Способ определения коэффициента акустоупругой связи



 

G01N29/07 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2556331:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт Уральского отделения Российской академии наук (ФТИ УрО РАН) (RU)
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" (RU)

Использование: для определения коэффициента акустоупругой связи. Сущность изобретения заключается в том, что образец нагружают до заданного значения напряжения в материале и измеряют время распространения акустической волны в направлении, перпендикулярном направлению нагружения, при этом растягивают или сжимают образец до напряжения σ, меньшего предела пропорциональности материала, измеряют время t1 распространения акустической волны между двумя параллельными поверхностями образца, разгружают образец, соответственно сжимают или растягивают образец до напряжения σ, измеряют время t2 распространения акустической волны между указанными поверхностями образца и определяют коэффициент акустоупругой связи по заданному математическому выражению. Технический результат: повышение точности определения коэффициента акустоупругой связи материала.

 

Изобретение относится к области анализа материалов с помощью ультразвуковых волн и может быть использовано для определения коэффициентов акустоупругой связи различных материалов.

Известен способ определения свойств материала по скорости распространения сдвиговой акустической волны в образце (патент РФ №2281491, 2006).

Недостатком известного способа является зависимость времени распространения акустической волны при определении скорости ее распространения от толщины образца и ее изменений.

Известен также способ определения коэффициента k акустоупругой связи (КАУС) материалов (ГОСТ Р 53568-2009 «Национальный стандарт Российской Федерации. Контроль неразрушающий. Определение констант упругости третьего порядка акустическим методом», стр.9), при котором измеряют времена прохождения (задержки) волны на двойной толщине образца при различных N уровнях нагружения и вычисляют относительное изменение задержек δti=(ti-tN)/tN, где ti - задержка при напряжении σi, tN - задержка при напряжении σN. Затем нелинейную связь между задержкой δti и величиной напряжения σi линеаризуют с помощью линейного уравнения регрессии. Далее вычисляют коэффициент корреляции, который определяет силу и линейность связи, а затем вычисляют КАУС по линейному уравнению регрессии методом наименьших квадратов.

Недостатком указанного способа является то, что не учитывается вклад изменения толщины образца при нагружении в измеренное время (задержку) распространения акустической волны и требуется линеаризация параметра δti для получения линейного уравнения, связывающего величину КАУС и напряжения σ, что приводит к низкой точности определения КАУС.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения КАУС, при котором образец нагружают до заданного значения напряжения в материале и измеряют время распространения акустической волны в направлении, перпендикулярном направлению нагружения (Никитина Н.Е. Акустоупругость. Опыт практического применения. - Н. Новгород: ТАЛАМ, 2005, стр.116 - прототип).

Недостатком способа-прототипа является низкая точность определения КАУС, обусловленная необходимостью использования неточных табличных значений модуля Юнга E и коэффициента Пуассона ν для учета вклада изменения толщины образца при погружении в измеренную величину КАУС.

Предлагаемый способ определения коэффициента акустоупругой связи направлен на повышение точности определения КАУС материала.

Данный технический результат достигается тем, что в способе определения коэффициента акустоупругой связи, при котором образец нагружают до заданного значения напряжения в материале и измеряют время распространения акустической волны в направлении, перпендикулярном направлению нагружения, согласно предложению, образец сначала растягивают или сжимают до напряжения σ, меньшего предела пропорциональности материала, и измеряют время t1 распространения акустической волны между двумя параллельными поверхностями образца. Затем образец разгружают, далее соответственно сжимают или растягивают до напряжения σ и измеряют время t2 распространения акустической волны между указанными поверхностями образца. Коэффициент акустоупругой связи определяют по формуле

k=(2t0-t1-t2)/[(t1-t2)σ],

где t0 - время распространения акустической волны между указанными поверхностями образца в ненагруженном состоянии.

Повышение точности определения КАУС достигается за счет устранения влияния изменений «базы прозвучивания» (расстояния между двумя параллельными поверхностями образца), т.е. длины пути распространения акустической волны при нагружении (растяжении или сжатии) образца.

Нами не обнаружены технические решения с признаками, сходными с существенными отличительными признаками предлагаемого решения, поэтому считаем, что оно соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Способ определения коэффициента акустоупругой связи заключается в следующем.

Образец материала с двумя параллельными друг другу поверхностями нагружают (например, растягивают) в направлении, перпендикулярном указанным поверхностям, до напряжения σ, меньшего предела пропорциональности материала. Затем измеряют время t1 распространения акустической волны между указанными поверхностями образца, например, с помощью совмещенного ультразвукового преобразователя, излучающего и принимающего ультразвуковые волны по нормали к поверхности.

