Устройство для определения прочности адгезионного соединения

 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и может быть использовано при оценке прочности адгезионных соединений. Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения за счет возможности выявления локальных областей понижения прочности. Устройство обеспечивает локальное возбуждение в заданном диапазоне частот акустических колебаний на поверхности контролируемого соединения, выделение резонансных частот и измерение энергии упругих колебаний на резонансных частотах, по которым судят о прочности соединения. Кроме того, с помощью устройства дополнительно определяют основную резонансную частоту, по которой судят о прочности соединения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4606185/25-28 (22) 17.11.88 (46) 23.10.90, Бюл. N 39 (72) В.Н.Потапов, В.В.Антонов и В.В.Жидков (53) 620,179.16 (088.8) (56) Патент США ¹ 4004456, кл, G 01 N 29/00, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПРОЧНОСТИ АДГЕЗИОННОГО СОЕДИНЕНИЯ (57) Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и может быть использовано при оценке прочности адгезионных соединений. Цель

Изобретение относится к области акустических методов неразрушающего контроля и может быть использовано при оценке прочности адгезионных соединений.

Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения за счет возможности выявления локальных областей понижения прочности.

На фиг.1 и 2 представлены блок-схемы устройства для определения прочности адгезионного соединения; на фиг.3 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства, Устройство для определения прочности адгезионного соединения (фиг.1) содержит последовательно соединенные генератор 1 модулирующего напряжения (ГМН), генератор 2 качающейся частоты (ГКЧ), усилитель

3 мощности, излучатель 4 акустических колебаний, последовательно соединенные первый приемник 5 акустических колебаний, первый предварительный усилитель 6, первый полосовой фильтр 7, первый усилиBLED«1601570 А1 изобретения — повышение точности и расширение области применения эа счет воэможности выявления локальных областей понижения прочности. Устройство обеспечивает локальное возбуждение в заданном диапазоне частот акустических колебаний на поверхности контролируемого соединения, выделение резонансных частот и измерение энергии упругих колебаний на резонансных частотах, по которым судят о прочности соединения. Кроме того, с помощью устройства дополнительно определяют основную резонансную частоту, по которой судят о прочности соединения.

1 з,п. ф-лы, 3 ил. тель 8, умножитель 9, интегратор 10, компаратор 11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, цифровой сумматор 13 и индикатор 14, последовательно соединенные второй приемник 15 акустических колебаний, второй предварительный усилитель

16, второй полосовой фильтр 17 и второй усилитель 18, выход которого подключен к вторсму входу умножителя 9, выход интегратора подключен к второму входу АЦП 12, а выход генератора 1 модулирующего напряжения подключен к второму входу цифрового сумматора 13.

Излучатель 4 и приемники 5 и 15 акустических колебаний могут быть расположены в общем корпусе искателя 21.

Исследуемое адгезионное соединение может быть образовано методом склеивания покрытия 20 с изделием 19 или при напылении покрытия 20 на изделие 19.

Устройство для определения прочности адгезионного соединения (фиг.2) дополнительно содержит последовательно соеди1601570

,ненные сумматор 22, амплитудный детектор 23, фильтр 24 низких частот(ФНЧ), пиковый детектор 25, второй компаратор 26, форми рователь 27 импульсов и частотомер 28. Входы сумматора 22 подключены к выходам

:усилителей 8 и 18 соответственно. выход генератора 1 модулирующего напряжения

: соединен с вторым входом формирователя

27 импульсов, а выход ФНЧ 24 соединен с

- вторым входом второго компаратора 26.

Позициями 29 — 35 (фиг.3) обозначены ,: сигналы с выходов блоков устройства. устройство работает следующим обра,- зом.

Искатель 21 устанавливается на повер:: хность контролируемого изделия 19, имеющего покрытие 20. ГМН 1 вырабатывает линейно изменяющееся напрвжение V1 29 (фиг.За), в соответствии с которым ГКЧ 2 вырабатывает электрический сигнал V2 30 переменной частоты (фиг.Зб); который усиливается усилителем 3 мощности и преобразуется в акустические колебания излучателем 4, которые воздействуют на контролируемое изделие 19 с покрытием 20. . Приемники 5 и 15 преобразуют механические колебания контролируемого изделия

19 в электрические сигналы, которые поступают на предварительные усилители 6 и 16.

