигнал с второго выхода блока 29 поступает на первый вход запоминающего устройства 30. В запоминающее устройство 30 записывается величина сигнала, поступающего на третий вход запоминающего устройства 30 с выхода масштабного усилителя 15. Так как на информационные входы интеграторов 8-11 поступает сигнал с выхода источника 7 опорного напряжения, величины сигналов на выходах интеграторов 8-11 пропорциональны интервалам времени, в течение которых интеграторы 8-11 находятся в режиме интегрирования. If the comparator 13 is triggered earlier than the divider 26, the signal from the output of the comparator 13 will throw the trigger 23 into a state in which a signal appears that opens the controlled key 21. At its second output, the controlled key 20 is closed, since there is no signal at the first output of the trigger 23. The signal from the output of the divider 26 through the managed key 21 is supplied to the first control inputs of the integrators 10 and 12, the second control input of the integrator 11 and the first input of the block 29. The integrator 10 is put into storage mode. Integrators 11 and 12 are put into integration mode. The signal from the second output of block 29 is fed to the first input of the storage device 30. The value of the signal fed to the third input of the storage device 30 from the output of the scale amplifier 15 is recorded in the storage device 30. Since the signal from the output of the source 7 is supplied to the information inputs of integrators 8-11 reference voltage, the magnitude of the signals at the outputs of the integrators 8-11 are proportional to the time intervals during which the integrators 8-11 are in the integration mode.

На первый вход компаратора 14 поступает сигнал с выхода масштабного усилителя 15. Величина этого сигнала пропорциональна интервалу времени

- интервал времени от момента срабатывания датчика 16 до момента поступления на первый вход интегратора 10 сигнала с выхода управляемого ключа 21. На второй вход компаратора 14 поступает сигнал с выхода интегратора 11. При равенстве сигналов на входах компаратор 14 срабатывает. На выходе компаратора 14 появляется сигнал, который поступает на первый вход делителя 27, коэффициент деления которого K₂=3, второй вход блока 29 и первый вход управления интегратора 11. Интегратор 11 срабатывает в нулевое состояние, при этом режим интегрирования сохраняется. На втором выходе блока 29 появляется сигнал, который поступает на первый вход запоминающего устройства 30. В запоминающее устройство 30 записывается величина сигнала на выходе интегратора 12, пропорционального интегралу от сигнала на выходе усилителя 5 в интервале времени

от момента поступления на первый вход управления интегратора 12 сигнала с выхода делителя 26.The first input of the comparator 14 receives a signal from the output of a scale amplifier 15. The magnitude of this signal is proportional to the time interval

- the time interval from the moment the sensor 16 is activated until the signal arrives at the first input of the integrator 10 from the output of the controlled key 21. The signal from the output of the integrator 11 is received at the second input of the comparator 14. When the signals at the inputs are equal, the comparator 14 is triggered. At the output of the comparator 14, a signal appears that is fed to the first input of the divider 27, the division coefficient of which is K ₂ = 3, the second input of the block 29 and the first control input of the integrator 11. The integrator 11 is activated to zero, while the integration mode is maintained. At the second output of block 29, a signal appears which is fed to the first input of the storage device 30. The value of the signal at the output of the integrator 12 is proportional to the integral of the signal at the output of the amplifier 5 in the time interval

from the moment the integrator 12 receives a signal from the output of the divider 26 at the first control input.

С первого выхода блока 29 сигнал поступает на второй вход управления интегратора 12, приводя его в нулевое состояние, при этом режим интегрирования интегратора 12 сохраняется. From the first output of block 29, the signal is supplied to the second control input of the integrator 12, bringing it to the zero state, while the integration mode of the integrator 12 is maintained.

После второго и третьего срабатываний компаратора 14 в запоминающее устройство 30 записываются величины сигналов с выхода интегратора 12, пропорциональные интегралам от сигнала на выходе усилителя 5, вычисленным в интервалах времени, равных

. Таким образом, в запоминающее устройство 30 после третьего срабатывания компаратора 14 записаны величины сигналов, пропорциональные интервалу времени

и трем последовательно вычисленным с одинаковым шагом, равным

, интегралам от сигнала на выходе усилителя 5.After the second and third operations of the comparator 14, the values of the signals from the output of the integrator 12, proportional to the integrals of the signal at the output of the amplifier 5, calculated in time intervals equal to

. Thus, in the storage device 30 after the third actuation of the comparator 14, signal values proportional to the time interval are recorded

and three sequentially calculated with the same step equal to

, integrals of the signal at the output of the amplifier 5.