Далее образец разгружают, сжимают до напряжения σ и измеряют время t2 распространения акустической волны между указанными поверхностями образца.

Коэффициент акустоупругой связи определяют по формуле

k=(2t0-t1-t2)/[(t1-t2)σ].

Так, при измерении времени распространения акустической волны от одной из параллельных поверхностей к другой и обратно значение t1, например, при растяжении, определяется выражением

где L - расстояние между поверхностями ненагруженного образца, ν - коэффициент Пуассона, E - модуль Юнга, C0 - скорость волны в ненагруженном образце.

Соответственно, при сжатии время распространения акустической волны равно

Представим формулы (1) и (2) в виде:

Складывая (3) и (4), получаем:

Подставляя в (5) выражение для расстояния между параллельными поверхностями ненагруженного образца L=t0C0/2, где t0 - время распространения акустической волны в ненагруженном образце, получаем:

k=(2t0-t1-t2)/[(t1-t2)σ],

т.е. КАУС не зависит от параметра L.

Вклад непостоянства длины L пути распространения акустической волны в ошибку определения КАУС является существенным и может быть оценен следующим образом.

Разложим, например, формулу (2) в ряд Тейлора по σ и ограничимся слагаемыми первого порядка:

t2=2L(1+νσ/E)/[C0(1+kσ)]≈t0(1+νσ/E-kσ).

При E≈2×1011 Па, ν≈0,3 и k≈6×10-12 (Па)-1 для стали имеем

t2/t0-1=1,5×10-12 σ-6,0×10-12 σ,

т.е. вклад в изменение времени прохождения волны, обусловленный непостоянством расстояния L, составляет около 25% от величины вклада, обусловленного только акустоупругой связью, что и приводит к методической ошибке определения КАУС.

Таким образом, предлагаемый способ определения коэффициента акустоупругой связи позволяет упростить процедуру измерений за счет исключения операции измерения пути L распространения акустической волны, а также повысить точность определения КАУС за счет исключения влияния на результаты измерений непостоянства L в процессе нагружения образца материала.

Способ определения коэффициента акустоупругой связи, при котором образец нагружают до заданного значения напряжения в материале и измеряют время распространения акустической волны в направлении, перпендикулярном направлению нагружения, отличающийся тем, что растягивают или сжимают образец до напряжения σ, меньшего предела пропорциональности материала, измеряют время t1 распространения акустической волны между двумя параллельными поверхностями образца, разгружают образец, соответственно сжимают или растягивают образец до напряжения σ, измеряют время t2 распространения акустической волны между указанными поверхностями образца и определяют коэффициент акустоупругой связи по формуле
k=(2t0-t1-t2)/[(t1-t2)σ],
где t0 - время распространения акустической волны между указанными поверхностями образца в ненагруженном состоянии.



 

Похожие патенты:

Использование: для относительной калибровки преобразователей акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что размещают на калибровочном блоке калибруемый преобразователь акустической эмиссии, возбуждают в калибровочном блоке импульсы смещения, регистрируют полученные сигналы и выполняют их сравнение, при этом возбуждение импульсов смещения осуществляют с помощью источника акустической эмиссии трения, полученные при этом сигналы акустической эмиссии трения регистрируют, затем по ним определяют их автокорреляцию, производя, таким образом, относительную калибровку калибруемого преобразователя акустической эмиссии.

Изобретение относится к системе для выполнения калибровочных отражателей на трубе. Переносная система электроэрозионной обработки для выполнения калибровочных отражателей на трубе содержит основание, монтируемое на трубу, режущий инструмент, электродвигатель, функционально соединенный с режущим инструментом для перемещения режущего инструмента в соответствии предварительно выбранной схемой, электрод, функционально соединенный с режущим инструментом, источник питания, функционально соединенный с электродом и функционально соединяемый с трубой, при этом источник питания выполнен с возможностью электрической подачи напряжения от электрода на трубу для удаления материала с трубы, источник диэлектрической текучей среды, находящийся во взаимодействии по текучей среде с трубой для удаления материала, удаляемого с трубы, при этом электродвигатель и источник питания и/или источник диэлектрической текучей среды установлены на основании.

