Особенности измерения акустических величин резонансным методом в структурно неоднородных материалах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН РЕЗОНАНСНЫМ МЕТОДОМ В СТРУКТУРНО НЕОДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Кондратьев А.И.

Кондратьев А.А.

Резонансные методы нашли широкое применение для прецизионного измерения скорости распространения С и коэффициента затухания продольных ультразвуковых (УЗ) волн в твердых средах [1]. Блок схема экспериментальной установки показана на рис. 1, а. Для возбуждения и приема УЗ колебаний используются емкостные преобразователи, обеспечивающие проведение измерений в диапазоне частот от 100 кГц до 100 МГц без перенастройки установки. На рис. 1, б приведена спектрограмма акустических спектральных линий (АСЛ) для образца из стекла БК6, толщиной 3,700 мм. резонансный ультразвуковой волна поликристаллит

Для измерения параметров С и проводится измерения положения максимумов двух соседних акустических спектральных линий (АСЛ) fn, fn+1 и ширины F АСЛ по уровню от максимума. Значения параметров С и рассчитываются по формулам (1) и (2).

Выражение (2) позволяет определять величину коэффициента затухания, в зависимости от толщины образца, в диапазоне от 0,1 дБ/м до 10000 дБ/м.

Для структурно неоднородных материалов, например, сплавов алюминия Д16 и латуни Л63 проведение измерений акустических параметров усложняется вследствие более сложной формы АСЛ.

,

,

где N(x) - функция определения ближайшего целого числа к числу х; = Fd/C.

Погрешности соотношений (1), (2) можно представить в виде

,

,

где Sf, SF, Sd - погрешности измерения частотs fn, ширины АСЛ F и толщины образца d соответственно (для выбранных образцов Sd/d 510-4).

Ранее проведенные исследования [1,2] показали, что для структурно неоднородных материалов (например, сплавы алюминия или меди) форма АСЛ может изменяться. На рис. 2 приведены АСЛ для латуни Л63 (d = 2,010 мм), Д16 (d = 4,000 мм) и стекла марки БК6 (d = 3,700 мм). Для Л63 и Д16 наблюдается появление «шумовой» составляющей сигнала - на рисунке выделено пунктиром.

Для стекла, представляющего собой акустически однородный материал, четко выделяется основная АСЛ (отмечена стрелкой) и АСЛ, обусловленные переотражениями от боковых поверхностей образца (пунктирные стрелки), шумовая составляющая сигнала отсутствует.

Для приведенных образцов по результатам измерения положения и ширины АСЛ получены следующие значения для скорости распространения и коэффициента затухания продольных волн: Л63 - CL = 4360 ± 20 м/с, L =170 ± 20 дБ/м; Д16 - 6405 ± 15 м/с, L =14,9 ± 3 дБ/м; БК6 - CL = 5352 ± 2 м/с, L =9,7 ± 0,2 дБ/м. Таким образом, «шумовая» составляющая, обусловленная акустической неоднородностью увеличивает погрешность измерения акустических параметров в несколько раз.

Так же было отмечено, что с увеличением частоты для неоднородных материалов появляются дополнительные АСЛ, но не обусловленные переотражениями от боковых поверхностей. Число этих АСЛ вероятнее всего совпадает с числом составляющих неоднородностей. Следует так же отметить, что неоднородности формируются вследствие различия размеров и ориентации поликристаллитов материала образца.

На рис. 3 приведены частотные зависимости параметров С и для выбранных образцов.

На рисунке видно, что для всех образцов коэффициент затухания растет, причем, как и следовало ожидать, для латуни он растет быстрее, чем для других образцов. Так же можно отметить, что в пределах погрешности дисперсия скорости в выбранных диапазонах частот отсутствует.

Приведенные результаты показывают, что измерения акустических параметров в структурно неоднородных материалах существенно усложняются.

Литература

1. А.И. Кондратьев. Прецизионные методы измерения акустических величин твердых сред. Ч.1 Методы возбуждения и приема ультразвуковых колебаний. Хабаровск, Изд-во ДВГУПС. 2006, 152 с.

2. А.И. Кондратьев, А.А. Кондратьев, В.И. Римлянд, К.А. Драчев. Измерение скорости распространения и коэффициента затухания продольных волн в тонких образцах. Вестник ТОГУ. 2013, №4(31), С.17-24.

Размещено на Allbest.ru