При поступлении на вход делителя 27 третьего сигнала с выхода компаратора 14 срабатывает делитель 27. С выхода делителя 27 сигнал поступает на третий вход управления интегратора 12, четвертый вход блока 29 и второй вход делителя 28, коэффициент деления которого K₃=3. Интегратор 12 переводится в режим хранения, прекращается подача сигналов с выходов блока 29 на входы интегратора 12 и запоминающего устройства 30.When the third signal arrives at the input of the divider 27 from the output of the comparator 14, the divider 27 is triggered. From the output of the divider 27, the signal is fed to the third control input of the integrator 12, the fourth input of block 29 and the second input of the divider 28, the division coefficient of which K ₃ = 3. The integrator 12 is transferred to storage mode, the supply of signals from the outputs of block 29 to the inputs of the integrator 12 and the storage device 30 is stopped.

При поступлении на вход делителя 28 третьего сигнала с выхода делителя 27 срабатывает делитель 28. Сигнал с выхода делителя 28 поступает на третий вход управления интегратора 11, второй вход логического элемента ИЛИ 24 и второй вход логического элемента ИЛИ 25. Интегратор 11 переводится в режим хранения. С выхода логического элемента ИЛИ 25 сигнал поступает на первый вход триггера 23, устанавливая триггер 23 в исходное состояние, которому соответствует наличие сигнала на его первом выходе. С выхода логического элемента ИЛИ 24 сигнал поступает на второй вход интегратора 10, сбрасывая интегратор 10 в нулевое состояние, при этом устанавливается режим интегрирования интегратор 10. Одновременно сигнал с выхода логического элемента ИЛИ 24 поступает на третий вход блока 29, устанавливая блок 29 в исходное состояние. When the third signal arrives at the input of the divider 28 from the output of the divider 27, the divider 28 is triggered. The signal from the output of the divider 28 is fed to the third control input of the integrator 11, the second input of the OR gate 24 and the second input of the OR gate 25. The integrator 11 is put into storage mode. From the output of the OR gate 25, the signal is supplied to the first input of the trigger 23, setting the trigger 23 to its original state, which corresponds to the presence of a signal at its first output. From the output of the OR gate 24, the signal is supplied to the second input of the integrator 10, resetting the integrator 10 to zero, and the integrator 10 is set to integration mode. At the same time, the signal from the output of the OR gate 24 goes to the third input of the block 29, setting the block 29 to its original state .

Порядок работы устройства при втором и последующих циклах вычисления характеристик соответственно второго и последующих слоев материала образца 4 аналогичен описанному выше, начиная с момента срабатывания датчика 16. The order of operation of the device during the second and subsequent cycles of calculating the characteristics of the second and subsequent layers of material of sample 4, respectively, is similar to that described above, starting from the moment the sensor 16 is activated.

На временных диаграммах (фиг. 2) изображено сверху вниз состояние выходов усилителя 5, сумматора 18, нуль-органа 19, делителя 26, датчика 16, интегратора 8 и масштабного усилителя 15, компаратора 13, первого выхода триггера 22, второго выхода триггера 22, первого выхода триггера 23, второго выхода триггера 23, компаратора 14, делителя 27, делителя 28. The time charts (Fig. 2) show the top-down status of the outputs of the amplifier 5, adder 18, null-organ 19, divider 26, sensor 16, integrator 8 and scale amplifier 15, comparator 13, first output of trigger 22, second output of trigger 22, the first output of trigger 23, the second output of trigger 23, comparator 14, divider 27, divider 28.

Таким образом, при импульсном нагреве излучением от источника 1 импульсного нагрева поверхности непрозрачного или полупрозрачного для излучения нагрева многослойного образца 4 конечной толщины

,
где
n - количество слоев; L_i - толщина i-го слоя; i=1,2,..n.Thus, when pulsed heating by radiation from a source 1 of pulsed heating of the surface of an opaque or translucent for radiation heating of a multilayer sample 4 of finite thickness

,
Where
n is the number of layers; L _i is the thickness of the i-th layer; i = 1,2, .. n.