Изобретение относится к области сейсмоакустических исследований и касается устройства контроля динамических характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Использование: для измерения объемной концентрации водорода. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют измерение температуры и скорости ультразвука в измеряемом газе, при этом определяют скорость в чистом водороде при той же температуре, а концентрацию водорода в газовой смеси вычисляют из математического выражения, учитывающего отношение квадрата скорости ультразвука в чистом водороде к квадрату скорости ультразвука в измеряемой смеси газов и отношение молярной массы примесей в водороде к молярной массе чистого водорода.

Изобретение относится к способам испытаний и эксплуатационного ультразвукового контроля изделий. Для повышения достоверности ультразвукового неразрушающего контроля перед проведением контроля изделие нагружают нагрузкой, достаточной для раскрытия гипотетического дефекта типа трещины в месте контроля до величины, которая обеспечила бы отражение ультразвуковой волны от дефекта и сделала его выявляемым.

Использование: для определения коэффициентов звукопоглощения материалов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют измерение эталонных аналоговых сигналов с помощью первого и второго микрофонов акустического интерферометра, их аналогово-цифровое преобразование, вычисление передаточной функции с помощью непрерывного вейвлет-преобразования каждого из измеренных эталонных сигналов, вычисление коэффициентов отражения и коэффициентов звукопоглощения, представление результатов вычислений в графической форме в виде графика зависимости коэффициентов звукопоглощения от частоты или среднегеометрических частот 1/n - октавных полос, где n - целое число, при этом в качестве эталонного используют детерминированный аналоговый сигнал длительностью не менее 13 секунд с экспоненциально возрастающей частотой в диапазоне 100-4000 Гц.

Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового скважинного глубиномера. Сущность изобретения заключается в том, что устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора содержит генератор ультразвуковых импульсов, подключенный к излучателю, и последовательно соединенные приемник, усилитель, пороговое устройство, блок формирования временного интервала, блок измерения временного интервала и блок управления и индикации, выход которого связан с генератором и входом блока формирования временного интервала, источник опорного напряжения, подключенный к входу порогового устройства, кварцевый генератор, подключенный к блоку измерения временных интервалов, при этом второй генератор ультразвуковых импульсов подключен к второму излучателю, последовательно соединены второй приемник, второй усилитель, второе пороговое устройство, второй блок формирования временного интервала и второй блок измерения временного интервала, причем источник опорного напряжения подключен к второму входу второго порогового устройства, вход второго блока измерения временного интервала связан с кварцевым генератором, а выход второго блока измерения временного интервала подключен к блоку управления и индикации, выходы которого подключены ко второму генератору и второму блоку формирования временного интервала.

Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют излучение ультразвукового сигнала, прием ответного сигнала, измерение временного интервала между излученным и принятым сигналами и определение расстояния до отражающей поверхности путем умножения скорости распространения ультразвука в контролируемой среде на измеренный временной интервал, при этом излучение, прием ультразвуковых сигналов и измерение временных интервалов между излученным и принятым ультразвуковым сигналами производят на двух частотах с разными периодами, затем производят сравнение этих временных интервалов и их коррекцию в соответствии с заданным математическим выражением.

