SU1753408A1 - Способ измерени скорости распространени ультразвуковых колебаний - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области механических испытаний, может быть использовано дл  ультразвуковых исследований материалов, преимущественно при получении температурных зависимостей их упругих посто нных вблизи температурных фазовых переходов, инварных эффектов и других нелинейных  влений. Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности измерений за счет выравнивани  амплитуд отраженных сигналов, по которым определ ют врем  распространени  ультразвуковых колебаний. Благодар  изменению амплитуды каждого второго излучаемого ультразвукового импульса так, чтобы амплитуда минимума третьего (четвертого) периода высокочастотных колебаний (п-1)-го отраженного импульса была равна номинальной амплитуде минимума третьего (чет- вертого) периода высокочастотных колебаний n-го отраженного импульса каждого первого излучаемого ультразвукового импульса,исключаютс  погрешности, св занные с зависимостью скорости распространени  ультразвуковых колебаний от значений амплитуд давлений упругих волн в каждой точке испытуемого образца. 2 ил сл С

Description

Изобретение относитс  к области механических испытаний, может быть использовано дл  ультразвуковых исследований материалов, преимущественно при получении температурных зависимостей их упругих посто нных вблизи температур фазовых переходов, инварных эффектов и других нелинейных  влений

Известен способ, заключающийс  в том, что в исследуемый образец излучают ультразвуковые (УЗ) импульсы, принимают отраженные импульсы, измер ют промежуток времени между первыми полупериодами последовательных отражений и по

измеренному промежутку времени определ ют скорость распространени  УЗ 1.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ измерени  скорости распространени  ультразвуковых колебаний, заключающийс  в том, что в исследуемый образец излучают ультразвуковые импульсы, принимают отраженные импульсы, измер ют промежуток времени между отраженными импульсами по совпадающим с их вершинами калибра- ционным меткам времени и по измеренному промежутку времени определ ют скорость

VI

СЛ СО

&

со

распространени  ультразвуковых колебаний 2.

Недостатком указанных выше способов  вл етс  низка  достоверность измерени  скорости распространени  УЗ при проведении прецизионных исследований монокристаллических материалов с коэффициентом изменени  упругих посто нных менее 5-10 условных единиц/град, в области фазовых переходов, инварных эффектов и других нелинейных  влений, Это обусловлено тем. что скорость распространени  УЗ-волны в исследуемом образце зависит от амплитуды давлени  упругих волн в каждой его точке, то есть скорости распространени  первого и последующих отраженных сигналов, имеющих разные амплитуды колебаний вследствие процессов затухани , различны. Кроме того возникают фазовые погрешности при усилении отраженных сигналов различных амплитуд в активных элементах измерительной аппаратуры.

Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности измерений за счет выравнивани  амплитуд отраженных сигналов, по которым определ ют врем  распространени  УЗ-колебаний.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе измерени  скорости распространени  ультразвуковых колебаний , заключающемс  в том, что в исследуемый образец излучают ультразвуковые импульсы, принимают отраженные импульсы , измер ют промежуток времени между отраженными импульсами по совпадающим с их вершинами калибрационным меткам времени и по измеренному промежутку времени определ ют скорость распространени  ультразвуковых колебаний, согласно изобретени , измен ют амплитуду каждого второго излучаемого ультразвукового импульса так, чтобы амплитуда минимума третьего (четвертого) периода высокочастотных колебаний (п-1)-го отраженного импульса была равна номинально установленной амплитуде минимума третьего (четвертого) периода высокочастотных колебаний n-го отраженного импульса каждого первого излучаемого ультразвукового импульса, а промежуток времени измер ют между минимумами третьего (четвертого) периодов высокочастотных колебаний указанных отраженных импульсов.

На фиг. 1 изображена структурна  схема установки, реализующей предлагаемый способ измерени ; на фиг.2 - временна  диаграмма сигналов отражений в момент измерений.

Установка содержит последовательно электроакустически соединенные генератор 1 калибрационных меток премени, делитель 2 частоты, генератор 3 зондирующего сигнала, включающий последовательно соединенные формирователь 4 регулируемой

задержки и генератор 5 ударного возбуждени  и электронный коммутатор 6, вход которого соединен с выходом формировател  4 регулируемой задержки, а выход - с вторым входом генератора 5 ударного возбужде0 ни , акустический тракт, включающий приемопередающий преобразователь 7, звукопровод 8 и испытуемый образец 9, усилитель 10 и двулучевой осциллограф 11, второй вход которого подключен к второму

5 выходу генератора 1 калибрационных меток времени, а синхровход - к выходу делител  2 частоты.

Позици ми 12 и 13 (фиг.2) обозначены калибрационные метки времени, 14 и 15 0 (п-1)- и п-эхосигналы.

