Способ определения акустических характеристик нитевидных объектов

 

Изобретение относится к технике акустических измерений и может быть использовано для определения физико-механических свойств нитевидных объектов типа полимерных волокон, нитей и т. п. Цель изобретения - повышение точности и информативности контроля - достигается за счет того, что дополнительно измеряют времена ti, t2 и t i, t 2 распространения колебаний от точек излучения до точки приема соответственно до и после изменения температуры, синхронно с изменением длины образца изменяют длину нагрева соответствующих участков на величину, равную A LI и Л , a коэффициент затухания а и скорость С колебаний в образце рассчитывают по формулам . 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 N 29/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4899470/28 (22) 03.01,91 (46) 28.02,93. Бюл. М 8 (71) Специализированное конструкторское бюро с опытным производством Отдела теплофизики АН УЗССР (72) 0.Ш. Хакимов, А,Л. Бурнаев и И.Е. Орехов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1221498, кл. 6 01 Н 5/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N. 1555656, кл. G 01 N 29/00, 1990, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НИТЕ8ИДНЫХ

ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к технике акустических измерений и может быть использовано для определения физико-механических свойств нитевидных объектов типа полимерных волокон, нитей и т. и. путем измерения их акустических характеристик (скарости С распространения и коэффициента с затухания ультразвуковых (УЗ) колебаний).

Цель изобретения — повышение точности и информативности контроля.

На фиг. 1 — изображена схема осуществления способа; на фиг. 2 — распределение температуры вдоль образца после нагрева двух участков последнего.

Способ осуществляется следующим образом.

Для исключения влияния различий условий излучения и приема на каждой паре излучатель-приемник производят предва„„ЯЦ„„1798678 А1 (57) Изобретение относится к технике акустических измерений и может быть использовано для определения физико-механических свойств нитевидных объектов типа полимерных волокон, нитей и т. и. Цель изобретения — повышение точности и информативности контроля — достигается за счет того, что дополнительно измеряют времена

t1, t2 и t 1, t 2 распространения колебаний от точек излучения до точки приема соответственно до и после изменения температуры, синхронно с изменением длины образца изменяют длину нагрева соответствующих участков на величину, равную Ь L> и Л Lz, а коэффициент затухания а и скорость С колебаний в образце рассчитывают по формулам. 2 ил, рительную настройку. С этой целью приемный преобразователь размещают точно по середине образца, т, е. на одинаковых расстояниях от точек излучения Х1 и Х2. Иэ точек Х1, Х2 поочередно излучают ультразвуковые колебания, приемным преобразователем принимают их, и изменением направления возбуждающих сигналов добиваются равенства амплитуд принимаемых сигналов от обоих излучающих преобразователей. Затем, приемный преобразователь размещают неподвижна в точке Х,, которая расположена на расстояниях Ы 2 от точек излучения Х1, Х2. Излучающими преобразователями излучают УЗ колебания, приемным преобразователем принимают их.

Измеряют время распространения тi, t2 и амплитуды Ui, 02 принятых сигналов. Затем, производят изменение температуры до одинакового значения двух участков образ1798678

j — затухание волны на границе раздела образец-приемный УЗ преобразователь;

to — время задержки сигнала в эвукоп роводах и пьезоэлементах излучающего и приемного УЗ преобразователей.

Аналогичными формулами определяется амплитуда Uz и время распространения волны при излучении иэ второй точки

Хг,т.е, 10 ца, начальной длиной Гt и Гг, которые рас. положены внутри интервалов X — Х1, Хо—

Хг, соответственно. При этом, соблюдают неравенство L ÔL z, Измеряют изменения длины Л Li, Л Lz образца относительно точ ки Хо за счет изменения температуры укаэанных участков, Синхронно с изменением длины образца изменяют длину первого и второго нагреваемых участков образца, соответственно, на AL< и ALz. Следовательно, при температуре Т длина нагреваемых участков (термокамер) равна L i+ A L1 и L z+ALz.

Измеряют время t 1 t z и амплитуды U s, U z принятых сигналов. после изменения температуры, На основе произведенных измерений определяют коэффициент затухания и скорость распространения УЗ колебаний. С целью сохранения постоянства акустического контакта излучателей с об- 2 раэцом при деформировании последнего, используются преобразователи, конструкция которых позволяет. им перемещаться вместе с образцом. Стало быть, расстояние между точками излучения и приема УЗ колебаний равно L< + Л L>, (г+ Л Lz.