Использование: для дефектоскопии и толщинометрии различных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой иммерсионный многоэлементный пьезоэлектрический преобразователь содержит герметичный корпус с демпфирующим веществом, пьезоэлементы, установленные внутри корпуса и расположенные в корпусе симметрично относительно акустической оси преобразователя, и линзу, расположенную со стороны излучающей поверхности пьезоэлементов, акустические оси пьезоэлементов пересекаются между собой на продольной оси преобразователя, вектор поляризации всех пьезоэлементов направлен либо в сторону излучения, либо в сторону демпфирующего вещества, причем линза выполнена общей для всех пьезоэлементов или состоит из отдельных секций, при этом пьезоэлементы расположены с образованием вогнутой или выпуклой относительно линзы поверхности, все пьезоэлементы выполнены с общим для них положительным и отрицательным электродами, перекрывающими заполненные полимерным компаундом промежутки между пьезоэлементами и подключенными к электрическому герметичному разъему, при этом линза и демпфирующее вещество поверхностями, обращенными к образованным пьезоэлементами и полимерным компаундом поверхностям, каждая со своей стороны, плотно прилегает к расположенным на этих поверхностях электродам, причем линза приклеена к расположенному на пьезоэлементах электроду или плотно прилегает к электроду через слой акустически проводящей жидкости.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля. Сущность: дефектоскопическая установка для неразрушающего контроля конструкции, у которой имеется внутренняя часть с отверстием, содержит внешний зонд с множеством стенок, у каждой из которых имеется поверхность, соответствующая одной из множества соответствующих внешних поверхностей соответствующей стенки конструкции.
Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам для измерения звукопоглощающих свойств жидкостей. Устройство содержит тональный аудиометр, к которому подключен костный телефон-вибратор с ремешком для его фиксации в заданном положении. Вибратор оснащен прозрачной съемной емкостью, заполняемой жидкостью, звукопоглощающие свойства которой требуется исследовать. При этом емкость состоит из нескольких последовательно расположенных изолированных отсеков, оборудована крышкой, обеспечивающей заполнение емкости жидкостью (крышка открыта) и исключающей ее проливание при исследовании (крышка закрыта), а на стенке емкости нанесена шкала, позволяющая определить объем жидкости в ней. Стенки емкости вибратора выполнены жесткими или гибкими. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства за счет применения аудиометра для исследования звукопоглощающих свойств жидкостей. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технике горного дела, добыче полезных ископаемых, в частности к устройствам для изучения физико-механических свойств горных пород, и может быть использовано в геологии, горной, газовой и нефтяной промышленности для расчета предельной величины давления гидроразрыва пласта. Сущность: осуществляют воздействие на образец горной породы внешним давлением и измеряют скорости распространения продольных и поперечных упругих волн в образце. Производят циклическое воздействие внешним давлением на образец с чередованием нагрузки-разгрузки, с постепенным увеличением внешнего давления до номинальной величины, о достижении которой судят по моменту стабилизации зависимости скорости распространения продольной и поперечной волн от увеличения внешнего давления на образец, в результате полученные значения скорости распространения продольной и поперечной волн используют как истинные величины для расчета значений модуля Юнга и коэффициента Пуассона. Технический результат: снижение погрешности при измерении скорости распространения упругих волн в образцах керна. 1 ил.

Изобретение относится к перинатологии и предназначено для снижения перинатальной заболеваемости при поздних преждевременных родах. Сущность способа: в сроках 34-36 недель беременности при угрозе преждевременных родов проводят ультразвуковую фетометрию. При предполагаемой массе плода ниже десятого или выше девяностого перцентиля для данного срока проводят профилактику синдрома дыхательных расстройств. Способ позволяет снизить заболеваемость новорожденных в сроках 34-36 недель. 3 пр., 2 ил.

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что разбивают пьезоэлементы антенной решеткой на несколько подрешеток, присваивают каждому излучающему элементу подрешетки свой зондирующий сигнал из набора псевдоортогональных сигналов, выполняют одновременное излучение в объект контроля всеми элементами подрешетки и принимают из него ультразвуковые сигналы с помощью любой подрешетки с последующим декодированием принятых эхо-сигналов для формирования набора эхо-сигналов, который можно было бы получить при излучении и приеме всеми парами элементов антенной решетки, при этом для каждой из пар подрешеток и для каждого положения антенной решетки используется свой набор псевдоортогональных сигналов, например кодов Касами или линейно-частотно-модулированных сигналов, а декодирование для формирования набора эхо-сигналов для восстановления изображения отражателей методом C-SAFT производится методом максимальной энтропии. Технический результат: обеспечение возможности более чем в четыре раза повысить скорость регистрации эхосигналов с помощью антенной решетки и более чем в восемь раз уменьшить объем измеренных эхосигналов. 8 ил.

Использование: для акустического согласования пьезоэлемента иммерсионного ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя с контролируемой средой. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют формирование между пьезоэлементом и контролируемой средой протектора и размещение с другой стороны пьезоэлемента демпфера, при этом толщину пьезоэлемента и толщину протектора определяют исходя из резонансной частоты пьезоэлемента fпэ=(1,10÷1,12)f+(0,1÷0,2), где f - эффективная частота эхо-импульса, а материалы протектора и демпфера выбирают с акустическими сопротивлениями из диапазонов, удовлетворяющих определенным соотношениям. Технический результат: улучшение акустического согласования пьезоэлемента иммерсионного пьезоэлектрического преобразователя с контролируемой средой. 2 табл., 14 ил.

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для измерения скорости звука в естественных водоемах. Предложен способ акустического мониторинга изменчивости параметров морских акваторий, заключающийся в формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, которой включает измерение скорости распространения звука, температуры и давления в образцовой зоне водоема на фиксированных горизонтах, свободной от загрязнений техногенного характера, при этом полученные значения измеренной скорости распространения звука являются эталонными значениями для данного водоема и заносятся в память вычислительного устройства средства акустического мониторинга, при формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, измерения скорости распространения звука выполняют при температуре и давлении, соответствующих температуре и давлению полученных эталонных значений скорости распространения звука на фиксированных горизонтах акватории исследуемого водоема. Технический результат заключается в повышении достоверности способа акустического мониторинга изменчивости параметров морских акваторий, а также расширении функциональных возможностей. 1 ил.

