Преобразователь для измерения скорости звука в материалах

(54) (57)МЕРЕН ИРИАЛАХ ЛЬ ДЛЯ ИЗУКА В МАТЕ- пус, размещеньезопластину и ся тем, что, си производи-сторон пьезо- шений ную в не защитное целью по тельности пластины где а,на пьезоплас работы на едназначена ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по разработке неразрушающих методов и средств контроля качества материалов(56) 1. Дефектоскопия, 1980,1, с. 35.2. Прибор ультразвуковой УК - 1 О П. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Кишинев, Тимпул, 1978, с. 22- 23 (прототип). з -"-ИЯ 1"ПРЕОБРАЗОВАТЕ Я СКОРОСТИ ЗВ содержащий кор м прямоугольную п дно, отличающий вышения точности измерений, размерь выбраны из соотно а:, 106; в 104- ширина йдл ти ны, мм;- частота, дл которой пьезопластинИзобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости распространения продольных волн при поверхностном црозвучивании, например, при не- разрушающем контроле строительных матери алов.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 11.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 20 х 20 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 разлцч 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 - а - .1 О;Ив(104 1/67где й, Ь - цирина и длина пьезопластины, мм;- частота, для работы накоторой предназначена пьезопластина, Гц.На фиг. 1 изображен преобразователь для измерения скорости звука в материалах; на фцг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - проекция пьезопластицы преобразователя ца поверхность контролируемого изделия.Преобразователь для измерения скорости звука в материалах содержит корпус 1, размещенную в нем прямоугольную цьезопластину 2 и защитное дно 3. Размеры сторон пьезопластины выбраны из соотношениййа с -- 106; (1)вс 104 /(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 15прямоугольныи пьезоэлемент 2 подают имнпульс 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 й( времени при хода в секундах от ближней и дальней точек 0 и М пьезопластины, лежащих на ее поперечной оси, в точку К приема равнаЬ( = а/с, (3)30 где г, - скорость распространенияпродольных волн в материале контролируемого изделия, мм/с.Эта разность А(, для того, чтобы сигналыв точке приема сложились, должна быть З 5 не больше временинарастания фронтаимпульса, 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),45Скорость звука в твердых материалахизменяется 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 получитьвыражение, которое соответствует формуле (1).Следовательно, ширина а пьезопластинывыбрана таким образом, что обеспечивается практически одновременный приход сигналов в точку приема. Разность А(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 А. Ильин Заказ 502530 Тираж 823 Подписное ВНИ И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4лежащей на пересечении продольной грани с поперечной, в точку К приема, равна.- в/О" ьс с(6) где- кратчайшее расстояние,пройденное ультразвуков в материале, мм.Исходя из тех же условий, что и в неравенстве (4), получаемд 1 т (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. То 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.5 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 сиг нала большой амплитуды с крутым передним фронтом и позволяет точно измерить скорость на больших базах прозвучивания, благодаря выбору размеров сторон пьезопластины из вышеприведенных соотношений.