Пристрій для вимірювання фізико-механічних властивостей матеріалів

Пристрій для вимірювання фізико-механічних властивостей матеріалів, що містить частотомір для підрахунку кількості імпульсів, з'єднаний з формувачем імпульсу запуску, який відрізняється тим, що додатково містить послідовно з'єднані генератор гармонічних коливань, перший підсилювач коливань, п'єзовипромінювач, п'єзоприймач, другий підсилювач коливань та фільтр смуги, перший компаратор, з'єднаний з генератором гармонічних коливань, другий компаратор, з'єднаний з C2 2 (11) 1 3 76222 4 Даний пристрій працює таким чином, що для структурні переходи. визначення періоду та декременту згасань колиЗадачею винаходу є створення такого привань необхідна ручна обробка даних, отриманих строю для вимірювання фізико-механічних власпри вимірюванні, що потребує значних затрат часу тивостей матеріалів, в якому шляхом введення та обмежує точність вимірювань. нових елементів та їх зв'язків, забезпечилось би Відомий також пристрій для вимірювання підвищення точності вимірювань та розширення фізико-механічних властивостей матеріалів [авт. функціональних можливостей. свід. СССР №781599 кл. G01Н 1/10 1980р.], що Поставлена задача досягається тим, що примістить частотомір для підрахунку кількості стрій для вимірювання фізико-механічних властиімпульсів та формувач імпульсу запуску. Відомий востей матеріалів, що містить частотомір для підпристрій дозволяє вимірювати демпфуючі рахунку кількості імпульсів з'єднаний з властивості матеріалів при вільних обертальних формувачем імпульсу запуску, згідно з винаходом, коливаннях і додатково містить елемент, що опдодатково містить послідовно з'єднані генератор тично зв'язаний з елементом (датчиком гармонічних коливань, перший підсилювач колиамплітуди), у якому присутні вимірювальна лінійка вань, п'єзовипромінювач, п'єзоприймач, другий та фотодатчики запуску, також блок вимірювань підсилювач коливань та фільтр смуги, перший декримента згасання та періоду коливань, керуюкомпаратор з'єднаний з генератором гармонічних чий блок, та послідовно підключену до нього схему коливань, другий компаратор з'єднаний з фільтром запуску з трьома виходами, формувач імпульсів смуги, D-тригер, генератор калібруючих імпульсів, виміру періоду коливань, підключеного виходами чотири елементи ТА і елемент АБО, перший та відповідно до трьох фотоелектричних приймачів, другий компаратори з'єднані виходами з прямими симетричний трьох входовий тригер, першим вховходами першого елементу ТА, з інверсними входом з'єднаний з виходом формувача декременту дами елементу АБО та з інверсними входами друзгасань, другим входом з виходом блоку гого елементу ТА, прямий вихід першого елементу вимірювань коливань, та третім входом з першим ТА з'єднано з інформаційним D-входом D-тригеру виходом формувача імпульсів запуску, схеми та з прямим входом третього елементу ТА, прямий вимірювань декременту згасань та підрахункову вихід D-тригеру з'єднано з інверсним входом тредекаду, що підключено відповідно до першого та тього елементу ТА, прямий вихід третього елемедругого виходів трьох входового тригеру, до входів нту ТА з'єднано з синхронним С-входом D-тригеру, керування електронно-підрахункового частотоміру прямі входи четвертого елементу ТА з'єднані з подано виходи схеми вимірювань декрименту згапрямими виходами елементу АБО, D-тригеру, та сань, підрахункової декади, другий та третій вихогенератором каліброваних імпульсів, прямий вихід ди схеми запуску. четвертого елементу ТА з'єднано з частотоміром Визначення демпфуючих властивостей матедля підрахунку кількості імпульсів, прямий вхід ріалів за допомогою відомого пристрою - аналогу другого елементу ТА з'єднано з прямим виходом основане на вимірюванні декременту згасань чеD-тригеру, вхід частотоміру для підрахунку кількорез підрахунок повних періодів вільних коливань сті імпульсів з'єднано з прямим виходом другого за час згасання на задану величину, відповідно до елементу ТА, синхронний С-вхід D-тригеру з'єднаформули: но із формувачем імпульсу запуску. Введення генератору гармонічних коливань, An 1 ln (1) послідовно з'єднаного з першим підсилювачем