Распределение температуры вдоль образца имеет сложный характер. Участки

А181 и 61Н, расположенные вне термокамеры, имеют комнатную То температуру.

Участок А1Е, расположенный внутри термокамеры, имеет температуру Т. А участки

8101 и Е 61, расположенные частично внутри камеры и частично вне камеры, имеют переменную температуру Т,, спадающую от температуры нагрева Т до комнатной температуры То.

Таким образом, УЗ импульсы от точки излучения Х1 до точки их приема Х, проходятчерезучасткиА181, 8101, D>Et, E

Т, Т, Т, Т э, Т >, коэффициенты затухания а, а,, а, а,, а и скорости распространения УЗ С, Сэ, С, Сэ, С (величины, измеренные при температуре Т тексте от- 4 мечены штрихом). Следовательно, амплитуда U> и время t t распространения У3 колебаний в точке приема определяется формулами

30 х(ln --(Л L+AL1 ALz- C1.F1 CzFz) г

Ut

35 И

81С1 Р161+ Вгсг + FzGzj Ь а1 11

- йэ ) 810 + E16t - 810г - ЕгСг )) (6) 40 где- — 1пΠ— =(х,ЛL= 11 г,Ьt =t1 tг, 1 Uz

ХС %

Лt ц — tz; —, - = С, At

В формулах (5) и (6) присутствуют неизвестные параметры, С, и длина граничных участков. Избавление от этих параметров в известном способе — прототипе достигнуто

55 благодаря тому, что для всех четырех граничных участков (BtDt, Е1С1, ВгОг, ЕгРг— см. Фиг. 2) созданы одинаковые условия. Поэтому характер изменения температуры вдоль этих участков одинаковы. Одинаковы и их длины, т, е. (2) U1- а -(A181+ 61Н)+(8101

+EiG>)+a D>E>+I (1)

A1B1 + 6 lH B D1 + E1G1

С Сэ

01Е1

С

+ то, где Оо — амплитуда УЗ импульса в точках его излучения, т. е. в точках Х1 и Xz;

Ог Uol (Az82+ 62H)+ аг (ВгОг+ .

+ Егбг)+ а ОгЕг+) (3)

Агвг + 6гн 8202 + Ег6г +

С Сэ

0zEz

+ — + 1о (4)

Из фиг; 1 и 2 следует, что

A1B1 + 61Н = (1 1+ Л t1) — 81C1—

- C1F1 — Г161; (5а)

АгВг + C2H - (Lz + Л Lz) 82Cz—

- C2Fz F2G2 (5б)

DlEt = CtF1 — C>D< — EiFt (5в)

DzEz = CzFz CzDz EzFz (5г) Решая систему уравнений (1) — (5) относительно а и С, получаем:

С = (C1F1 - C2Fz) - (C101 - 61F1- Cz0z - Егг г): (At - (Л 1 +Л 1-1 - ALz

-(С1Р1- CzFz - 81С1- F16>+

+ BzCz+ Fz6z} у -(8101+

At

+ Е161 ВгОг Егбг)) (7

1798678

Bq0t = Bz0z = EtG1 =, E2G2 (8a)

В1С1= ВгС2 = FtGt = Ргбг (8б)

С101 = С202 = E)F> = E2F2 (8a)

С учетом этих равенств формулы (6) и (7) принимают вид;

1 Uz а (ln

C1F1 CzF2

- (Л L + Л1 1 " Л (-2 (C1F1 - Cz Fz)) x х — 1п— 1 U1 (9)

С =(С1Е1 - CzF2): (Л t - (A L + A L1AL3-(C1F1- C2F2) д-)

Лt (10)

Отметим, что создание одинаковых условий для всех граничных участков возможно только а "стационарном" режиме, т. е„ если после нагрева участков образца до определенной и постоянной температуры Т выдержать его в этом состоянии некоторое время и только после этого проводить измерения параметров сигнала. После такой выдержки во времени нагретые участки образца остаются неподвижными относительно термокамер (точнее, точки С1, Сг (см, фиг, 1) относительно соответствующих торцов термокамер) и поэтому все граничные участки окажутся в равных условиях, Благодаря этому достигается компенсация отрицательного влияния этих участков на результат измерения (исключаются из расчетных формул (6) и (7) неизвестные параметры) Другими словами, для эффективной компенсации необходимо создать условие неподвижности точек С1 и Сг относительно торцов термокамер (точки F1 и Fz — не рассматриваем, поскольку их положение относительно термокамер почти не меняется, т. е. они и так неподвижны, Однако, при непрерывном. нагреве происходит непрерывное удлинение образца.

