超聲波軸向應力儀的製作方法
2023-06-16 10:46:56 5
專利名稱：超聲波軸向應力儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於力學領域中的一種軸向應力測量儀器。
軸向應力的測量儀器目前應用較多的有採用光測力學的方法和電測力學的方法。光測力學的方法是根據被測的試件的各種條件，製成可以透光的模型，通過光測方法來進行軸向應力的測量，這種方法的缺點是設備複雜，且只能測量實體試樣的模型；電測力學的方法，即在被測試件的表面貼上電阻應變片，通過對應變片變化的測量來確定試件的應力，這種方法的缺點是僅能測量試件的表面應變，再根據虎克定律由變量推算出表面應力，且由於應變片的粘結劑會老化，因而對於長期的測量會有許多誤差。
本實用新型的目的在於提供一種結構簡單，工作可靠，精度高的軸向應力儀。通過對被測試件中傳播的超聲波的精密測量，可測量出試件的軸向應力。
本實用新型由周期發生器，發射電路，接收電路，觸發器，超聲換能器，計時器，袖珍計算機等組成。
本實用新型的特點是1、不僅可測量用透明材料製成的模型，還可以測量非透明的金屬材料的軸向應力；2、在測量軸向應力過程中，由於採用了超聲換能器，不存在應變片的粘結劑老化問題。
圖1為超聲波軸向應力儀的結構及原理框圖；
圖2為超聲波軸向應力儀的工作波形圖；圖3為超聲波發射電路的實施圖；圖4為超聲波接收電路的實施圖；圖5為觸發器的電路實施圖。
結合附圖詳細說明本實用新型的具體結構及實施。
圖1為本實用新型的結構及原理框圖，周期發生器1的一端與發射電路2連接，另一端與觸發器4連接，超聲換能器5的一端與發射電路2連接，另一端與接收電路3連接，另引出一線連接被測試樣6，觸發器4的另一端與接收電路3連接，同時另引出一線與計時器7連接，計時器7的另一端與袖珍計算機8連接。虛線框內的部分G是超聲波軸向應力儀的基本單元。
周期發生器1產生一個周期為TA的連續方波信號(圖2)，送往發射電路2和觸發器4。在連續方波信號的上升沿的作用下，發射電路2產生一個很陡的超聲波發射信號，這一信號通過超聲換能器5在被測試樣6內激發出超聲波。該超聲波在被測試樣6內傳播，其回波信號由接收電路3進行接收放大，其波形如圖2b所示。觸發器4的一端由周期發生器1產生的連續方波的上升沿進行觸發翻轉。觸發器4的另一端和接收電路3相聯，因此，當第一次接收回波信號上升沿出現時，觸發器4便又觸發翻轉，回復到初始狀態，在此過程中，觸發器4的輸出端便輸出一個時間方波(如圖2c所示)，方波寬度T與被測試樣內的軸向應力呈線性關係(在彈性範圍內)。觸發器4輸出的時間方波信號被送往計時器7的輸入端進行時間的精密測量，然後把測量結果送往袖珍計算機8進行運算，並用數字顯示出被測試樣的軸向應力值。
圖3為發射電路2的實施圖。輸入為周期發生器1輸出的連續方波信號，經過耦合電容9和基極電阻10送往倒相三極體11的基極。倒相三極體11的發射極與地線相聯，集電極則通過電阻12與電源相聯。由於耦合電容9和基極電阻10構成了一個微分網絡，故輸入的方波信號變成了極窄的尖脈衝信號，該尖脈衝信號經過倒相三極體11倒相後，又送往發射三極體13的基極，發射三極體13的發射極與地線相聯，集電極則通過電阻14與電源相聯，發射信號經電容15隔直後向超聲換能器5輸出。
圖4為接收電路3的實施圖。輸入信號為超聲換能器5在被測試樣6內收到的超聲回波信號，經過耦合電容16送往接收放大三極體19的基極，偏置電阻17與接收放大三極體19的基極和地線相聯。偏置電阻18與接收放大三極體19的基極和電源相聯。電阻20是接收放大三極體19的發射極電阻，電容21起高頻旁路作用。反饋電阻22的大小變化決定了接收放大電路3的增益。電阻23將接收放大三極體19的集電極與電源連接起來。接收放大三極體19的集電極輸出信號送往三極體24的基極，它的集電極直接與電源相聯，發射極通過電阻25與地線相聯，從而提高了接收放大電路3的輸出能力。最後，通過電容26將放大後的接收信號送出。
圖5為觸發器4的實施圖。二塊TTL或非門電路27、28的輸出端分別聯到另一塊或非門電路的一個輸入端。或非門電路27的另一個輸入端，通過電容29接收周期發生器1送來的連續方波信號，電容29與或非門電路27的公共點通過電阻30接地。電容29與電阻30構成了一個微分網絡。或非門電路28的另一個輸入端，通過電容31接收來自接收電路3的超聲波回波放大信號，電容31與或非門電路28的公共點通過電阻32接地。電容31和電阻32同樣構成一個微分網絡。當周期發生器1的連續方波信號的上升沿出現時，或非門電路28的輸出端變為高電平，而當接收放大電路3送來的超聲波回波信號中出現第一次回波的上升沿時，或非門電路28的輸出端變為低電平，於是就產生了一個與被測試樣內的軸向應力呈線性關係的時間方波，這個時間方波由或非門電路28的輸出端輸出。
周期發生器1由一般的TTL電路組成，超聲換能器5，計時器7，袖珍計算機8均為普通設備。
權利要求一種超聲波軸向應力儀，由周期發生器1，發射電路2，接收電路3，觸發器4，超聲換能器5，被測試樣6，計時器7，袖珍計算機8組成，其特徵是採用a.結構形式為周期發生器1的一端與發射電路2連接，另一端與觸發器4連接，超聲換能器5的一端與發射電路2連接，另一端與接收電路3連接，另引出一線連接被測試樣6，觸發器4的另一端與接收電路3連接，同時引出一線與計時器7連接，計時器7的另一端與袖珍計算機8連接，圖1虛線框內的周期發生器1，發射電路2，接收電路3，觸發器4是超聲波軸向應力儀的基本單元；b.所述的發射電路2，由一隻耦合電容9，一隻基極電阻10，一隻倒相三極體11，二隻電阻12，14，一隻發射三極體13和一隻電容15組成，用於接收周期發生器1輸出的連續方波信號和向超聲換能器5發射信號；c.所述的接收電路3，由一隻耦合電容16，二隻偏置電阻17，18，一隻接收放大三極體19，三隻電阻20、23、25，二隻電容21、26，一隻反饋電阻22和一隻三極體24組成，用於輸入超聲換能器的被測試樣6內收到的超聲回波信號和將放大後的接收信號輸出到觸發器4；d.所述的觸發器4，由二塊TTL或非門電路27、28，二隻電容29、31和二隻電阻30、32組成，用於軸向應力的測量。
專利摘要超聲波軸向應力儀是力學領域中的一種軸向應力測量儀器。它由周期發生器，發射電路，接收電路，觸發器，超聲換能器，計時器，袖珍計算機等組成。通過對被測試件中傳播的超聲波的精密測量，可測量出試件的軸向應力。該儀器可用於透明材料製成的模型，還可用於非透明的金屬材料。本實用新型具有結構簡單，工作可靠，精度高，操作方便等優點。
文檔編號G01L1/00GK2033507SQ88211950
公開日1989年3月1日 申請日期1988年6月2日 優先權日1988年6月2日
發明者王寅觀 申請人:同濟大學