SU1589198A1

SU1589198A1 - Ультразвуковое устройство дл измерени физико-механических параметров вещества

Info

Publication number: SU1589198A1
Application number: SU884495978A
Authority: SU
Inventors: Люция Винцентовна Юозонене
Original assignee: Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 1990-08-30

Abstract

Изобретение относитс к технике акустических измерений и может быть использовано дл измерени физико-механических параметров твердых тел: модул сдвига, коэффициента Пуассона, модул Юнга, а также плотности материалов. Цель изобретени - повышение производительности контрол за счет обеспечени посто нного угла ввода зондирующих акустических волн. У устройстве осуществл етс зондирование образца поперечной ультразвуковой волной с измерением ее скорости распространени , продольной ультразвуковой волной с измерением скорости распространени последней и коэффициента отражени продольной акустической волны. По результатам измерений определ ют контролируемые параметры. 2 ил.

Description

Изобретение относитс к технике акустических измерений и может быть использовано дл измерени и контрол физико-механических параметров твердых тел: модул сдвига, коэффициента Пуассона, модул Юнга, а также плотности материала.

Цель изобретени - повышение производительности контрол за счет обеспечени посто нного угла ввода зондирующих акустических волн.

На фиг. 1 изображена структурна схема предлагаемого устройстваj на фиг. 2 - разрез второй пластины с отражател ми акустических волн.

Ультразвуковое устройство дл измерени физико-механических параметров вещества содержит пьедопреобразо- ватель 1 продольных акустических

волн, акустически св занную с последним призму 2, предназначенную дл преобразовани продольных акустических волн в поперечную зондирующую акустическую волну, последовательно соединенные генератор 3 импульсов, коммутатор А, усилитель S и индикатор 6 и подключенный к второму выходу коммутатора второй пьезопреобразова- тель 7 продольных волн, предназначенный дл приема поперечных акустических волн, последовательно соединенные селектор В импульсов, второй усилитель 9 и измеритель 10 отношени напр жений, две плоскопараллельные пластины 11 и 12, выполненные из одинакового материала, перва из ко- . торых (пластина 11) акустически св зана одной из поверхностей с второй

сл

СХ) СО

ф

00

гранью призмы 2, а втора пластина 112 акустически св зана одной из по- рерхностей с вторым пьезопрербразо- Ьателём 7 продольных волн, на ее второй поверхности выполнены два разновысоких равных по площади плоскопараллельных отражател 13 и 1 акустических волн, третий и четвертый выходы коммутатора подключены соответственно к входу первого пьезо преобразовател продольных акусти- |ческкх волн к входу селектора импуль icoB, второй выход которого подключен к второму входу измерител отношени напр жений. Кроме того,на фиг.1 ;и 2 изображены контролируемое изделие 15, траектори распространени :зондирую1дей акустической волны 1б- 19 изучаемой первым пьезопреобразо- вателем 1, траектори распространени продольной акустической волны 20-22, излучаемой вторым пьезопре- образователем 7.

Ультразвуковое устройство работа- ет следующим образом.

Пьезопреобразователь 1, подключенный к генератору 3 импульсов чере коммутатор , излучает продольные ультразвуковые волны tO в призму 2, падающие на плаЬтину 11 под углом t/. Материал призмы 2 и угол W подбирают таким образом, что ультразвуковые волны, прошедшие через границу раздела между призмой 2 и пластиной 11 под углом полностью трансфер мируютс в поперечные волны. В пластине 11 распростран ютс только поперечные .волны 17, Которые, если пренебречь потер ми в материалах призмы 2 и пластины 11, получают всю энергию продольных волн, излучаемых пьезопреобразователем 1. Это осущест л етс при условии

;ь-

с( arc sin

Т|

(1)

(f) - ) - О -S- ,

(2),

-Т1

р, р, с

плотности соответственно призмы и пластин 11 и 12 55 скорость распространени ультразвука в жидкостной призме 2;

Т1

- скорость распространени . поперечных волн в пластинах 11 и 12.

В контролируемом образце 15 возбуждаютс поперечные волны 18, которые преломл ютс под углом , доход т до задней границы контролируемого вещества 15, преломл ютс в пластине 12 под углом kS°, распростран ютс te виде поперечных волн 19 и падают на плоскость пьезопреобра- зовател 7 под углом 5. Сигналы с выхода последнего усиливаютс первым усилителем 5 и наблюдаютс на экране индикатора (осциллографа) 6. По калиброванной шкале индикатора 6 измер ют врем t, через которое ультразвуковые импульсы проход т путь от преобразовател 1 до пьезо- преобразовател 7. Определ ют разность времени t - t , где tj, - врем , определенное заранее при отсутствии контролируемого образца 15, т.е. врем прохождени ультразвуковыми импульсами рассто ни в призме 2 и в пластинах 11 и 12. Таким образом , врем прохождени пути в исследуемом образце 15 поперечными волнами t t - t. Тогда скорость распространени поперечных волн в веществе исследуемого образца определ етс по формуле

Г г

(3)