И поскольку длины нагрееаемых участков

L 1 и L z не равны, например, Г1 > L г. а следовательно, не равны и удлинения Л L> и Л L2 этих участков, т. е. Л1 1 > Л L2.

Другими словами, не равны скорости перемещения (удаления) точек С и Сг от соответствующих торцов термокамер, что и приводит к нарушению равных температурных условий на граничных участках Bt0> и

Вг02,следовательно, к нарушению компенсации, Если же. синхронно с изменением длины образца изменять длину первой и второй термокамер, соответственно, на Л L> и A Lz, то будет обеспечено условие неподвижности точек С1 и Сг относительно торцов тер1 Uz а — (Ь вЂ”,Л +Я -AL2 а

-(Л 1:Л I } — — In — U), (11)

1 Uz

С = (Л (+ A Lt — Л Lz)/(A t — (Л (- - Л г) Х(- j

Al где Л L = L 1 — 1 z

В заключении. рассмотрим два частных случая, которые приводят к существенному упрощению формул (11} и (12): I); Допустим, Lt = Lz, т. е. Л 1 =- О, При

30 Uz этом, естественно U1 = U2, t1 = t2, т. е. 1и — =

Ul

=0 и Лt t> — tz О.

2}. Если Lt — 1 z = L 1 — L 2. т. е. Л 1 = Л (, тоЛ Л О.

Для каждого из этих случаев формулы (11) и (12} запишутся в виде:

1,„02

AL +ALt Л г и1 (12) 40

С =(Л1 + ALi — ALz)/Л t.

Таким образом, за счет полной компенсации влияния краввых эффектое на границах участков изменения температуры и остальной части образца, путем изменения длины нагреваемых участков синхронно с деформацией образца, полученные значения скорости распространения и коэффициента затухания в большей степени соответствуют их истинным значениям, т. е. способ характеризуется повышенной точностью измерения.

Формула изобретения

Способ определения акустических характеристик нитевидных объектов, заключающийся в том, что в двух точках образца возбуждают поочередно навстречу друг другу ультразвуковые колебания, принимамокамер с последующими вытекающими из этого последствиями, т. е, выполнения условий (8), Поэтому, уравнения (8) — (10) справедливы и для рассматриваемого нами

5 случая непрерывного нагрева образца.

Таким образом, формулы (9) и (10) позволяют определять акустические характеристики нитевидных обьектов как е случае постоянной длины термокамер, рассмот10 ренном в прототипе, так и в предлагаемом нами случае — переменной длины термокамер, В первом случае C> F t = Г ) и C2F2 = L 2, А во втором случае, как это следует из фиг.

1 и фиг. 2, С1Р1=ЛГ i + Л Lt. CZF2 = Гг+ Л L Z.

15 С учетом последних равенств, формулы (9) и (10) принимают вид:

1798678 б Ь ЬНИ2Гг4 Ж СЁРгАг

Фиг г

1 81 СФ А

Составитель И, Орехов

Техред М.Моргентал Корректор Л. Филь

Редактор

Заказ 767 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ют колебания, прошедшие участки образца в точке между точками возбуждения на расстоянии L< и Ь от них, соответственно изменяют температуру первого и второго участков образца, измеряют изменение длин Л L1 и Л Ь соответствующих участков и амплитуды U>, 02 и U 1, U z принятых сигналов соответственно до и после нагреваНия, по которым рассчитывают коэффициент затухания ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности контроля, дополнительно измеряют времена ц, 12 и t >, t 2 распространения колебаний от точек излучения до точки приема соответственно, до и после изменения температуры, синхронно с изменением длины образца изменяют длину нагрева соответствующих участков на величину, равную AL> и Л 2, а коэффициент затухания а и скорость С колебаний в образце рассчитывают по формулам

15 где Л (- L1 — (2; Л L - 1 1 — 1. 2 — длины участков после изменения температуры;

Лт = 11 — тг; Лт = т 1— - t ã.