Через количество поглощенной энергии Q кусочным интегрированием температурной кривой T с заданным устройством постоянным шагом по времени Δτ₁ , начиная с момента времени t₀₁, теплофизические характеристики материала первого слоя образца 4 определяют по формулам:

,
где
a₁, λ₁ - коэффициенты температуропроводности и теплопроводности материала первого слоя образца 4 соответственно;
γ₁ - объемная теплоемкость материала первого слоя образца 4;

.Through the amount of absorbed energy Q by piecewise integration of the temperature curve T with a given device at a constant time step Δτ ₁ , starting from time t ₀₁ , the thermophysical characteristics of the material of the first layer of sample 4 are determined by the formulas:

,
Where
a ₁ , λ ₁ are the coefficients of thermal diffusivity and thermal conductivity of the material of the first layer of sample 4, respectively;
γ ₁ - volumetric heat capacity of the material of the first layer of sample 4;

.

Определяемый самим устройством шаг интегрирования

,
где
t₁ - момент времени окончания импульса нагрева;
t₀₁ - момент времени, соответствующий равенству нулю функции F = T+2T′Δt на участке возрастания функции F (от минимума функции F до ее максимума).Device-defined integration step

,
Where
t ₁ is the time moment of the end of the heating pulse;
t ₀₁ is the point in time corresponding to the vanishing of the function F = T + 2T′Δt on the plot of increasing function F (from the minimum of the function F to its maximum).

За момент времени начала интегрирования принят момент времени, при котором F=0, так как момент времени начала регуляризации температурного режима совпадает с моментом времени достижения минимума функцией Φ = T²Δt , где Δt - интервал времени от момента времени запуска источника 1 до текущего момента времени Δt = t-t₀ [5], а минимуму функции Φ соответствует равенство нулю первой производной по времени
Φ′ = T(T+2T′Δt). .For the time of the start of integration, we have taken the point in time at which F = 0, since the time of the beginning of the regularization of the temperature regime coincides with the time when the minimum reached the function Φ = T ² Δt, where Δt is the time interval from the time of starting the source 1 to the current moment Δt = tt ₀ [5], and the minimum of the function Φ corresponds to the vanishing of the first time derivative
Φ ′ = T (T + 2T′Δt). .

Если величина Δτ₁ меньше длительности τ_и импульса нагрева Δτ₁≤ τ_и , вычисление I₁₁, I₁₂, I₁₃ и теплофизических характеристик материалов образца 4 не производится вследствие невозможности оценки погрешности определения теплофизических характеристик.If the quantity Δτ _{1 is} less than the duration τ _and the heating pulse Δτ ₁ ≤ τ _and , the calculation of I ₁₁ , I ₁₂ , I ₁₃ and the thermophysical characteristics of the materials of sample 4 is not performed due to the impossibility of assessing the error in determining the thermophysical characteristics.

Если величина Δτ₁ больше длительности τ_и импульса нагрева Δτ₁>τ_и , то устройством производится вычисление величины интегралов I₁₁, I₁₂, I₁₃ и определяется момент времени t₂ начала цикла вычислений. Так как шаг интегрирования Δτ₁ выбран равным

, а момент времени начала интегрирования, совпадающий с началом регуляризации температурного режима, соответствует [1, 5]:

,
шаг интегрирования Δτ₁ соответствует F₀=0,01.If the value Δτ ₁ is longer than the duration τ _and the heating pulse Δτ ₁ > τ _and then the device calculates the integrals I ₁₁ , I ₁₂ , I ₁₃ and determines the time t _{2 of the} beginning of the calculation cycle. Since the integration step Δτ _{1 is} chosen equal to

, and the time moment of the beginning of integration, which coincides with the beginning of the regularization of the temperature regime, corresponds to [1, 5]:

,
the integration step Δτ ₁ corresponds to F ₀ = 0.01.

