SU1682915A1 - Способ определени акустических параметров материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  акустических параметров материалов , например скорости и поглощени  ультразвуковых колебаний и т.д. Цель изобретени  - повышение производительности при прецизионных измерени х, Между двум  волноводами размещают пакет образцов , состо щий из образцов заданной толщины с плоскопараллельными поверхност ми с обеспечением акустического контакта между ними. Возбуждают импульсы ультразвуковых колебаний на свободном торце одного волновода и принимают на сао бодном торце другого волнопода прошедший волноводы и пакет образцов импульс и эхо-импульсы, отраженные от кзхдой поверхности образцов, по которым определ ют акустические параметры материалов образцов, а пор док установки образцов Q пакете выбирают с учетом длины образцои, скорости распространени  в них ультразвука и длительности ультразвукового импуль са.2 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  акустических параметров материалов , например скорости и поглощени  ультразвуковых колебаний и т.д., в химической , металлургической и других отрасл х промышленности.

Цель изобретени  - повышение производительности при прецизионных измерени х .

На фиг.1 приведена схема, иллюстрирующа  распространение импульсов ультразвуковых колебаний через волноводы и пакет образцов контролируемых материалов; на фиг.2 - устройство Иомеренич скорости распространени  ультразвуковых волн, реализующее предлагаемый способ.

Между двум  волноводами 1 размещен пакет образцов контролируемых этериа лов, содержащий четыре образца 2-5. Кроме того, обозначены излучающий ультразвуковой преобразоватепь 6 и поисм- мый ультразвуковой преобразователь 7 Преобразователи, волновод11 и образцы со единены между собой с обеспечением эку- стического контакта, например, с помесью тонких слооп трлнсформг-тормогэ МЭСЛР

о

00

го

SQ

ел

-

Способ определени  акустических параметров материалов осуществл етс  следующим образом.

С помощью излучающего ультразвукового преобразовател  6 в волноводе 1 воз- буждают импульс ультразвуковых колебаний, который распростран етс  через пакет образцов 2-5. При этом часть энергии ультразвуковых импульсов, прошедших через образцы 2-5, частично отражаетс  от плоскопараллельных границ образцов в каждом из них серию эхо-импульсов . Дл  определени  акустических параметров материалов достаточно использовать только первые отраженные силы этих серий эхо-импульсов. Приемным ультразвуковым преобразователем 7 принимают прошедший волноводы 1 и пакет образцов импульс 8 ультразвуковых колебаний и эхо-импульсы 9, 10, 11 и 12 из образцов 5, 3, 2 и 4. При этом первым после прошедшего напр мую импульса ультразвуковых колебаний на приемный преобразователь 7 приходит эхо-импульс из образца с наименьшим временем распространени  в нем ультразвукового сигнала . При определении акустических параметров материалов с близкими величинами скорости распространени  ультразвука (фиг.1) - из образца с минимальной толщиной.

Образец с минимальным временем распространени  в нем ультразвукового импульса или минимальной толщиной ( в том случае, когда материалы образцов имеют близкую величину скорости ультразвука) принимают за эталонный образец.

В качестве такого образца показан образец 5, (фиг.1), а также соответствующий первый эхо-импульс из него - ультразвуковой импульс 9. Последующие, пришедшие на приемный преобразователь 7 ультразвуковые эхо-импульсы 10-12  вл ютс  эхо-импульсами из образцов с последовательно увеличивающимис  временами задержки ультразвукового сигнала из образцов 3, 2 и 4 соответственно.

Дл  того, чтобы не произошло наложение первых эхо-импульсов (фиг.1, из образцов 2-4) на первый и второй эхо-импульсы из образца с наименьшим временем распространени  ультразвукового сигнала (образец 5), длины всех образцов должны удовлетвор ть соотношение

у

Ci

2L,

m

где Lm и Cm - длина и скорость ультразвука в эталонном образце;

Li и Ci - длина и скорость ультразвука в 1-м образце;

I 1,2п - номер контролируемого образца .

5Дл  того, чтобы были разрешены по времени эхо-импульсы из образцов с близкими временами задержки, длины образцов должны удовлетвор ть соотношению

10 ULk ги

Ci Ck 2

где ги- длительность ультразвукового импульса .

Предварительно определение скорости

ультразвука в контролируемых материалах втом случае, когда измерени  производ тс  в материалах с различной скоростью ультразвука , необходимое дл  изготовлени  из

них образцов требуемой длины, достаточно произвести с небольшой 10% точностью. Скорость ультразвука может быть оценена непосредственно на экране осциллографа или на табличных данных по аналогичным

материалам.

Очевидно, максимальное количество образцов, которое можно одновременно контролировать предлагаемым способом, зависит от того, какой образец выбран в

качестве опорного - эталонного образца, и равно

п

2 Lm Cm и

Способ реализуетс  с помощью устройства (фиг.2),содержащего генератор 13 высокочастотных колебаний, выход которого соединен с входом модул тора 14. Другой

0 вход модул тора соединен с генератором 15 видеоимпульсов. Выход модул тора 14 соединен с входом акустической  чейки 16, выход которой соединен с приемным усилителем 17. Последний подсоединен к

5 осциллографу 18, развертка синхронизирована с генератором 15 видеоимпульсов. Дл  точного измерени  частоты устройство снабжено частотомером 19, соединенным с выходом генератора 13 высокочастотных

0 колебаний.

