Устройство для определения температурной зависимости модуля упругости материалов
Изобретение относится к исследованиям физических свойств материала с помощью ультразвуковых колебании и может быть использовано для определения температурных зависимостей модулей упругости твердых тел. Целью изобретения являетсяповышение томности измерений за счет уменьшения ошибок, связанных с погрешностями определения температуры образцов материалов Устройство содержит два магнитострикционных преобразователя и акустическую линию связи, с помощью которых в образце возбуждают продольные акустические колебания Чзсюга последних с помощью с/ емы авгоподстроики устанапливаек.я рапной часто re собственных колеба ний исследуемого образца и служи информативным параметром для определения модуля упругости образцов материалов Одновременно возбуждают п линии г вязи крутильные колебания и измеряют време ние интервалы можду напученными эхо-сигналами по которым судят о температуре исследуемого образца 2 ил Ьо :с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4705867/28 (22) 14.06.89 (46) 30.05.91. Бюл, ¹ 20 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Н.Ю, Левчук, И.С. Лихновский, Я.Т. Луцик и Б.И. Стаднык (53) 620.179,16(088.8) (56) Механические испытания конструкционных сплавов при криогенных температурах. — Сборник. Институт проблем прочности, Киев: Наукова думка, 1982, с. 135, Авторское свидетельство СССР ¹ 1343341, кл. 6 Oi N 29/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к исследованиям физических свойств материала с помощью ультразвуковых колебаний и может Изобретение относится к исследованиям физических свойств материала с помощью ультразвуковых колебаний и может быть использовано для определения температурных зависимостей модулей упругости твердых тел. Цель изобретения — повышение точности измерений за счет уменьшения ошибок, связанных с погрешностями определения температуры образцов материалов. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения температурной зависимости модуля упругости материалов; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство для определения температурной зависимости модуля упругости мате„„5U„„1652899 А1 быть использовано для определения температурных зависимостей модулей упругости твердых тел. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет уменьшения ошибок, связанных с погрешностями определения температуры образцов материалов. Устройство содержит два магнитострикционных преобразователя и акустическую линию связи, с помощью которых в образце возбуждают продольные акустические колебания. Частота последних с помощью схемы автоподстройки устанавливается равной частоте собственных колебаний исследуемого образца и служит информативным параметром для определения модуля упругости образцов материалов. Одновременно возбуждают в линии связи крутильные колебания и измеряют временые интервалы между полученными эхо-сигналами, по которым судят о температуре исследуемого образца. 2 ил. риалов содержит последовательно соединенн ые магнитострикцион н ый и реобразователь 1, усилитель-ограничитель 2, формирователь 3 импульсов, инвертор 4 и элемент И 5, последовательно соединенные генератор б, второй формирователь 7 импульсов, второй инвертор 8 и второй элемент 9 И, подключенный к второму выходу генератора 6 частотомер 10, нагреватель 11. акустическую линию 12 связи с отражателем 13, подключенные к выходу усилителя-ограничителя 2 последовательно соединенные счетчик 14, постоянное запоминающее устройство 15, интегратор 16, схему 17 управления и цифроаналоговый преобразователь 18, выход которого подключен к входу генератора б, последовательно соединенные 1652899 15 30 35 50 формирователь 19 импульсов запуска, второй генератор 20 и второй магнитострикционный преобразователь 21, подключенные к выходу последнего последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель 22, триггер 23 и регистр 24 памяти, подключенные к второму выходу триггера 23 последовательно соединенные схему 25 совпадения и второй счетчик 26, выход которого подключен к второму входу регистра . 24 памяти, последовательно соединенные третий генератор 27, первый и второй программируемые счетчики 28, 29 и модулятор 30, выход которого подключен к входу первого магнитострикционного преобразователя 1, одповибраiop 31 и регистратор 32, выход котороУо обьединен с выходами частотомера 10 и регистра 24 памяти и подключен к входам первого и второго программируемых счетчиков 28 и 29, второй выход постоянного запоминаюо его устройства 15 подключен к второму входу схемы 17 управления, третий и четвертый выходы по стоянного запоминающего устройства 15 подключены соответственно к второму входу триггера 23 и к вторым входам первого и 1 второго формирователей 3 и 7 импульсов, первый и второй Bb!xoäы первого генератора 6 подключены к вторым входам соответственно второго программируемого счетчика 29 и модулятора 30, вход одновибратора 31 подключен к выходу второго генератора 20, а выход- к второму входу второго усилителя-ограничителя 22, выход гретьего генератора 27 подключен к второму входу схемы 25 совпадений, а выход второго программируемого счетчика 