Учитывая, что влияние материала второго слоя образца 4 на температурный режим начинается при F₀=0,25 [1, 5], длительности интервала времени Δ t₀= t₂-t₀₁ соответствует ΔF₀= F₀-F $\binom{*}{0}$ = 0,09 ; т.е. девяти шагам интегрирования, поэтому срабатывание делителя 28 соответствует моменту времени t₂. Следовательно, начало второго цикла вычислений определяется моментом срабатывания делителя 28.Considering that the influence of the material of the second layer of sample 4 on the temperature regime begins at F ₀ = 0.25 [1, 5], the duration of the time interval Δ t ₀ = t ₂ -t ₀₁ corresponds to ΔF ₀ = F ₀ -F $\binom{*}{0}$ = 0.09; those. nine integration steps, so the operation of the divider 28 corresponds to time t ₂ . Therefore, the beginning of the second cycle of calculations is determined by the moment of operation of the divider 28.

Эффективные теплофизические характеристики материалов первого и второго слоев совместно определяют по формулам:

,
где
a₁₂ - коэффициент эффективной температуропроводнисти материалов первого и второго слоев образца 4;
γ₁₂ - объемная эффективная теплоемкость материалов первого и второго слоев образца 4;
λ₁₂ - коэффициент эффективной теплопроводности материалов первого и второго слоев образца 4;

.The effective thermophysical characteristics of the materials of the first and second layers are jointly determined by the formulas:

,
Where
a ₁₂ is the coefficient of effective thermal diffusivity of the materials of the first and second layers of sample 4;
γ ₁₂ is the volumetric effective heat capacity of the materials of the first and second layers of sample 4;
λ ₁₂ is the coefficient of effective thermal conductivity of the materials of the first and second layers of sample 4;

.

Определяемый устройством шаг интегрирования во втором цикле вычислений

,
где
t₀₂ - момент времени, соответствующий равенству нулю функции F=T+2T' Δ t на участке возрастания функции F (от минимума функции F до ее максимума) во втором цикле вычислений теплофизических характеристик.Device-defined integration step in the second calculation cycle

,
Where
t ₀₂ is the point in time corresponding to the equality of the function F = T + 2T 'Δ t to zero in the plot of increasing the function F (from the minimum of the function F to its maximum) in the second cycle of calculations of thermophysical characteristics.

Теплофизические характеристики материала второго слоя образца 4 определяют по формулам:

,
где

;
a₂ - коэффициент температуропроводности материала второго слоя образца 4;
γ₂ - объемная теплоемкость материала второго слоя;
λ₂- коэффициент теплопроводности материала второго слоя;
Теплофизические характеристики материалов третьего и последующих слоев образца 4 определяют аналогичным образом, используя теплофизические характеристики материалов трех слоев образца 4, для которых они определены.The thermophysical characteristics of the material of the second layer of sample 4 are determined by the formulas:

,
Where

;
a ₂ - coefficient of thermal diffusivity of the material of the second layer of sample 4;
γ ₂ - volumetric heat capacity of the material of the second layer;
λ ₂ is the coefficient of thermal conductivity of the material of the second layer;
The thermophysical characteristics of the materials of the third and subsequent layers of sample 4 are determined in a similar way, using the thermophysical characteristics of the materials of the three layers of sample 4 for which they are determined.

Вычисления по формулам (1)-(9) и им подобным (для второго и третьего слоев совместно, третьего слоя и т.д.) не представляют сложности и реализуются стандартными алгоритмами. Calculations by formulas (1) - (9) and the like (for the second and third layers together, the third layer, etc.) are not difficult and are implemented by standard algorithms.

Если в i-ом цикле вычислений определяемая устройством величина

,
меньше длительности τ_и импульса нагрева Δτ_i<τ_и , то вычисление теплофизических характеристик материалов i-го и последующих слоев образца 4 не производится вследствие невозможности оценки погрешности определения теплофизических характеристик.If in the i-th calculation cycle the value determined by the device is

,
shorter than the duration τ _and the heating pulse Δτ _i <τ _and , then the calculation of the thermophysical characteristics of the materials of the ith and subsequent layers of sample 4 is not performed due to the impossibility of assessing the error in determining the thermophysical characteristics.