Частотный диапазон электрических сигналов с выходов предварительных усилителей

6и 16 ограничивается полосовыми фильтрами 7 и 17 соответственно, сигналы с которых поступают на входы усилителей 8 и 18, где усиливаются до напряжений чЗ (31) и V4 (32) (фиг.Зв) соответственно и поступают на входы умножителя 9. С выхода последнего электрический сигнал, пропорциональный произведению VÇ.V4, поступает на вход интегратора 10 и далее на входы компаратора

11 и АЦП 12. Кроме полезного сигнала, на приемники 5 и 15 наводятся помехи со случайными амплитудами V» и Чш2 соответстВЕННО, ПРИЧЕМ ВЕЛИЧИНа Чш1 МажЕт

ОтЛИЧатЬСЯ От Чш2 ВСЛЕДСТВИЕ ДОПУСтИМОй разности толщины и плотности покрытия 20 в местах контакта приемников 5 и 15 с покрытием 20. Поэтому на входы умножителя

9 поступает аддитивная смесь сигнала и шуМа VÇ = V«+ Нш1 И V4 = V> + Чш2 (V> напряжение полезного сигнала), Полученный на выходе умножителя 9 сигнал поступает на вход интегратора 10. Через соответствующий интервал усреднения Т на выходе интегратора 10 вырабатывается сигнал

„т

Ч5 = — j (V„+ Чш1 ) (V + ш2 ) dt =

То

2 1

= —,Р4« Ф+ — f V„V» 4 + с, TQ o

1 т 1

+ — 1 Vn Ve2 44 + J — Чш1 Нш2 =

Т о Т вЂ” Ч« + BV„V» + BV,V,„2 + ВЧш1Чш2.

Так как помехи.V» и Нш2 некоррелированы с полезным сигналом V>, а также между собой, то их взаимокорреляционные функции

ВЧЧлЧш1 = О 1 ВЧ«Чш2 = О, ВЧш1Чш2- = О °

Выходной сигнал интегратора 10, как это следует из (1), оказывается пропорциональным квадрату входной величины:

20 где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Поскольку энергия электрического сигнала Э = 0 /2, где U — напряжение, то вы2 ходной сигнал интегратора 10 имеет величину, пропорциональную энергии принятого сигнала \4, при этом сигнал V5 содержит меньший уровень помех. по сравнению с сигналами VÇ и V4.

С выхода интегратора 10 электрический сигнал V5 поступает на входы компаратора

11 и АЦП 12. Сигнал на выходе последнего появляется только при превышении сигналом V5 заранее установленного уровня, при этом происходит срабатывание компаратора 11, на выходе последнего появляется положительный потенциал, который подается на второй вход АЦП 12, и на выходе последнего появляется электрический сигнал 33 (фиг.Зг), который подается на вход цифрово40 го сумматора 13, где происходит суммирование сигнала, и просуммированный сигнал подается на вход индикатора 14, При приближении частоты вынужденных колебаний к резонансной частоте изде45 лия 19 с покрытием 20 увеличивается амплитуда колебаний изделия, сигнал на выходе интегратора 10 нарастает и достигает уровня срабатывания компаратора 11, на выходе последнего появляется положительный потенциал, по которому АЦП 12 преобразует аналоговый сигнал с выхода интегратора 10 в цифровой код, который подается на цифровой сумматор 13. При дальнейшем увеличении частоты возможно появление других резонансных пиков, В этом случае повторяется работа компаратора 11, АЦП 12 и цифрового сумматора 13 и суммарный сигнал в цифровом коде поступает на индикатор 14. Сравнивают показание индикатора 14 для приемлемого

1601570

25

35 эдгезионного соединения и контролируемого адгезионного соединения и по результатам сравнения судят о прочности последнего. Сброс цифрового сигнала на выходе цифрового сумматора 13 производится при отрицательном перепаде напряжения на выходе ГМН 1.

При напылении на изделие теплоизоляционных покрытий на границе контакта изделия с покрытием в последнем возникает адгезионный слой, характеризующийся наличием более крупных воздушных включений и, соответственно, меньшей прочностью по сравнению с другиии слоями покрытия. Вследствие этого для определения прочности адгезионного соединения необходимо знать толщину адгезионного слоя. Например, определив зна; чение основной резонансной частоты щ, покрытия 20, по модулю Юнга (Е) и коэффициенту Пуассона (v) адгезионного слоя можно рассчитать толщину Ладгезионного слоя по формуле

Л Н Г 1 + о

Зр! НгЯ(1 21,) где Н вЂ” общая толщина упругого покрытия; р и pp — плотность материала адгезионного слоя 20 и изделия 19.

