Преобразователь для измерения скорости звука в материалах

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В МАТЕРИАЛАХ , содержащий корпус, размещенную в нем прямоугольную пьезопластину и защитное дно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, размеры сторон пьезопластины выбраны из соотношений , где а, в -ширина и длина пьезопластины , мм; -частота, для работы на которойпредназначена пьезопластина, Гц.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„SU„„1104410 А зов G 01 N 2900

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ з -" --,--,„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 -

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3553945/25-28 (22) 17.02.83 (46) 23.07.84. Бюл. № 27 (72) М. Б. Гитис, A. Г. Копанский, С. И. Ногин и А. А. Шенкер (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по разработке неразрушающих методов и средств контроля качества материалов (53) 620.179.16 (088.8) (56) 1. Дефектоскопия, 1980, № I, с. 35.

2. Прибор ультразвуковой УК вЂ” 10 П.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Кишинев, «Тимпул», 1978, с. 2223 (п рот от и п ) . (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В МАТЕРИАЛАХ, содержащий корпус, размещенную в нем прямоугольную пьезопластину и защитное дно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, размеры сторон пьезопластины выбраны из соотношений аа 5 10; в 104 где а, и — ширина йдлина пьезоп,частины, мм; — частота, для работы на которой предназначена пьезопластина, Гц.

1104410

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости распространения продольных волн при поверхностном прозвучивании, например, при неразрушающем контроле строительных матери ал ов.

Известен преобразователь для измерения скорости звука в материалах, содержащий призму и размещенную на ней пьезопластину, причем ввод ультразвуковых колебаний в материал осуществляется под первым критическим углом (1).

Недостатком преобразователя является недостаточ но широкая область п рименения, так как ввод под первым критическим углом осуществляется только в тех материалах, скорость распространения продольных волн в которых соответствует заданному углу призмы.

Йаиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь для измерения скорости звука в материалах, содержащий корпус, размещенную в нем прямоутольную пьезопластину и защитное дно. При этом преобразователи, предназначенные для работы на различных частотах, содержат квадратную пластину 20х20 мм (2).

Недостатком известного преобразователя я,ляется недостаточно высокая точность и производительность измерений, обусловленная тем, что в точку приема акустические сигналы от всех элементарных участков излучающей пластины приходят в разлнч ное врем я и, следовательно, принятый сигнал растягивается и имеет недостаточно большую амплитуду.

Целью изобретения является повышение гоч ности и производительности измерений скорости звука в материалах.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе для измерения скорости звука в материалах, содержащем корпус, размещенную в нем прямоугольную пьезопластину и защитное дно, размеры сторон пьезопластины выбраны из соотношений: а — з — -10 ;

И в<104 А7 где й, Ь вЂ” ширина и длина пьезопластины, мм; — частота, для работы на которой предназначена пьезопластина, Гц.

На фиг. 1 изображен п реобразователь для измерения скорости звука в материалах; на фиг. 2 — то же. вид сбоку; на фиг. 3— проекция пьезопластины преобразователя на поверхность контролируемого изделия.

Преобразователь для измерения скорости звука в материалах содержит корпус 1, размещенную в нем прямоугольную пьезопластину 2 и защитное дно 3. Размеры сторон пьезопластины выбраны из соотношенийй ас — — 10; (1) в 10 + (2) где д в — ширина и длина пьезопластины 2, мм; частота, для работы на которой предназначена

10 пьезопластина 2, Гц.

Преобразователь для измерения скорости звука в материалах работает следующим образом.

Преобразователь устанавливают защитным дном 3 на контролируемое изделие. На

15 прямоугольныи пьезоэлемент 2 подают импульс напряжения через электрический разъем (не показан), установленный в корпусе 1 преобразователя. Пьезопластина 2 под действием этого импульса излучает акустический сигнал в контролируемое изделие. Рас пространяющиеся в изделии продольные колебания достигают точки К приема, расположенной, например, на расстоянии 1 на прямой, совпадающей с поперечной осью пьезопластины. Разность at< времени прихода в секундах от ближней и дальней точек 0 и N пьезопластины, лежащих на ее поперечной оси, в точку К приема равна

Atq = а/с, (3)

30 где г. — скорость распространения продольных волн в материале контролируемого изделия, мм/с.

Эта разность At для того, чтобы сигналы в точке приема сложились, должна быть не больше времени ь нарастания фронта импульса, т. е.

4(4 (4) .

Время ь" нарастания фронта импульса

40 характеризуется частотой собственных колебаний пьезоэлемента, то есть частотой для работы на которой предназначена пьезопластина

=- — — (5).

Скорость звука в твердых материалах изменяется в широком диапазоне, однако может быть с достаточной достоверностью ограничена снизу величиной 3 106 мм/с. Подставив это конкретное значение в равенство

50 (3) и используя (4) и (5), легко получить выражение, которое соответствует формуле (1) .

Следовательно, ширина а пьезопластины выбрана таким образом, что обеспечивается практически одновременный приход сигналов в точку приема. Разность At времени прихода в секундах от ближней точки 0 пъезопластины, лежащей на ее поперечной оси, и от точки М пьезопластины, 1104410

Составитель В. Гондаревский

Редактор А. Шандор Техред И. Верес Корректор A. Ильин

Заказ 5025!30 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 лежащей на пересечении продольной грани с поперечной, в точку К приема, равна

i а- (в/О ь с с (6) где в — кратчайшее расстояние, пройденное ультразвуков в материале, мм.

Исходя из тех же условий, что и в неравенстве (4), получаем (2 — ь (7)

Кратчайшее расстояние 1, пройденное ультразвуком в материале, представляющее собой базу прозвучивания, можно ограничить значением 100 мм. Учитывая это, а также тот факт, который обычно соблюдается на практике МЬ из уравнений (6), (7) и (5), легко получить выражение, которое соответствует формуле (2) . Следовательно, длина в пьезопластины выбрана таким образом, что также обеспечивается практически одновременный приход сигналов в точку К приема. о есть, распространяющиеся в изделии продольные колебания достигают точки К приема практически одновременно, принимаются в точке К приемником и преобразуются в электрический сигнал достаточно большой амплитуды, крутизна фронта которого примерно та же, что и у сигнала, поступившего с генератора.

Далее сигнал с приемника поступает в измерительную аппаратуру (не показана), где и происходит определение скорости звука в материале контролируемого изделия.

Следует отметить, что при больших скоростях звука в материале контролируемого изделия и больших базах прозвучивания, чем принятых для формул (1 ) и (2),условия (4) и (7) выполняются еще лучше.

Таким образом, предлагаемый преобразователь для измерения скорости звука в материалах повышает точность и производительность измерений, вследствие обеспечения практически одновременного прихода акустических сигналов, излученных со всех элементарных участков пьезопластины, что приводит к образованию в приемнике сигнала большой амплитуды с крутым передним фронтом и позволяет точно измерить скорость на больших базах прозвучивания, благодаря выбору размеров сторон пьезопластины из вышеприведенных соотношений.