N An N коливань, п'єзовипромінювачем, п'єзоприймачем, де - декремент згасань; N - кількість повдругим підсилювачем коливань та фільтром смуги, них коливань, за час коли співвідношення ампліпершого компаратора та другого компаратора, Dтригера, генератора калібруючи імпульсів, чотиAn рьох елементів ТА і елементу АБО, та їх зв'язків туд A n N складає e 2.71 (основу натурального дозволяє здійснити пряме, безпосереднє визналогарифму). чення тангенсу кута механічних втрат з наперед Даний пристрій дає можливість автоматично заданою точністю, придатне для роботи у шировизначити декремент згасань та період коливань, кому частотному діапазоні з визначенням довільце дає змогу значно скоротити час затрачений на них значень кутів механічних втрат, що забезпечує вимірювання, але при цьому точність вимірювань підвищення точності вимірювань та розширення із збільшенням декременту згасань зменшується. функціональних можливостей пристрою. При реалізації вимірювань за формулою (1), точВідомо, що декремент згасання коливань при ність визначення значень декременту згасань задослідженнях методом вільних коливань можна лежить від точності фіксування кількості коливань легко зв'язати з величиною тангенсу кута механічних втрат за формулою: N. При N 10 точність у визначенні числа коливань (приблизно (0.5-1) N) призводить до похибки tg / (2) значення декременту згасань у 10-15%, що усклаtg - тангенс кута механічних втрат. За де днює використання відомого пристрою у досліумов використання винаходу можна компенсувати дженнях матеріалів, демпфуючі властивості яких можливу похибку при непрямому визначенні кута відрізняються один від одного у 10-100 разів, в втрат, яка стає суттєвою при малих кутах і як залежності від зовнішніх умов, наприклад, у дослінаслідок, виникає гостра потреба у визначення дженнях рідин, що мають великі значення декреtg з великою точністю. менту згасань, або у дослідженнях полімерів, у яких в області певних температур відбуваються Винахід використовує пряме визначення кута 5 76222 6 втрат матеріалу з допомогою підрахунку кількості 11 встановлено сигнал логічного "0". послідовних еталонних імпульсів, формованих П'єзовипромінювачем 3, що живиться від геімпульсів визначеної тривалості, які можуть бути нератора гармонічних коливань 1 через перший визначені з достатньо високою точністю. підсилювач коливань 2, у матеріалі дослідження збуджують акустичні коливання (див. Фіг.1). Nt кал (3) Акустичні коливання об'єкту контролю приймаютьде N - кількість імпульсів нарахованих ся п'єзоприймачем 4 та підсилюються другим підсилювачем коливань 5. Через фільтр смуги 6 частотоміром, t кал - тривалість каліброваних гармонічний сигнал приходить на вхід другого імпульсів. В свою чергу пристрій придатний для компаратору 7. На вхід першого компаратору 8 роботи у широкій смузі частот та у діапазоні кутів подано гармонічний сигнал від генератору (0 2 ) що дозволяє проводити механічних втрат гармонічних коливань 1. Компаратори 7 та 8 надослідження широкого спектру матеріалів легкої лаштовано на роботу відносно нульового рівня промисловості. інформаційного сигналу. Отже за умов миттєвого На Фіг.1 зображено структурну електричну значення гармонічного сигналу на вході схему пристрою; Фіг.2 -форма опорного сигналу та компараторів більших за нульове, стан виходу зміщеного за фазою гармонічного сигналу компараторів визначає логічну "1", при досягненні відносно опорного, часова діаграма роботи пригармонічним сигналом миттєвого значення менше строю у випадку відставання сигналу на виході з за нульове, стан виходу компараторів буде об'єкту контролю відносно сигналу генератора змінено на значення логічного "0". Поріг гармонічних коливань. дискримінації компараторів 7 та 8 ( U1 та U2 ) Пристрій включає послідовно з'єднані генеравстановлюють опорами відповідно R1 та R2 (див. тор гармонічних коливань - 1, перший підсилювач Фіг.2). За умов подання на вхід першого елементу коливань - 2, п'єзовипромінювач - 3, п'єзоприймач ТА 9 сигналів виходу компараторів 7 та 8 рівних - 4, другий підсилювач коливань - 5, фільтр смуги логічній "1", на прямому виході першого елементу 6, другий