Сравнивая Л с допустимым значением толщины соединения, дополнительно можно судить о прочности адгезионного соединения.

Предложенное устройство при дополнительном определении основной резонансной частоты работает следующим образом.

Определяется энергия упругих колебаний на резонансных частотах. Дополнительно определяют значение основной резонансной частоты, для чего электрические сигналы с выходов усилителей 8 и 18 подаются на соответствующие входы сум-матора 22, Выходной сигнал последнего представляет собой высокочастотное заполнение 34 и низкочастотную огибающую

35(фиг.Зд). Для выделения низкочастотной огибающей в цепь включены амплитудный детектор 23, с выхода которого получают детектированный сигнал (фиг,Зе), и ФНЧ 24, с выхода которого получают низкочастотную огибающую (фиг,Зж), Низкочастотная огибающая поступает на вход пикового детектора 25 и первый вход компарэтора 26, который включен в цепь для сравнения амплитуды сигналов на первом и втором входах. При увеличении амплитуды колебаний покрытия 20, что происходит при приближении частоты вынужденных колебаний к резонансной частоте покрытия 20, сигнал на входе пикового детектора 25 возрастает, потенциал на первом входе меньше или равен потенциалу на втором входе. При этом на выходе компаратора 26 — нулевой потенциал. После прохождения частоты механического резонанса потенциал на первом входе компаратора 26 становится больше потенциала на втором входе, и на выходе компаратора 26 появляется положительный потенциал. Перепад уровней на выходе компаратора 26 запускает формирователь 27 импульсов, который вырабатывает импульс длительностью тг (фиг.Зз). При появлении этого импульса частотомер 28 проводит выборку напряжения с выхода ГМН 1, Поскольку напряжение на выходе ГМН 1 представляет собой линейно изменяющееся напряжение, то по величине последнего можно судить о частоте механических колебаний изделия 19. При появлении резонансного пика большей амплитуды работа второго компаратора 26, формирователя 27 импульсов и частотомера 28 повторяется.

Если же амплитуда последующего резонансного пика меньше предыдущего, частота которого индицируется индикатором, то срабатывания компаратора 26 не происходит и показания индикатора сохраняются.

Таким образом, определяется значение основной резонансной частотсч контролируемого изделия 19.

Данное значение резонансной частоты, а также величину энергии упругих колебаний э резонансных частотах контролируемого изделия 19 сравнивают с соответствуюгцими значениями для приемлемого адгез;бронного соединения и по ним судят о прочности адгезионного соединения контролируемого иэделия 19 с покрытием 20.

Изобретение обеспечивает воэможность контролировать прочность адгеэионного соединения в процессе эксплуатации, оценивать размеры участков с пониженной прочностью адгезионного соединения, Фо рмула изобретения

1. Устройство для определения прочности адгеэионного соединения, содержащее компаратор и последовательно соединенные приемник акустических колебаний, предварительный усилитель, полосовой фильтр, усилитель и умножитель и компаратор, о т л и ч э ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, оно снабжено последовательно соединенными вторым приемником акустических колебаний, вто1601570

20 рым предварительным усилителем, вторым, волосовым фильтром и вторым усилителем, последовательно соединенными генератором модулирующего напряжения, генератором качающейся частоты, усилителем

: мощности, излучателем акустических коле,, баний и интегратором, а также последова: тельно соединенными аналого-цифровым, преобразователем, цифровым сумматором

: и индикатором, причем выход второго уси; лителя соединен с вторым входом умножи,,: теля, вход интегратора подключен к выходу ,: умножителя, вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу компара,,тора, выход интегратора соединен с входом компаратора и вторым входом аналого-цифрового преобразователя, а выход генератора модулирующего напряжения соединен с вторым входом цифрового сумматора.:

2. Устройство по п.1, отл и ч а ю щеес я тем, что, с целью повышения точности

5 контроля, оно дополнительно снабжено последовательно соединенными сумматором, амплитудным детектором, фильтром низких частот, пиковым детектором, вторым компаратором, формирователем импульсов и час10 тотомером, причем входы сумматора подключены к выходам первого и второго усилителей соответственно, второй вход формирователя импульсов подключен к вы- ходу генератора модулирующего напряже15 ния, а выход фильтра низких частот соединен с вторым входом второго компаратора, 1601570

° 50

Составитель Г.Максимочкин

Редактор О,Юрковецкая Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э,Лончакова

Заказ 3269 Тираж 505 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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