Таким образом, устройство обладает расширенными функциональными возможностями, позволяющими определять теплофизические характеристики материалов многослойных объектов при одностороннем доступе. Thus, the device has advanced functionality that allows you to determine the thermophysical characteristics of the materials of multilayer objects with one-way access.

Источники информации
1. Блохин С. П. и др. Определение отношения тепловых активностей слоев двухслойной системы бесконтактным методом. - В сб. "Теплофизика ядерно-энергетических установок". М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 20-24.Sources of information
1. Blokhin S. P. et al. Determination of the ratio of thermal activities of the layers of a two-layer system by the non-contact method. - On Sat "Thermophysics of nuclear power plants." M .: Energoatomizdat, 1986, p. 20-24.

2. Balageas D.L, Kraper J.C, Cielo P. Pulsed photothermal modelling of layered materials.- J.Appl.Phys, 1986, v. 59, N 2. 2. Balageas D.L., Kraper J.C., Cielo P. Pulsed photothermal modeling of layered materials.- J.Appl.Phys, 1986, v. 59, N 2.

3. А.с. СССР N 1557499, G 01 N 25/18, 1990. 3. A.S. USSR N 1557499, G 01 N 25/18, 1990.

4. А.с. СССР N 1755150, G 01 N 25/18, 1992. 4. A.S. USSR N 1755150, G 01 N 25/18, 1992.

5. Троицкий О.Ю. Импульсный тепловой неразрушающий контроль слоистых материалов. - Механика композитных материалов, 1992, N 4, с. 534-538. 5. Troitsky O.Yu. Pulse thermal non-destructive testing of laminated materials. - Mechanics of composite materials, 1992, N 4, p. 534-538.

Claims

A device for determining the characteristics of materials, containing a pulse heating source, the input of which through a synchronizer is connected to the start terminal, a thermocouple connected through an amplifier to the input of the differentiator, two comparators, five integrators and a reference voltage source, while the first control input of the first integrator and the control input of the second integrator connected to the output of the synchronizer, information inputs from the first to fourth integrators connected to the output of the reference voltage source, information the input of the fifth integrator is connected to the output of the amplifier, the output of the first integrator is connected to the first input of the first comparator, the second input of which is connected through the scale amplifier to the output of the third integrator, the output of the scale amplifier is connected to the first input of the second comparator, the second input of which is connected to the output of the fourth integrator, and the output is connected to the first control input of the fourth integrator, characterized in that it further comprises a heating pulse duration sensor, an adder, a multiplication unit, n al-organ, three frequency dividers, two triggers, two controlled keys, two OR gates, a storage device and a control unit, while the output of the differentiator is connected to the first input of the multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second integrator, and the output is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to the output of the amplifier, and the output is connected to the input of the zero-organ, the output of which is connected to the first input of the first frequency divider, the second input of which is connected to the output of the pulse duration sensor and heating, the second control input of the first integrator, the first input of the first OR gate and the first input of the first trigger, and the output is connected to the first input of the first managed key, the second input of which is connected to the first output of the second trigger, and the output is connected to the second input of the first trigger, the first output of which is the first output of the device, and the second output is connected to the first input of the second managed key, the second and third inputs of which are connected to the output of the first frequency divider and the second output of the second the trigger, respectively, and the output is connected to the first control inputs of the third and fifth integrators, the second control input of the fourth integrator and the first input of the control unit, the second input of which is connected to the output of the second comparator and the first input of the second frequency divider, the second input of which is connected to the first input of the third divider frequency, the synchronizer output and the first input of the second OR gate, the second input of which is connected to the output of the third frequency divider, the third control input of the fourth and integrator and the second input of the first logical element OR, and the output is connected to the first input of the second trigger, the second input of which is connected to the output of the first comparator, the output of the first logical element OR is connected to the second control input of the third integrator and the third input of the control unit, the fourth input of which is connected to the output of the second frequency divider, the second control input of the fifth integrator and the second input of the third frequency divider, the first output of the control unit is connected to the third control input of the fifth integrator Rathore, the second control unit output is connected to a first input of the memory device, the second and third inputs of which are connected to the output of the fifth integrator output and the scaling amplifier respectively, and the output is the second output of the apparatus.