компаратор - 7 з'єднаний з фільтром ТА 9 встановлюється значення логічної "1", сигнал смуги, перший компаратор - 8 з'єднаний з генераякої подано на D-вхід D-тригеру 11 та на прямий тором гармонічних коливань, перший елемент ТА вхід третього елементу ТА 10. Оскільки формува9, третій елемент ТА - 10, D-тригер - 11, елемент чем імпульсу запуску 17 стан прямого виходу DАБО - 12, генератор калібруючих імпульсів - 13, тригеру 11 встановлено значення логічного "0", на четвертий елемент ТА - 14, частотомір для підрапрямому виході третього елементу ТА 10 встановхунку кількості каліброваних імпульсів - 15, другий лене значення логічної "1", тобто на синхронний елемент ТА - 16, формувач імпульсу запуску - 17 вхід D-тригеру 11 подано сигнал запису. Сигнал з'єднаний з частотоміром для підрахунку кількості логічної "1" надходить на D-вхід D-тригеру 11 від каліброваних імпульсів, матеріал, що досліджуєтьпершого елементу ТА 9. Стан прямого виходу Dся - 18, перший та другий компаратори з'єднані тригеру 11 змінюється на значення логічної "1". виходами з прямими входами першого елементу Прямий вихід D-тригеру 11 значенням логічної "1" ТА, з інверсними входами елементу АБО та з інвезакриває третій елемент ТА 10 і "припиняє" надрсними входами другого елементу ТА, прямий ходження синхроімпульсу на синхронний С-вхід Dвихід першого елементу ТА з'єднано з інформатригеру 11. Таким чином у подальшому D-тригер ційним D-входом D-тригеру та з прямим входом 11 зберігає на прямому виході значення логічної третього елементу ТА, прямий вихід D-тригеру "1" при будь-яких сигналах на інформаційному з'єднано з інверсним входом третього елементу вході "D". ТА, прямий вихід третього елементу ТА з'єднано з Зафіксовано момент часу, за яким сигнали синхронним С-входом D-тригеру, прямі входи четкомпараторів 7 та 8 однаково рівні логічній "1". За вертого елементу ТА з'єднані з прямими виходами умов фазового зсуву гармонічних сигналів, почерелементу АБО, D-тригеру, та генератором калібгово логічні "1" перетворяться на логічні "0". Отже рованих імпульсів, прямий вихід четвертого елечас, що буде потрачений на таке перетворення і менту ТА з'єднано з частотоміром для підрахунку буде рівним фазовому зсуву. Момент, коли один з кількості імпульсів, прямий вхід другого елементу сигналів обертається на логічний "0" фіксує елеТА з'єднано з прямим виходом D-тригеру, вхід чамент АБО 12. Входи елементу АБО 12 інверсні, та стотоміру для підрахунку кількості імпульсів з'єдколи один, або декілька сигналів від компараторів нано з прямим виходом другого елементу ТА, син7 та 8 відповідно будуть мати значення логічного хронний С-вхід D-тригеру з'єднано із формувачем "0", на виході елементу АБО 12 буде встановлено імпульсу запуску. сигнал значенням логічної "1". Таким чином, якщо Прилад працює таким чином. D-тригер 11 визначає на прямому виході логічну На початковому етапі роботи приладу форму"1" та на прямий вхід четвертого елементу 14 повачем імпульсу запуску 17 короткочасно подають дано калібровані імпульси від генератору сигнал логічної "1" на синхронний вхід D-тригеру каліброваних імпульсів 13, до частотоміру 15 по11, та встановлюють частотомір 15 у положення дано калібровані імпульси, частотомір 15 знахопочатку відліку, подаючи імпульс на вхід "Сброс". диться у режимі підрахунку кількості каліброваних Синхронний вхід D-тригеру 11 є прямим, тобто Dімпульсів. тригер працює за першим фронтом За умов обернення сигналів від компараторів синхроімпульсу. Оскільки на початковому етапі 7 та 8 на значення логічного "0", та наявності сигроботи схеми на інформаційному D-вході тригеру налу логічної "1" на прямому виході D-тригеру 11, присутній сигнал логічного "0", на виході D-тригеру другий елемент ТА 16 подає на частотомір 15 ім 7 76222 8 пульс зупинки підрахунку кількості каліброваних (див. Фіг.2). Змінюючи тривалість каліброваних імпульсів генератору каліброваних імпульсів 13. імпульсів можна зменшувати, або збільшувати Принцип роботи пристрою пояснює діаграма похибку вимірювань. 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 76222 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601