Посредством формировател  калибрационных меток времени (фиг, 1) вырабатывают серию остроконечных сигналов (поз. 12 и 13 фиг.2), частота следовани  которых

5 определ етс  регулируемым прецизионным генератором -синтезатором (типа ГЗ- 110). Это позвол ет задавать частоту следовани  измерительных меток 12 и 13 времени с точностью не хуже . Острота

0 меток 12 и 13 времени (фиг.2) должна быть сопоставима с остротой вершин сигнала заполнени  (поз. 14 и 15 фиг.2). Возможность устойчивого сопоставлени  сигнала меток

12и 13 времени с отражени ми (фиг.2) зон- 5 дирующих ультразвуковых сигналов достигаетс  за счет общего запуска сигнала синхронизации двухлучевого осциллографа 11 и запуска генератора 5 ударного возбуждени . Выработка этого сигнала запуска до0 стигаетс  делением частоты сигнала калибрационных меток времени на фиксированный коэффициент делени  в делителе 2 частоты (фиг.2). Выбор величины коэффициента делени  обусловлен процессами за5 тухани  в акустическом тракте. Дл  выработки высокочастотного сигнала зондировани  используют генератор 5 ударного возбуждени . Очередной пуск генератора ударного возбуждени  осущест0 вл ют после полного затухани  сигналов отражений от предыдущего запуска. Этим обеспечивают повтор емость исходной фазы высокочастотных сигналов при последующих запусках. При запуске генератора 5

5 ударного возбуждени  предусмотрен формирователь 4 регулируемой задержки дл  выравнивани  калибрационных меток 12 и

13времени (фиг. 2) и исследуемых отраженных сигналов (14 и 15) на экране осциллографа 11.

Генератор 5 ударного возбуждени  (фиг.1) в предлагаемом устройстве содержит электронный коммутатор 6 (фиг.1), позвол ющий при каждом четном (условно) запуске уменьшать амплитуду вырабатыва- емого сигнала до величины, обусловленной соответствующей плавной регулировкой. С выхода генератора 3 зондирующего сигнала (фиг.1) высокочастотный сигнал поступает на пьезоэлектрический преобразователь 7, установленный на свободном торце акустического буферного звукопроводз 8.

Акустический сигнал, отразившись от второго торца звукопровода 8, возвращаетс  к приемопередающему преобразователю 7(фиг. 1), представл   собой первое отражение (поз. 14 фиг. 2). Часть акустической энергии, пройд  раздел торец - звукопро- вод - исследуемый образец 9, отразитс  от второго торца образца и через буферный звукопровод 8 достигнет преобразовател  7, представл   собой второй эхосигнал 15 (фиг.2). Звукова  энерги , отразившись от торца образца 9, каждый раз частично проникает в звукопровод 8, образу , таким об- разом, третий, четвертый и т.д. п-й эхосигнал до полного затухани . Звуковые эхосигналы 14 и 15 (фиг 2), достига  преобразовател  7, преобразуютс  в электрические сигналы, которые усиливаютс  узкополосным усилителем 10. Регулиру  частоту генератора 1 калибрационных меток времени, амплитуды первого и второго зондирующих сигналов и задержку меток 12 и 13 времени (фиг.2) относительно эхосигна- лов 14 и 15, достигают положени , при котором амплитуда третьего (четвертого) минимума (п-1)-го эхосигнала равна амплитуде третьего (четвертого) минимума п-го эхосигнала, а метки времени совпадают с минимумами описанных периодов, Поскольку период между метками 12 и 13 времени (фиг.2) обусловлен задающим генератором-синтезатором, то по наборному полю последнего определ етс  искома  частота - величина, обратна  искомому ин тервалу времени.

Таким образом повышение достоверности достигаетс  за счет исключени  погрешностей , св занных с зависимостью скорости распространени  УЗ-колебаний от значений амплитуд давлений упругих волн в каждой точке испытуемого образца, и использовани  в измерени х восход щей ветви эхосигналов. то есть третьего (четвертого ) минимума отраженных сигналов. Кроме того устран ютс  погрешности, св занные с различными задержками в активных элементах измерительной аппаратуры при усилении эхб с игналов разных амплитуд.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ измерени  скорости распространени  ультразвуковых колебаний, заключающийс  в том, что в исследуемый образец излучают ультразвуковые импульсы, принимают отраженные импульсы, измер ют промежуток времени между отраженными импульсами по совпадающим с их вершинами калибрационным меткам времени и по измеренному промежутку времени определ ют скорость распространени  ультразвуковых колебаний, отличающийс  тем, что, с целью повышени  достоверности измерений , измен ют амплитуду ультразвукового импульса так, чтобы амплитуда минимума третьего или четвертого периода высокочастотных колебаний (п-1)-го отраженного импульса была равна номинально установленной амплитуде минимума третьего или четвертого периода высокочастотных колебаний n-го отраженного импульса каждого первого излучаемого ультразвукового импульса, а промежуток времени измер ют между минимумами третьего или четвертого периодов высокочастотных колебаний указанных отраженных импульсов.

   rv ль

   ,. N. N

   Vu&f

   Шиг,2