где X - рассто ние между нормал ми, выведенными через точки входа и выхода луча поперечных волн из образца 15. При определении скорости распространени продольных волн в образце 1 5 измер ют врем t ( прохождени продольными волнами рассто ни 2d, т.е. толщины образца в пр мом и обратном направлении. Дл этого пьезо- преобразователь 7 подключают через коммутатор к генератору 3 импульсов . Тогда Пьезопреобразователь 7 излучает в образец 15 импульсы продольных волн, которые проход т рассто ние d, отражаютс от противоположной плоскости образца, возвращаютс обратно к пьезопреобразователю 7, усиливаютс усилителем 5 и наблюдаютс на экране индикатора (осциллографа ) 6. По калиброванной шкале индикатора 6 измер ют врем tj, че5 1

рез которое импульсы продольных волн прохол т двойное рассто ние d. (Скорость продольных волн определ ют по формуле

5891986

Из выражени коэффициента отра- жени v на границе: пластина 5 - образец 15 по формуле

2d

(М

Затем определ ют коэффициент отражени v продольных волн от границы: пластина 12 - образец 15. Пьезо преобразователь 7, подключенный через коммутатор Ц к генератору 3 импульсов , излучают в пластину 12 импульсы продольных волн 20 и 21. Половина поверхности пластины 12 граничит с воздухом, а друга половина - с исследуемым образцом 15. Отраженные от ближней отражающей по- верхности пластины 12, граничащей с воздухом, и от дальней отражающей поверхности, граничащей с исследуемым образцом 15, ультразвуковы.е. импульсы 20 и 21 принимаютс этим же .пьезопреобразователем 7 и подаютс через коммутатор k на вход селектора В импульсов, на первом выходе которого выдел етс импульс, создаваемый продольными волнами 20, а на втором - продольными волнами 21, и далее эти сигналы: первый непосредственно , второй после усилени вторым усилителем 9 подаютс соответственно на второй и первый входы измерител 1 О отношени напр жений. При этом коэффициент усилени усилител 9 выбирают таким образом, чтобы при отсутствии контролируемого образца 15 амплитуды импульсов, пдаваемых на входы измерител 10 отношени напр жений былИ равны. Toi- да показание последнего при акустическом контакте пластины 12 с исследуемым образцом 15 равно коэффициенту отражени v продольных волн от границы между пластиной 12 и образцом 15, падающих перпендикул рно на указанную границу.

Дл определени физико-механических параметров твердого вещества необходимо знать два из этих параметров , например, модуль сдвига ц и коэффициент Пуассона ОМодуль сдвига | выражаетс формулой

И р

г

(5)

V,

faCti - f, CL, P.

(6)

может быть найдено значение плот- ности о вещества образца 15

Р, Я, CL.CI + УС)(J)

-1г - ) 7

.-Тогда из (5) и (6) следует, что

f,c..(1 + vj 1 Ч.О -V,) - )

Подставл значение скорости с из (3) в (8) получаем, что

25

p-/:jr-vt.o)

Дл исключени рассто ни х из последней формулы (9), находим другое выражение скорости поперечных волн . Из закона Снеллиуса на границе: пластина 5 - образец 15 следует, что

с тг с т sin /J sinAS

35

илиcri

2с

Т1

sin|5 (10) получаем, что

(10)

Si с sin/3.

(11)

Подставл значение sin л из формулы

/3 у. dt02)

в формулу (11) получаем, что

с,,хТ т1 у xi+ di

Из (3) и (13) следует уравнение

(13)

с - 2с с + - О тг тг 1 - .

(Т)

После решени уравнени () полу- чаем, что

;; 11

Т1

о 1 .1 2ст| d

t

(15)

Тогда из С), (8) и (15) следует, чтЬ

10

,K-4kit4i 5 4 J,t

if;,

Коэффициент Пуассона iJ выражает- с4 общеизвестной формулой

( CTI ;

2(Щ

Сп

(17)

20

формул С),и (15) находим, что

.i

25

(-)

Т1

4d

1-(18)

.:« Г,1 .,ГГ 2cT, Ч|Ч,:ЬТ|С -- у- . 30

Таким образом, из выражений (1б), (17) и (18) могут быть рассчитаны параметры и ) , а при известности последних могут быть найдены и другие физико-механические параметры, например.модуль Юнга и коэффициент всестороннего сжати ,

Claims

Формула изобретени Ультразвуковое устройство дл измерени физико-механических параметров вещества, содержащее пьезопре- образователь продольных акустических волн, акустически св занную с ним призму, предназначенную дл преобразовани продольных акустических волн в пог еречную зондирующую акустическую волну, последовательно соединенные генератор импульсов, коммутатор , усилитель и индикатор и подключенный к второму выходу коммутатора второй пьезопреобразователь продольных волн, предназначенный дл приема поперечных акустических волн, отличающеес тем, что, с целью повышени производительности контрол , оно снабжено последовательно соединенными селектором импульсов , вторым усилителем и измерителем отношени напр жений и двум плоскопараллельными пластинами, выполненными из одинакового материала, перва .из которь1х акустически св зана одной из поверхностей с второй гранью призмы, а втора пластина акустически св зана одной из поверхностей с вторым пьезопреобразовате- лем продольных волн и на ее второй поверхности выполнены два разновысоких равных по площади плоскопараллельных отражател акустических волн третий и четвертый выходы коммутатора подключены соответственно к входу первого пьезопреобразовател продольных , акустических волн и к входу селектора импульсов, второй выход которого подключен к второму входу измерител отношени напр жений.