Измерительный комплекс для исследования структуры и физических свойств материалов - Электроника: Наука, Технология, Бизнес 7/2005.

Измерительный комплекс для исследования структуры и физических свойств материалов.

Возбуждение и анализ упругих колебаний в твердых материалах позволяют определить их свойства и структуру. Эту задачу оптимально выполняет разработанный ЗАО «Руднев-Шиляев» измерительный комплекс.

При ударе по торцу стержня в нем возникают упругие волны, которые переносят исходное возмущение вдоль стержня практически без изменения. Скорость распространения волны по стержню конечна и определяется упругими свойствами материала и его плотностью. Чем больше упругость, там выше скорость распространения волны, а чем выше плотность, тем медленнее скорость волны.

В блок-схеме установки, приведенной на рисунке, при возбуждении левого торца твердого волновода внешней продольной силой F(t) в среде волновода, вдоль оси X, распространяется продольная (прямая) волны деформации. Свободные торцы волновода для такой волны имеют коэффициент имеют коэффициент отражения, равный единице, поэтому, отразившись от правого торца волновода, волна деформации (отраженная волна) пойдет навстречу прямой. Затем, отразившись от левого торца, побежит вслед за прямой волной и т.д. Однако уровень колебаний деформации после каждого последующего отражения от торцов в результате поглощения энергии самой средой будет снижаться, и если отключить источник, то через некоторое время волна диформации иссякнет.

Блок-схема установки для исследования структуры и физических свойств материалов: СУ1 и СУ2 - входной и выходной согласующие усилители

Для исследования структуры и упругих свойств различных материалов потребовалось создание измерительного комплекса. При этом были определены такие измерительные параметры материала:

• скорость распределения продольной волны деформации (вдоль оси Х);
• наличие дефектов в структуре образца;
• координаты расположения дефектов вдоль оси Х.

Измерительный комплекс построен на базе персонального компьютера, в слоты которого установлены специализированные платы АЦП и ЦАП. Программная оболочка по заданному алгоритму обеспечивает управление платами и внешними согласующими устройствами, формирует сигнал задающего генератора, проводит сбор и обработку данных. Для такого класса задач — это наиболее экономически выгодное решение, а благодаря быстрой перенастройке комплекса можно решать с его помощью и другие схожие задачи. Для перенастройки требуется только измерение программной оболочки комплекса и, может быть, добавление необходимой платы или согласующего устройства.

В основе обработки данных положен алгоритм БПФ, который обеспечивает измерение взаимных спектральных и корреляционных характеристик. На их основе определяется скорость распространения волны деформации, а при наличии дефектов структуры — координаты расположения.

В процессе измерений пользователь сможет увидеть авто- и взаимные спектральные и корреляционные характеристики, комплексные передаточные функции, функцию частотной когерентности, а также развитие исследуемых сигналов во времени.

Предусмотрена возможность передачи графической информации о результатах измерения через системный буфер обмена другими приложениями, например Microsoft Word, а также запись данных в файл в формате, обеспечивающем их вторичную обработку средствами Microsoft Excel.