SU48894A1 - Способ исследовани тел упругими или электромагнитными волнами - Google Patents

Description

Предложенное изобретение касаетс  способа исследовани  механических тел, в частности, определени  дефектов, раковин и внутренних включений в различных металлических отливках, поковках и вообще различных металлических детал х сложной формы.

Подробное обследование распространени  ультразвукового луча в металле показало, что рассе ние ультразвуковых волн определ етс , главным образом , фактом многократного отражени  их от внешних граней и внутренних неоднородностей в металле. Наличие всевозможных отражений особенно заметно в образцах, имеющих небольшие размеры. Рассе ние колебаний зависит также от условий отливки детали и от того, имеет ли металл крупно-зернистую или мелко-зернистую структуру. При мелко-зернистой структуре рассе ние меньше, чем при крупно-зернистой. Вообще необходимо отметить, что в металлах не наблюдаетс  та направленность ультраакустического луча, кака  наблюдаетс  в жидкой среде, а это обсто тельство не обеспечивает точного определени  неоднородностей в р де случаев. Изобретение имеет целью обойти указанные выше недостатки и

дать возможность все же испытывать детали мелких размеров с небольшими внутренними включени ми.

Если толщина исследуемого образца равна I, то врем  t, потребное дл  прохождени  ультраакустического луча от одной грани до другой по пр мой линии (если металл однороден), будет

/ равно -, где с - скорость распространени  звука. Если же на пути луча встретитс  неоднородность, то врем  прохождени  луча от одной грани до другой будет уже иное: i, где Yi , так как луч, огиба  неоднородность, будет проходить рассто ние, ббльшее, чем I - t.

Учет этой разницы позволит судить о наличии неоднородности в исследуемом металле. Дл  определени  этой разницы Д предлагаетс  устройство, изображенное на фиг. 1 и состо щее из генератора высокой частоты, возбуждающего кварцевый вибратор 1, который посылает в исследуемую среду 3 ультраакустический луч, возбуждающий кварцевый резонатор 2; к последнему присоединен приемник 5. Когда к генератору 4 подводитс  от модул циовиого генератора 6 напр жение в положительной фазе, приемник 5 заперт, так как в это врем  к нему подводитс  отрицательный полупериод. Когда же на генератор подаетс  отрицательна  полуволна модул ции, генераци  колебаний не возникает, но приемное устройство становитс  действующим, так как в это врем  к нему подводитс  напр жение в положительной фазе.

Таким приемом можно избавитьс  от непосредственного вли ни  генератора высокой частоты на усилитель и он, следовательно, остаетс  включенным только на врем  действи  упругих волн на приемник, так как ультраакустические колебани  пройдут путь I и будут действовать на приемный кварц

только через -п, т. е. тогда, когда на

аноде усилительной лампы будет положительна  фаза.

Если, например, частоту излучаемых колебаний вз ть /° 1,5 10, JOB этом случае длина упругой волны в металле будет равна:

5-105

1

- 0,33 см.

/в 1,5 10

Дл  исследуемых деталей толщиной 5 см частота модул ции должна быть вз та равной

. с 5 10

5- 10. /

2Г

10

Если металл однороден и, следовательно , кратчайший дуть колебаний есть пр ма  лини , TJO при модул ции частотой , вз той по указанному расчету, мы должны получить в приемном устройстве максимум эффекта.

Положим теперь, что на пути распространени  упругих волн имеетс  неоднородно сть . Вследствие этого колебани  частично отраз тс , а частично обогнут эту неоднородность и придут к приемному устройству уже с запозданием по фазе, так как распространение их в этом случае не будет по пр мой линии, и, следовательно, их действие на приемное устройство в этом случае будет иметь местб за врем , меньшее, чем продолжительность одного полупериода модул ции. Таким образом, эффект в

приемном устройстве в последнем случае будет на некоторый нроцент слабее , чем в первом случае, когда неоднородность отсутствует.

Дл  очень толстых исследуемых деталей целесообразно брать частоту мо с дул ции из расчета / -jj-,

Подобный же способ исследовани  неоднородностей может быть осуществлен и несколько иначе, а именно по принципу ультразвукового эхо-лота, причем в этом случае дело идет об измерении времени прохождени  через толщу металла туда и обратно, как это показано на фиг. 2. Приемником в этом способе служит одна и та же излучающа  кварцева  пластина 1.

Как указывалось выше, дл  прохождени  в данной среде пути I требуетс 

врем  t, равное - . В случае отражени  волны и возврата ее к кварцевой пластине 1 потребное врем  дл  прохождени  ультраакустическо и волны

97

будет в два раза больше, т. е. 2 -.

Генератор модулируетс  частотой, период которой равен времени At, т. е.

/ -77-т, Модул ционное устройство 6

должно позвол ть иметь генерацию от генератора 4 за положительную фазу модул ции и не срывать генерации за отрицательную фазу модул ции.

Таким образом, ко времени прихода обратной ультразвуковой волны к кварцевой пластине 1 генератор 4 не будет генерировать и, следовательно, он будет служить только приемником. Поэтому , в контуре 5, св занном с генератором индуктивно, получитс  при совпадении фаз по расчету максимальное значение. При наличии раковины внутри металла, наход щейс  на пути ультразвукового луча, врем  t прохождени  луча в пр мом и обратном направлении будет больше и, следовательно , будет иметь место несовпадение фаз с 1енерацией и получитс  другое значение показаний приемного устройства.

