Способ определения упругих характеристик твердых тел

 

Изобретение относится к исследованию материалов с помощью ультразвуковых волн и может быть применено для определения упругих характеристик как изотропных , так и кристаллических твердых тел. Цель изобретения - увеличение чувствительности и определение температурной завпсимости путем измерения упругих характеристик при малых акустических давлениях . Сущность изобретения состоит в том, что к исследуемому образцу прикрепляют поглотитель у -излучения, определяют спектр поглощения у-излучения поглотителя при возбуждении акустических волн в исследуемом образце и без возбуждения, а об упругих характеристиках судят по результатам сравнения этих спектров. 6 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G01 N 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4753435/28 (22) 24.10.89 (46) 07.09.92. Бюл. hb 33 (71) Институт прикладных проблем физики

АН АрмССР (72) Л.А.Качарян и P.P.Àéäèíÿí (56) 1. Зарембо Л.К., Красильников

В.А. УФН-102, вып.4, 1970, с.564.

2. Там же, с.574. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ ТЕЛ (57) Изобретение относится к исследованию материалов с помощью ультразвуковых. волн и может быть применено для определения упругих характеристик как изотропИзобретение относится к исследованию материалов с помощью ультразвуковых (УЗ) волн и может быть применено для определения упругих характеристик как изотропных, так и кристаллических твердых тел.

Известны акустические методы, основанные на измерении параметров упругих волн путем преобразования упругих деформаций исследуемой среды в электрические сигналы (1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения упругих характеристик твердых тел, основанный на наблюдении комбинационного рассеяния акустических волн (2).

При этом способе в исследуемом образце возбуждают две акустические волны разной частоты и измеряют параметры как возбужденных акустических волн, так и волны комбинационной частоты, по которым судят об упругих характеристиках. Для проведения измерений интенсивности акустических

„„ Ы„„17б0440 А1 ных, так и кристаллических твердых тел.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и определение температурной зависимости путем измерения упругих характеристик при малых акустических давленияхх. Сущность изобретения состоит в том, что к исследуемому образцу прикрепляют поглотитель У -излучения. определяют спектр поглощения "излучения поглотителя при возбуждении акустических волн в исследуемом образце и без возбуждения, а об упругих характеристиках судят по результатам сравнения этих спектров. 6 ил. волн преобразуют в электрические напряжения на пьезопреобразователях. При этом ухудшается чувствительность и точность измерений существенно зависит от добротности и ьезоп реобразователей.

Цель изобретения — повышение чувствительности и определение температурной зависимости путем измерения упругих характеристик при малых акустических давлениях.

Поставленная цель достигается тем, что к исследуемому образцу дополнительно прикрепляют поглотитель у -излучения, определяют спектр поглощения у -излучения поглотителя при возбуждении акустических волн в исследуемом образце и без возбуждения, а об упругих характеристиках судят по результатам сравнения этих спектров.

На фиг.1 показано устройство для реализации предлагаемого способа исследованием мессбауэ ровс кого спектра поглощения; на фиг,2 — то же, мессбауэров1760440

F (x,2) =т

1 ского спектра рассеяния -излучения; на фиг.3 — мессбауэровский спектр поглощения у-излучения при отсутствии УЗ возбуждения в образце; на фиг 4 и 5 мессбауэровский спектр поглощения у-излучения, модулированного УЗ волной, возбужденной в образце генератором; на фиг.6 — спектр поглощения у-излучения, модулированного УЗ волной комбинационной (разностной) частоты при одновременной работе генераторов.

В табл.1 приведены значения упругих характеристик, полученных при различных температурах.

На монокристалл NaCI 1 размерами 5х х5 х 5 мм с отшлифованными гранями, к которым прикреплены кварцевые пьеэопреобраэователи 2 и 3, а также мессбауэровский поглотитель 4, выполненный в виде пластины толщиной 20 мкм из нержавеющей стали, содержащей атомы Fe, направляют у-изучение от радиоактивного источника Со и снимают спектр поглощения при отсутствии УЗ возбуждения в образце (фиг.3). Далее от УЗ генератора 5 (при выключенном УЗ генераторе 6) на пьезопреобразоватепь 2 подают первичные возбуждающие УЗ волны частотой fl = 11,60 МГц при фиксированной. температуре и снимают спектр поглощения. Этот спектр, снятый при температуре 293К, показан на фиг.4.

Такой же спектр снимают при работе УЗ генератора 6(при выключенном генераторе

5), когда на пьезопреобразователь 3 поступают УЗ волны частотой fz = 11,63 МГц.

Этот спектр показан на фиг.5, Затем снимают спектр поглощения -излучения при одновременной работе генераторов 5 и 6, модулированного УЗ волной комбинационной частоты fz - f1 = 0,03 МГц (фиг.6).

По величинам J<, полученным иэ спектров фиг.4 и 5, определяют амплитуды А1 и

А2 высокочастотных первичных УЗ волн по формуле Jp = е I(Q где =(KA);

= +2.

J0 — интенсивность несмещенной линии поглощения;

I — модифицированная функция Бесселя;

К- волновой вектор у-кванта (справочная еличина); — амплитуда УЗ волны.

По величине Jo, полученной из спектра фиг.6, определяют амплитуду Аз разностной частоты по формуле

55 а-во . Аз. 2А f> — fg

ГАЕ x=—

Г Г

2 Л 2 о>,л,— энергия и длина волны у -кванта;, йЪ вЂ” разность энергии между ядерными уровнями;

à — ширина линии мессбауэровского спектра.

В связи с тем, что отличия заявляемого способа от известного проявляются до операции определения амплитуды A>, Az и Аз последующее определение упругих характеристик твердых тел по полученным значениям амплитуд А1. А2 и Аз производится по тем же соотношениям. что и в известном решении.

Результаты измерений температурной зависимости упругих характеристик образца NaCI в температурном диапазоне 293450К приведены в табл.1, откуда видно, что точность повышена до четвертого знака после запятой.

Использование предлагаемого способа создает ряд технологических возможностей: возможность проведения измерений на образцах малых линейных размеров (до 5 х 5 x5); возможность проведения измерений на образцах не только изотропных, но и анизотропных твердых тел, т.е. расширение класса исследуемых материалов и образцов; воэможность определять упругие характеристики по различным кристаллографическим осям, меняя лишь место закрепления мессбауэровского погпотителя; возможность неразрушающего исследования вновь созданных и полученных в ограниченном количестве образцов новых материалов; возможность оперативного проведения межоперационного и выходного контроля в технологическом процессе производства материалов, а также входного контроля материалов у потребителей.

Формула изобретения

Способ определения упругих характеристик твердых тел, заключающийся в том, что в исследуемом образце возбуждают акустические волны, измеряют параметры возбуждаемых акустических волн и волны комбинационной частоты, по которым судят об упругих характеристиках, о т и и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и определения температурной

1760440 зависимости путем измерения упругих характеристик при малых акустических давлениях, к исследуемому образцу дополнительно прикрепляют поглотитель у -излучения, определяют спектр поглоще- 5 ния у-излучения поглотителя при возбуждении акустических волн в исследуемом образце и без возбуждения, а об упругих характеристиках судят по результатам сравнения этих спектров.

1760440

1760440

0Е3

2 .У Кмм/ам

-3 -Г

Редактор A. Кулакова

Заказ 3183 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 8)58

3 Г - / д 7 Г,У Юмм сек

Р 8

Составитель И. Техмищян

Техред M.Moðãåíòàë Корректор П. Гереши