Способ реализуетс  следующим образом .

С генератора 13 высокочастотных колебаний непрерывный синусоидальный сиг5 нал поступает на модул тор 14, который модулируетс  видеоимпульсами с генератора 15 импульсов. Радиоимпульсы с модул тора 14 поступают в акустическую  чейку 16, принимаютс  усилителем 17 и регистрируютс  на экране осциллографа 18.

Дл  относительных и абсолютных измерений скорости ультразвука можно использовать методику с двум  задержанными когерентными радиоимпульсами, рассто ние между которыми устанавливают таким, чтобы интерферировали те ультразвуковые импульсы, временной интервал между которыми необходимо измерить. Дл  ускорени  процесса измерени  интервалов времени в предлагаемом способе ультразвукового контрол  длительность и задержку второго радиоимпульса устанавливают с помощью генератора 15 так, чтобы прошедший через акустическую  чейку ультразвуковой импульс от этого зондирующего сигнала интерферировал с эхо-импульсами из всех образцов от первого зондирующего импульса .

Изменением частоты высокочастотного генератора 13 регистрируютс  по экрану осциллографа 18 частоты компенсации прошедшего напр мую через волноводы и пакет образцов импульса с первыми эхо-импульсами из каждого образца;

2Li

Ci

fit Ki 1

где К| - число длин волн, укладывающихс  на i-м образце на частоте компенсации fk1.

(Уравнени  написаны без учета фазовых сдвигов на границах образцов).

Расчет абсолютных или относительных , например, температурных значений скорости ультразвука из этих измерений далее можно производить известными методами .

Переставл   образцы, помещенные в пакете (при этом последовательность прихода первых эхо-импульсов из образцов не измен етс ), можно мен ть контактирующие с каждым из образцов поверхности других образцов, волноводов или преобразователей и благодар  этому оценивать вли ние качества обработки поверхностей образцов, вли ние преобразовател  и др. на измер емую величину скорости распространени  ультразвуковых волн.

Если среди образцов имеетс  образец с известной или предварительно определенной температурной зависимостью скорости ультразвука, то в этом случае по величине скорости, измеренной в этом образце, можно определить температуру, при которой наход тс  контролируемые образцы. Так как точность измерений скорости ультразвука может быть высока (выше 10 дл  абсолютных и лучше дл  относительных измерений ) - точность определени  температуры акустическим методом может быть выше.

чем обычными способами измерени  температуры .

Способ определени  акустических параметров материалов позвол ет производить и измерение погл ощени  ультразвуковых волн сразу в пакете образцов Дл  этого, необходимо измерить амплитуду А0 ультразвукового импульса, прошедшего через волноводы и образцы и величины амплитуд А и первых эхо-импульсов из каждого из образцов пакета. Расчет величины затухани  ультразвука может быть произведен по формуле

15

I х

0

5

0

5

0

5

0

5

Zi + i +Z,

где LI и Zi - толщина и волновое сопротивление 1-го образца (нумераци  образцов здесь по пор дку их расположени  в пакете).

Измен   последовательность расположени  образцов в пакете и определ   величину поглощени  в тех же образцах при отличных от предыдущих измерени х в соседних, контактирующих образцах, можно оценить, когда вли ние контактных слоев между образцами на точность измерени  поглощени  минимально. Така  оценка качества акустических контактов непосредственно при контроле может повысить точность измерени  и скорости ультразвука.

Таким образом, способ ультразвукового контрол  позвол ет уменьшить врем  контрол  при измерени х в серии образцов, повысить точность контрол  за счет возможности экспериментальной оценки фазовых сдвигов на границе образцов. Кроме этого, при использовании предлагаемого способа возможно определение температуры контролируемого пакета образцов акустическим методом и определение поглощени  ультразвуковых волн.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  акустических параметров материалов, заключающийс  в том. что основной образец контролируемого материала помещают между двум  волноводами , возбуждают импульсы ультразвуковых колебаний с торца одного волновода, принимают на торце другого волновода прошедший волноводы и образец импульс ультразвуковых колебаний и эхо-импульсы из образца и по измеренным характеристикам этих импульсов определ ют акустические параметры материала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительности при прецизионных измерени х, формируют пакет из основного и дополнительного контролируемых образцов заданной толщины с двум  плоскопараллельными поверхност ми , собранный по этим поверхност м с обеспечением акустического контакта, а пор док установки образцов между точками излучени  и приема определ ют из условий

   0

   Lm/Cm U/C| 2Lm/Cm:

   Li/Ci-Lk/Ck2rM/2 ; I k,

   где Lm и Cm - длина и скорость ультразвука в образце с минимальным временем распространени  ультразвуковых колебаний в нем;

   U. Lk и Ci, Ck - длина и скорость ультразвука в 1-х, k-x образцах;

   Ги - длительность ультразвукового импульса .

   фиг. 1

   15

   ft18

   17