Необходимо отметить, что при всех этих методах декремент затухани  кварцевых пластин должен быть возможно большим и схема всего устройства осуществлена таким образом, чтобы на приемнике и на генераторе в точках присоединени  фазы напр жений модул ции отличались точно на 180°. Дл  осуществлени  такой схемы возможно использовать р д разработанных и уже известных в радиотехнике схем. С помощью катодного осциллографа фаза легко может быть установлена.

Однако, необходимо отметить, что хот  вышеописанные способы и позвол ют установить по максимуму или минимуму показаний приемника наличие неоднородности внутри металла, но этим самым еще нельз  полностью избавитьс  от нежелательного  влени  многократных отражений ультразвуковых колебаний от граней исследуемой детали и соответствующего их вредного вли ни . Дл  устранени  этого  влени  схема должна быть иной.

Явление многократных внутренних отражений во всем напоминает  вление реверберации в замкнутом помещении. Врем  длительности колебаний может в данном случае измер тьс  тыс чными дол ми секунды. Соверщенно очевидно, что наличие столь длительного колебани  очень сильно искажает действительную картину наблюдени .

Дл  избавлени  от вли ни  этого нежелательного  влени  генератор высокой частоты возбуждаетс  снова на очень короткий промежуток времени, который должен быть пор дка 10 сек. дл  небольших деталей. Приемное устройство должно быть в соответствующий момент включено, примерно, на такой же промежуток времени или, что лучще, на промежуток, меньщий, после чего и генератор и приемник о&таютс  выключенными на значительный промежуток времени, примерно на врем  в 0,01 сек., затем процесс повтор етс  снова. За врем  в 10 сек. колебани  в образце успевают полностью затухнуть , так что за следующий период весь процесс колебаний начинаетс  вновь. Приемноеустройство может быть осуществлено или с помощью пьезоэлектрической кварцевой пластины и усилител  или же с помощью оптического устройства на основе  влени  дифракции света.

Моменты включени  генератора и приемника не должны совпадать. Во вс ком случае приёмное устройство должно включатьс  в момент прихода колебани  в точку приема и своевременно выключатьс  в случа х запаздывани  колебаний по причине встретившейс  на их пути неоднородности с тем, чтобы избегнуть фиксации запоздавших колебаний. Способ кратковременного включени  генератора и приемника осуществл етс  с помощью диска, вращающегос  со скоростью оборотов в секунду. В осуществленной опытной установке диск, на окружности которого были вырезаны два отверсти  (щели) шириной 1-2 мм, имеет диаметр , равный 75 см. Через одно отверстие свет проходил и падал на фотоэлемент . Через другое отверстие свет от другого источника проходил снизу через кюветку с жидкостью. Напр жение на фотоэлементе усиливалось и подавалось на модул ционное устройство.

Продолжительность импульса,за врем  которого генератор действовал, может быть исчислена, исход  из размеров диска, щели и числа оборотов:

2«/г„

где а-ширина щели, / -радиус диска, п - число его оборотов в минуту.

Необходимо отметить, что посто нные электрических цепей усилител , декременты затухани  контура генератора и кварцевой пластины должны быть выбраны таким образом, чтобы врем  нарастани  и затухани  колебаний было возможно малым, во вс ком случае, меньшим, чем продолжительность включени  генератора и приемника.

Тот же результат может быть получен в устройстве, изображенном на фиг. 3. Кварцевый вибратор возбуждаетс  от обычного генератора 4 высокой частоты, частота которого быстро мен етс  .на 10-15% от основной. Изменение частоты генератора осуществл етс  путем быстрого изменени  емкости колебательного контура, что легко осуществить с помощыО вращающегос  конденсатора , насаженного на ось небольшого электродвигател  7. Модулированные таким способом колебани  подвод тс  к кварцевому вибратору 1 и ультразвуковые колебани  принимаютс  обычным способом, т, е. кварцевым резонатором 2 и усилителем.

На выходе усилител  приемника 5 в телефоне слышен сложный тон некоторой частоты. Если ультразвуковые колебани  проход т в металле более длинный путь, тон в телефоне понижаетс , при прохождении более укороченного пути тон, наоборот, повышаетс  и, наконец, при отключении передающего или приемного кварца тон в телефоне исчезает.

По вление тона в телефоне, когда прием осуществл етс  через посредство ультразвуковых колебаний, необходимо отнести за счет биений, образованных разностью частот , где / - частота генератора в момент излучени  и /2 - частота генератора в момент прихода ультраакустического луча к кварцевому приемнику.

При распространении колебаний в металле разность частот / будет зависеть от длины пути, проходимого колебанием. Таким образом, изменение длины пути

луча будет сказыватьс  на изменении высоты тона в телефоне, а именно: наличию неоднородности будет соответствовать увеличенный путь луча, а следовательно , более низкий тон в теле фоне, однородному же металлу, наоборот ,- укороченный путь луча, а следовательно , тон в телефоне более высокий .

Предмет изобретени .

Claims (2)

1.Способ исследовани  тел упругими или электромагнитными волнами, отличающийс  тем, что источник упругих или электромагнитных лучей модулируют частотой, период которой равен времени прохождени  лучом рассто ни  от заданной точки до исследуемого места или удвоенному значению этоговремени , а приемное устройство приходит в действие только в моменты прихода луча к телу с целью обнаружени  раковин по несовпадению фаз отраженного и пр мого лучей.

2.Видоизменение способа по п. 1, отличающеес  тем, что дл  передачи и приема используют одну и ту же пьезо-пластинку.

ПЭиг

Сриг.Е