29 соединен с управляющими входами второго счетчика 2б и форMèðователя 19 импульсов запуска, выходы первого и второго формирователей 7 и 3 импульсов подключ Hbl соответственно к вторым входам второго и первого элементов И 5, 9, а первый и второй магнитострикционные преобразователи 1 и 21 установлены соосно на одном из концoB акустической линии 12 связи, второй конец которой размещен в нагревателе 11 и предназначен для акустической связи с исследуемым образцом 33. Позицией 34 обозначена системная шина для сьязи блоков ус ройства с регистратором 32, который, в частности, может быть подключен, к внешнему устройству обработки данных. Схема 17 управления может быть выполнена в виде реверсного счетчика. Устройство работает следующим образом, Образец 33 исследуемого материала длиной 1) соединяют линией 12 связи. на которой на расстоянии 4 от образца 33 установлен отражатель 13. В образец ЗЗ помещают нагреватель 11 и подвергают нагреву. Сигнал синусоидальной формы с выхода генератора 6 непрерывных колебаний поступает на модулятор 30, в котором формируется радиоимпульс, длительность которого задается программируемым счетчиком 29. Этот радиоимпульс преобразуется в первом магнитострикционном преобразователе 1 в акустический сигнал, который по линии 12 связи поступает на образец 33 и возбуждает в нем продольные колебания. Синхронно с началом радиоимпульса, определяемым фронтом сигнала на входе модулятора 30, срабатывает формирователь 19 импульсов запуска, переводящий генератор 20 в режим генерации импульса возбуждения, поступающего на вход второго магнитострикционного преобразователя 21, возбуждающего колебания крутильной формы. TBKMM o5p o,;lo линии 12 связи одновременно начинают распространяться продольные колебания в форме радиоимпульса и крутильные колебания в форме одиночного импульса. Различие в скорости распространения продольных и крутильных колебаний в иссле„уемых образцах обеспечивает возможность разнести во времени обработку компонент принятого отоаженного сигнала (фиг. 2в, r). Отражение продольных колебаний от отражателя 13 незначительно и не влияет на резонансную картину зхо-сигнала, а распространение крутильных колебаний при наличии отражателя 14. обладающего большим моментом инерции, по исследуемому образцу не происходи, Отраженный сигнал продольных колебаний (фиг, 2, в), т.е. сигнал свободных за ухающих колебаний образца 33. с выхода магнитострикционного преобразователя 1 поступает на вход усилителя-ограничителя 2, формирующего из него прямоугольные импульсы (фиг. 2д). Эти импульсы поступают на счетный вход счетчика 14, выход которого соединен с соответствующими адресными входами постоянного запоминающего устройстваа 15 (Г13У). Каждому импульсу в отраженном сигнале соответствует записанная заранее кодовая комбинация на выходах ПЗУ 15. Сигнал с четвертого выхода ПЗУ 15 (фиг. 2ж) поступает на входы запуска формирователей 7 и 3 импульсов. которые формируют соответственно из сигнала с выхода усилителя-ограничителя 2 и сигнала генератора 6 прямоугольные импульсы, равные по длительности заданному числу и периодов входных сигналов. На выходе формирователя 7 импульсов формируется импульс дли1652899 20 ЗО 55 тельностью пА, а на выходе формирователя 3 — импульс длительностью пВ (здесь и— число импульсных сигналов. А — период сигнала генератора 6,  — период сигналазатухающих колебаний образца 32),Указанные прямоугольные импульсы подаются на входы инверторов 8и4, причем сигнал с выхода формирователя 7 импульсов подается на вход схемы И 5 совместно с инвертированным посредством инвертора 4 сигналом формирователя 3 импульсов, а сигнал с выхода формирователя 3 импульсов поступает на вход схемы И 9 совместно с инвертированным посредством инвертора 8 сигналом формирователя 7 импульсов. В результате этого на выходах схем И 9, 5 образуются короткие импульсы. длительность которых одинакова только в том случае, когда длительность прямоугольных импульсов пА и пВ равны между собой. Импульсы с выхода схемы И 9 поступают на неинвертирующий, а схемы И 5 — на инвертирующий входы интегратора 16. Сигнал с выхода интегратора 16 поступает на информационный вход схемы 17 управления цифроаналогового преобразователя 18, реагирующей на положительное или отрицательное значение величины выходного сигнала интегратора 16. В зависимости от этого схема t7 управления ЦАП в момент появления импульса на втором выходе ПЗУ 15 (фиг. 2з) увеличивает или уменьшает свой выходной код, поступа-. ющий на вход ЦАП 18. Таким образом, путем изменения напряжения нэ управляющем входе генератора б, соединенного с выходом ЦАП 18, осуществляется непрерывная автоподстройка частоты генератора 6 синхронно с частотой собственных затухающих колебаний образца 32. Частота посылки зондирующих импульсов крутильных и продольных колебаний, ограниченная временем прохождения импульсов по линии 12 связи, задается первым программируемым счетчиком 28. Его вход соединен с выходом генератора 27 колебаний эталонной частоты. На выходе программируемого счетчика 28, соединенным с счетным входом программируемого счетчика 29, частота колебаний равна частоте посылки зондирующих импульсов. Преобразование крутильных колебаний осуществляется в магнитострикционном преобразователе 21. Его выход через усилитель-ограничитель 22 соединен с тактовым входом триггера 23. Вход сброса триггера 23 подключен к третьему выходу ПЗУ 15. Такая схема включения триггера позволяет получить на его прямом выходе сигнал, длительность которого равна времени Тз между первым и вторым отраженными сигналами крутильных колебаний (фиг. 2и). Одновибратор 31, включенный между синхронизирующим выходом генератора 20 и блокирующим входом усилителя.