Использование: для измерения акустического сопротивления однородных сред. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения акустического сопротивления однородных сред содержит первый и второй ультразвуковые преобразователи, предназначенные для контактирования через эталонную среду с исследуемой и контрольной средами соответственно, ультразвуковой генератор, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, суммирующий каскад, входы которого подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, делитель и блок функционального преобразования, связанный с выходом делителя, при этом в состав устройства введены дифференциальный усилитель и блок возведения в степень, причем первый вход дифференциального усилителя подключен ко второму ультразвуковому преобразователю, а второй вход этого усилителя подключен к первому ультразвуковому преобразователю, первый вход делителя подключен к выходу дифференциального усилителя, а второй его вход подключен к выходу суммирующего каскада, выход делителя подключен к входу блока возведения в степень, а выход последнего подключен к входу блока функционального преобразования, причем блок функционального преобразования реализует заданную функциональную зависимость. Технический результат: повышение чувствительности к акустическому сопротивлению исследуемой среды. 1 ил.

Использование: для измерения акустического сопротивления материалов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения акустического сопротивления твердых материалов, содержащее первый и второй ультразвуковые преобразователи, предназначенные для контактирования через эталонную среду с исследуемым материалом и контрольной средой соответственно, ультразвуковой генератор, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, делитель и блок функционального преобразования, при этом второй вход делителя подключен ко второму ультразвуковому преобразователю, а выход делителя связан с блоком функционального преобразования, при этом первый вход делителя подключен к первому ультразвуковому преобразователю, между выходом делителя и входом блока функционального преобразования введена цепочка последовательно соединенных блоков: вычисления обратной величины и экспоненциального преобразования, а блок функционального преобразования реализует заданную функциональную зависимость или в устройство введена цепочка последовательно соединенных блоков: вычисления обратной величины, аналогового инвертирования и экспоненциального преобразования, причем блок функционального преобразования в этом случае реализует другую заданную функциональную зависимость. Технический результат: повышение чувствительности к акустическому сопротивлению исследуемого материала. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для тестирования жидкости, используемой как восстановитель, в связи с очисткой выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания. Устройство содержит датчик (6) температуры и модуль (8) измерения скорости звука. Датчик температуры выполнен с возможностью определения первой температуры T1 для жидкости и подачи на ее основе сигнала (12) температуры в вычислительный модуль (10). Модуль (8) измерения скорости звука выполнен с возможностью определения первой скорости v1 звука для жидкости при температуре T1 и подачи на ее основе сигнала (14) скорости звука в вычислительный модуль (10). Датчик (6) температуры дополнительно выполнен с возможностью определения второй температуры T2 для жидкости. Вычислительный модуль (10) выполнен с возможностью вычисления абсолютного значения разности ΔT температур между T1 и T2 и сравнения ΔT с заданным пороговым значением TTH. Если ΔT превышает TTH , то определяют вторую скорость звука v2 для жидкости при температуре T2. Вычислительный модуль (10) выполнен с возможностью сравнения v1 и v2 с соответствующими первым и вторым эталонными значениями vrefl и vref2 скорости для эталонной жидкости при соответствующих температурах T1 и T2. На основе результата сравнения генерируют индикаторный сигнал. Технический результат - повышение точности и достоверности получаемых данных. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое устройство относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и может быть использовано в приборах контроля расхода высокотемпературных жидких и газовых потоков. Волноводный ультразвуковой преобразователь расходомера содержит пьезоэлектрический преобразователь, волноводную пластину, имеющую поверхности для контактирования с пьезоэлектрическим преобразователем и поверхностью трубы с контролируемой средой, и устройства прижима волноводной пластины к трубе и преобразователю. В нем волноводная пластина выполнена в форме удлиненного параллелограмма, один конец которого прижимается к поверхности трубы, а на втором установлен преобразователь сдвиговых волн, при этом угол острого угла параллелограмма выбирается преимущественно в диапазоне 20-50°. Технический результат − улучшение эксплуатационных характеристик устройства, а именно снижение количества тепла, поступающего по волноводу к преобразователю, а также возможность выровнять температурное поле в волноводной пластине. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх