Способ измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний

 

Изобретение относится к области механических испытаний, может быть использовано для ультразвуковых исследований материалов, преимущественно при получении температурных зависимостей их упругих постоянных вблизи температурных фазовых переходов, инварных эффектов и других нелинейных явлений. Целью изобретения является повышение достоверности измерений за счет выравнивания амплитуд отраженных сигналов, по которым определяют время распространения ультразвуковых колебаний. Благодаря 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 (четвертого) периода высокочастотных колебаний n-го отраженного импульса каждого первого излучаемого ультразвукового импульса,исключаются погрешности, связанные с зависимостью скорости распространения ультразвуковых колебаний от значений амплитуд давлений упругих волн в каждой точке испытуемого образца. 2 ил сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. Ж 1753408 А1 (51)5 (3 01 N 29/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛ6ТРАЗВУКОВЫХ

КОЛЕБАНИЙ (57) Изобретение относится к области механических испытаний, может быть использовано для ультразвуковых исследований материалов, преимущественно при получении температурных зависимостей их упругих постоянных вблизи температурных

Изобретение относится к области меха- измеренному промежутку времени опреденических испытаний, может быть испольэо- ляют скорость распространения УЗ (1). вано для ультразвуковых исследований Наиболее блйзкйм к предлагаемому рематериалов, преимущественно при получе- шению по технической сущности и достигании температурных зависимос ей их упру- емому результату является способ гих постоянных вблизи температур фазовых" измерения скорости распространения ультпереходов, инварных эффектов и других не- развуковых колебаний, заключающийся в линейных явлений. том, что в исследуемый образец излучают

Известен способ, заключающийся в ультразвуковые импульсы, принимаютотратом, что в исследуемый образец излучают женные импульсы, измеряют промежуток ультразвуковые (УЗ) импульсы, принимают времени между отраженными импульсами отраженные импульсы, измеряют промежу- no совпадающим с их вершинами калибраток времени между первыми полупериода- ционным меткам времени и по измеренному ми последовательных отражений и по промежутку времейи определяют скорость (21) 4774732/28 (22) 26.12.89 (46) 07.08.92, Бюл, М 29 (71) Институт проблем прочности АН УССР (72) В.П.Кращенко и А.И.Троянский (56) 1. Труэлл P., Эльбаум И. и Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. — M,; Мир, 1972, с, 61-68, 2. Измеритель скорости ультразвука

ИС-3 ТО; Красноярск, 1989, ИФ СО АН

СССР, с.11-12, фазовых переходов, инварных эффектов и других нелинейных явлений. Целью изобретения является повышейие достоверности измерений за счет выравнивания амплитуд отраженных сигналов, по которым определяют время распространения ультразвуковых колебаний. Благодаря изменению амплитуды каждого второго излучаемого ультразвукового импульса так, чтобы амплитуда минимума третьего (четвертого) периода BbIcoKo÷àñòoòíûõ колебаний (n-1)-го отраженного импульса была равна номинальной амплитуде минимума третьего (четвертого) периода высокочастотных колебаний и-го отраженного импульса каждого первого излучаемого ультразвукового импульса;исключаются погрешности, связанные с зависимостью скорости распространения ультразвуковых колебаний от значений амплитуд давлений упругих волн в кажДой точке испытуемого образца. 2 ил.

1753408 тор 1 калибрационных меток nðåìåêè, делитель 2 частоты,, генератор 3 зондирующего сигнала, включающий последовательно соединенные формирователь 4 регулируемой задержки и генератор 5 ударного возбуждения и электронный коммутатор 6, вход которого соединен с выходом формирователя 4 регулируемой задержки, а выход — с вторым входом генератора 5 ударного возбужде0 ния, акустический тракт, включающий приемопередающий преобразователь 7, звукопровод8 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 делителя

2 частоты.

Позициями 12 и 13 (фиг.2) обозначены калибрационные метки времени, 14 и 15—

0 (n-1)- и п-эхосигналы.

Посредством формирователя калибрационных меток времени (фиг, 1) вырабатывают серию остроконечных сигналов (поз.

12 и 13 фиг.2), частота следования которых

5 определяется регулируемым прецизионным генератором -синтезатором (типа ГЗ110). Это позволяет задавать частоту следования измерительных меток 12 и 13 времени с точностью не хуже 10 с. Острота меток 12 и 13 времени (фиг.2) должна быть сопоставима с остротой вершин сигнала заполнения (поз. 14 и 15 фиг.2). Возможность устойчивого сопоставления сигнала меток

12 и 13 времени с отражениями (фиг.2) зондирующих ультразвуковых сигналов достигается за счет общего запуска сигнала синхронизации двухлучевого осциллографа .

11 и запуска генератора 5 ударного возбуждения. Выработка этого сигнала запуска достигается делением частоты сигнала капибрационных меток времени на фиксированный коэффициент деления в делителе

2 частоты (фиг,2). Выбор величины коэффициента деления обусловлен процессами затухания в акустическом тракте. Для выработки высокочастотного сигнала зондирования используют генератор 5 ударного возбуждения. Очередной пуск генератора ударного возбуждения осуществляют после полного затухания сигналов отражений от предыдущего запуска, Этим обеспечивают повторяемость исходной фазы высокочастотных сигналов при последующих запусках. При запуске генератора 5 ударного возбуждения предусмотрен формирователь 4 регулируемой задержки для выравнивания калибрационных меток 12 и

13 времени (фиг. 2) и исследуемых отраженных сигналов (14 и 15) на экране осциллографа 11, распространения ультразвуковых колебаН>А (2l

Недостатком указанных выше способов является низкая достоверность измерения скорости распространения УЗ при проведе- 5 нии прецизионных исследований монокристаллических материалов с коэффициентом изменения упругих постоянных менее 5 10 условных единиц/град, в области фазовых переходов, инварных эффектов и других не- 1 линейных явлений, Это обусловлено тем, что скорость распространения УЗ-волны в исследуемом образце зависит от амплитуды давления упругих волн в каждой его точке, то есть скорости распространения первого 1 и последующих отраженных сигналов, имеющих разные амплитуды колебаний вслед ствие процессов затухания, различны.

Кроме того возникают фазовые погрешности при усилении отраженных сигналов раз- 2 личных амплитуд в активных элементах измерительной аппаратуры.

Целью изобретения является повышение достоверности измерений за счет выравнивания амплитуд отраженных 2 сигналов, по которым определяют время распространения УЗ-колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения скорости распространения ультразвуковых копеба- 30 ний, заключающемся в том, что в исследуемый образец излучают ультразвуковые импульсы, принимают отраженные импульсы, измеряют промежуток времени между отраженными импульсами по совпадающим 35 с их вершинами калибрационным меткам времени и по измеренному промежутку времени определяют скорость распространения ультразвуковых колебаний, согласно изобретения, изменяют амплитуду каждого 40 второго излучаемого ультразвукового импульса так, чтобы амплитуда минимума .третьего (четвертого) периода высокочастотных колебаний (и-1)-ro отраженного импульса была:: равна номинально 45 установленной амплитуде минимума третьего (четвертого) периода высокочастотных колебаний и-го отраженного импульса каждого первого излучаемого ультразвукового импульса, а промежуток времени измеряют 50 между минимумами третьего (четвертого) периодов высокочастотных колебаний указанных отраженных импульсов.

На фиг.1 изображена структурная схема установки, реализующей предлагаемый 55 способ измерения; на фиг.2 — временная диаграмма сигналов отражений в момент измерений.

Установка содержит последовательно электроакустически соединенные генера1753408

Генератор 5 ударного возбуждения му полю последнего определяется искомая (фиг.1) в предлагаемом устройстве содер- частота — величина, обратная искомомуинжит электронный коммутатор 6 (фиг.1), по- . тервалу времени. зволяющий при каждом четном (условно) Таким образом повышение достовернозапуске уменьшать амплитуду вырабатыва- 5 сти достигается за счет исключения погрешемого сигнала до величины, обусловленной настей, связанных с зависимостью скорости соответствующей плавной регулировкой. С . распространения УЗ-колебаний от значевыхода генератора 3 зондирующего сигнала ний амплитуд давлений упругих волн в каж(фиг.1) высокочастотный сигнал поступает дой точке испытуемого образца, и на пьезоэлектрический преобразователь 7, 10 испол зования в измерениях восходящей установленный на свободном торце акусти- ветви эхосигналов, то есть третьего(четверческого буферного звукопровода 8.. того) минимума отраженных сигналов. КроАкустический сигнал, отразившись от ме того устраняются погрешности, второго торца звукопровода 8, возвращает-. связанные с различными задержками в акся к приемопередающему преобразователю 15 тивных элементах измерительной аппарату7(фиг.1), представляя собой первоеотраже- ры при усилений. эхосигйалов разных ние (поз. 14 фиг. 2). Часть акустической амплитуд. энергии, пройдя раздел торец — звукопро- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я вод — исследуемый образец 9, отразится от . Способ измерения скорости распроствторого торца образца и через буферный 20 райения, ультразвуковых колебаний, заклюзвукопровод 8 достигнет преобразователя чающийся в том. что в исследуемый образец

7, представляя собой второй эхосигнал 15 излучают ультразвуковые импульсы, прини(фиг.2). Звуковая энергия, отразившись от мают отраженные импульсы, измеряют проторца образца 9, каждый раз частично про- межуток времени между отраженными никает в звукопровод 8. образуя, таким об- 25 импульсами по совпадающим с их вершинаразоМ, третий, четвертый и т.д. и-й ми калибрационным меткам времени и по эхосигнал до полного затухания. Звуковые измеренному промежутку времени опредеэхосигналы 14 и 15 (фиг,2), достигая преоб- ляют скорость распространения ультразвуразователя 7, преобразуются в электриче- ковых колебаний, отличающийся тем, ские сигналы, которые усиливаются 30 что, с целью повышения достоверности изузкополосным усилителем 10. Регулируя ча- мерений, изменяют амплитуду ультразвукостоту генератора 1 калибрационных меток вого импульса так, чтобы амплитуда времени, амплитуды первого и второго зон- минимума третьего или четвертого периода дирующих сигналов и задержку меток 12 и высокочастотных колебаний (n-1)-го отра13 времени (фиг.2) относительно эхосигна- 35. женного импульса была равна номинально лов 14 и 15, достигают положения, при кото- установленной амплитуде минимума третьром амплитуда третьего (четвертого) его или четвертого периода высокочастотминимума (n-1)-го эхосигнала равна ампли- ных колебаний и-ro отраженного импульса туде третьего {четвертого) минимума и-го . каждого первого излучаемого ультраэвукоэхосигнала, а метки времени совпадают с 40 вого импульса, а промежуток времени измеминимумами описанных периодов, По- ряют между минимумами третьего или . скольку период между метками 12 и 13 вре- четвертого периодов высокочастотных комени (фиг.2) обусловлен задающим лебаний указанных отраженных импульсов. генератором-синтезатором, то по наборно1753408

Составитель В.Белозеров

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска

Редактор С.Кулакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2765 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5