-ограничителя 22, служит для блокировки последнего в момент возбуждения генератора 20 короткого импульса. На схему 25 совпадения поступает сигнал с выхода триггера 23 и сигнал с выхода генератора 27 непрерывных колебаний эталонной частоты, На выходе схемы 25 совпадения, соединенной со счетным входом счетчика 26, получают последовательность импульсов (фиг. 2к). Кодовые выходы счетчика 26 соединены с входом регистра 24 памяти. Сброс счетчика 26 осуществляется сигналом с выхода программируемого счетчика 29. Запйсь входной информации в регистр 24 осуществляется сигналом с инвертирующего выхода триггера 23, задержка распространения сигнала на котором достаточна для срабатывания схемы 25 сравнения и счетчика 26. Общее управление устройством осуществляется через системную магистраль 34 путем записи управляющих слоев в регистры программируемых счетчиков 28 и 29. Значения модуля упоугости вычисляют по формуле Е -4l pf", где I — длина образца; р- плотность материала образца; 1 — частота собственных колебаний образца (частота генератора 6); Температура определяется по предварительно найденной грэдуировочной кривой "температура - интервал времени". Значение интервала времени считывается с регистра 24 памяти. Значения модуля упругости.и соответствующей ему температуры выводятся по системной шине 34 на регистратор 32. Изобретение позволяет повысить точность измерений за счет лучшего теплообмена между образцом 33 и датчиком температуры, которым служит участок линии 12 связи, непосредственно примыкающий к исследуемому образцу. формула изобретения Устройство для определения температурной зависимости модуля упругости материалов, содержащее последовательно соединенные первый магнитострикционный преобразователь, первый усилитель-ограничитель, первый формирователь импульсов, первый инвертор и первый элемент И, последовательно соединенные первый генератор, второй формирователь импульсов, второй инвертор и второй элемент И, подключенный к второму выходу 1652899 генератора частотомер и нагреватель, выходы первого и второго формирователей импульсов подключены к вторым входам соответственно второго и первого злементовИ, отличающееся темчто,сцелью 5 повышения точности измерений за счет уменьшения ошибок, связанных с погрешностями измерения температуры образцов материалов, оно снабжено акустической линией связи с отражателем, подключенными 10 к выходу первого усилителя-ограничителя, последовательно соединенными первым, счетчиком, постоянным запоминающим ус,тройством, первым интегратором, схемой, управления и цифроаналоговым преобразо-. 15 вателем, выход которого подключен к входу, первого генератора, последовательно соединенными формирователем импульсов запуска, вторым генератором и вторым магнитострикционным преобразователем, 20 ,подключенными к выходу последнего последовательно соединенными вторым усилителем-ограничителем, триггером и регистром памяти, подключенными к второму выходу триггера последовательно сое- 25 диненными схемой совпадения и вторым, счетчиком, выход которого подключен к второму входу регистра памяти, последовательно соединенными третьим генератором, первым и вторым программи- 30 руемыми счетчиками и модулятором, выход (которого подключен к входу первого магнитострикционного преобразователя, одновибратором и регистраторам, выход которого объединен с выходами частотомера и регистра памяти и подключен к входам первого и второго программируемых счетчиков, второй выход постоянного запоминающего устройства подключен к второму входу схемы управления, третий и четвертый выходы пострянного запоминающего устройства подключены соответственно к второму входу триггера и к вторым входам первого и второго формирователей импульсов, первый и второй выходы первого генератора подключены к вторым входам соответственно второго программируемого счетчика и модулятора, вход одновибратора подключен к выходу второго генератора, а выход — к второму входу второго усилителяограничителя, выход третьего генератора подключен к второму входу схемы совпадений, а выход второго программируемого счетчика соединен с управляющими входами второго счетчика и формирователя импульсов запуска. а "первый и второй магнитострикционные преобразователи установлены соосно на одном из концов акустической линии связи, второй конец которой размещен в нагревателе и предназначен для акустической связи с исследуемым образцом. 1652899 Составитель Г, Максимочкин Редактор М. Недолуженко Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк Заказ 1770 Тираж 402 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб.. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101
