专利名称：超声波轴向应力仪的制作方法
技术领域：
本发明属于力学领域中的一种轴向应力测量仪器。
轴向应力的测量仪器目前应用较多的有采用光测力学的方法和电测力学的方法。光测力学的方法是根据被测的试件的各种条件，制成可以透光的模型，通过光测方法来进行轴向应力的测量，这种方法的缺点是设备复杂，且只能测量实体试样的模型;电测力学的方法，即在被测试件的表面贴上电阻应变片，通过对应变片变化的测量来确定试件的应力，这种方法的缺点是仅能测量试件的表面应变，再根据虎克定律由应变量推算出表面应力，且由于应变片的粘结剂会老化，因而对于长期的测量会有许多误差。
本发明的目的在于提供一种结构简单，工作可靠，精度高的轴向应力仪。通过对被测试件中传播的超声波的精密测量，可测量出试件的轴向应力。
本发明由周期发生器，发射电路，接收电路，触发器，超声换能器，计时器，袖珍计算机等组成。
本发明的特点是1、不仅可测量用透明材料制成的模型，还可以测量非透明的金属材料的轴向应力;
2、在测量轴向应力过程中，由于采用了超声换能器，不存在应变片的粘结剂老化问题。
图1为超声波轴向应力仪的结构及原理框图;
图2为超声波轴向应力仪的工作波形图;
图3为超声波发射电路的实施图;
图4为超声波接收电路的实施图;
图5为触发器的电路实施图。
结合附图详细说明本实用新型的具体结构及实施。
图1为本发明的结构及原理框图，周期发生器1的一端与发射电路2连接，另一端与触发器4连接，超声换能器5的一端与发射电路2连接，另一端与接收电路3连接，另引出一线连接被测试样6，触发器4的另一端与接收电路3连接，同时另引出一线与计时器7连接，计时器7的另一端与袖珍计算机8连接。虚线框内的部分G是超声波轴向应力仪的基本单元。
周期发生器1产生一个周期为TA的连续方波信号(图2)，送往发射电路2和触发器4。在连续方波信号的上升沿的作用下，发射电路2产生一个很陡的超声波发射信号，这一信号通过超声换能器5在被测试样6内激发出超声波。该超声波在被测试样6内传播，其回波信号由接收电路3进行接收放大，其波形如图2b所示。触发器4的一端由周期发生器1产生的连续方波的上升沿进行触发翻转。触发器4的另一端和接收电路3相联，因此，当第一次接收回波信号上升沿出现时，触发器4便又触发翻转，回复到初始状态，在此过程中，触发器4的输出端便输出一个时间方波(如图2c所示)，方波宽度T与被测试样内的轴向应力呈线性关系(在弹性范围内)。触发器4输出的时间方波信号被送往计时器7的输入端进行时间的精密测量，然后把测量结果送往袖珍计算机8进行运算，并用数字显示出被测试样的轴向应力值。
图3为发射电路2的实施图。输入为周期发生器1输出的连续方波信号，经过耦合电容9和基极电阻10送往倒相三极管11的基极。倒相三极管11的发射极与地线相联，集电极则通过电阻12与电源相联。由于耦合电容9和基极电阻10构成了一个微分网络，故输入的方波信号变成了极窄的尖脉冲信号，该尖脉冲信号经过倒相三极管11倒相后，又送往发射三极管13的基极，发射三极管13的发射极与地线相联，集电极则通过电阻14与电源相联，发射信号经电容15隔直后向超声换能器5输出。
图4为接收电路3的实施图。输入信号为超声换能器5在被测试样6内收到的超声回波信号，经过耦合电容16送往接收放大三极管19的基极，偏置电阻17与接收放大三极管19的基极和地线相联。偏置电阻18与接收放大三极管19的基极和电源相联。电阻20是接收放大三极管19的发射极电阻，电容21起高频旁路作用。反馈电阻22的大小变化决定了接收放大电路3的增益。电阻23将接收放大三极管19的集电极与电源连接起来。接收放大三极管19的集电极输出信号送往三极管24的基极，它的集电极直接与电源相联，发射极通过电阻25与地线相联，从而提高了接收放大电路3的输出能力。最后，通过电容26将放大后的接收信号送出。
图5为触发器4的实施图。二块TTL或非门电路27、28的输出端分别联到另一块或非门电路的一个输入端。或非门电路27的另一个输入端，通过电容29接收周期发生器1送来的连续方波信号，电容29与或非门电路27的公共点通过电阻30接地。电容29与电阻30构成了一个微分网络。或非门电路28的另一个输入端，通过电容31接收来自接收电路3的超声波回波放大信号，电容31与或非门电路28的公共点通过电阻32接地。电容31和电阻32同样构成一个微分网络。当周期发生器1的连续方波信号的上升沿出现时，或非门电路28的输出端变为高电平，而当接收放大电路3送来的超声波回波信号中出现第一次回波的上升沿时，或非门电路28的输出端变为低电平，于是就产生了一个与被测试样内的轴向应力呈线性关系的时间方波，这个时间方波由或非门电路28的输出端输出。
周期发生器1由一般的TTL电路组成，超声换能器5，计时器7，袖珍计算机8均为普通设备。
权利要求
一种超声波轴向应力仪，由周期发生器1，发射电路2，接收电路3，触发器4，超声换能器5，被测试样6，计时器7，袖珍计算机8组成，其特征是采用1、结构形式为周期发生器1的一端与发射电路2连接，另一端与触发器4连接，超声换能器5的一端与发射电路2连接，另一端与接收电路3连接，另引出一线连接被测试样6，触发器4的另一端与接收电路3连接，同时引出一线与计时器7连接，计时器7的另一端与袖珍计算机8连接，图1虚线框内的周期发生器1，发射电路2，接收电路3，触发器4是超声波轴向应力仪的基本单元；2、所述的发射电路2，由一只耦合电容9，一只基极电阻10，一只倒相三极管11，二只电阻12，14，一只发射三极管13和一只电容15组成，用于接收周期发生器1输出的连续方波信号和向超声换能器5发射信号;3、所述的接收电路3，由一只耦合电容16，二只偏置电阻17，18，一只接收放大三极管19，三只电阻20、23、25，二只电容21、26，一只反馈电阻22和一只三极管24组成，用于输入超声换能器在被测试样6内收到的超声回波信号和将放大后的接收信号输出到触发器4;4、所述的触发器4，由二块TTL或非门电路27、28，二只电容29，31和二只电阻30、32组成，用于轴向应力的测量。
全文摘要
超声波轴向应力仪是力学领域中的一种轴向应力测量仪器。它由周期发生器，发射电路，接收电路，触发器，超声换能器，计时器，袖珍计算机等组成。通过对被测试件中传播的超声波的精密测量，可测量出试件的轴向应力。该仪器可用于透明材料制成的模型，还可用于非透明的金属材料。本发明具有结构简单，工作可靠，精度高，操作方便等优点。
文档编号G01L5/12GK1039654SQ88105550
公开日1990年2月14日 申请日期1988年7月19日 优先权日1988年7月19日
发明者王寅观 申请人:同济大学