Лабораторная работа 1. Ультразвуковой метод определения физико-механических свойств строительных материалов

Цель работы: измерение физико-механических характеристик изделий из тяжелого бетона, путем измерения времени распространения ультразвуковых колебаний (УЗК) и измерения амплитуды первой полуволны принятого сигнала в лабораторных условиях.

Перечень оборудования, приборов, инструментов и измерительной техники: ультразвуковой прибор УК-10ПМС, сервисный столик с регулированием геометрии измерения и креплением ультразвуковых датчиков, штангенциркуль для измерения геометрии образца, солидол (высоковязкое техническое масло) для смазки торцов датчиков при обеспечении акустического контакта.

Объекты испытания: образцы кубической формы размерами 100×100×100 мм тяжелого бетона.

Теоретическая часть

Прибор обеспечивает измерение времени распространения УЗК в материалах, изделиях и образцах горных пород, скорость распространения УЗК и затухание в которых изменяются в широких пределах, а также обеспечивает измерение амплитуды первой полуволны принятого сигнала на частотах 60 и 100 kHz. Электрическая функциональная схема прибора приведена на рисунке 1.

Генератор зондирующих импульсов 1 возбуждает излучающий ПЭП 2, посылающий в изделие УЗК. Приемный ПЭП 3 принимает УЗК и преобразует их в электрические сигналы, напряжение которых повышается с помощью усилителя 5. С выхода усилителя 5 сигнал поступает на пиковый детектор 6, а с него одновременно на аналоговые ключи 15 и 16, на которых с помощью одновибратора 10 осуществляется выделение первой полуволны принятого сигнала. Выделенный сигнал первой полуволны поступает на интегратор 17, подключенный через коммутатор 14 и к усилителю 5.

1 — генератор зондирующих импульсов; 2 — излучающий ПЭП; 3 — приемный ПЭП; 4 — задатчик базы; 5 — усилитель; 6 — пиковый детектор; 7 — формирователь кода времени; 8 — генератор счетных импульсов; 9 — устройство отображения информации; 10 — одновибратор; 11 — измеритель базы; 12 — коммутатор; 13 — блок разверток; 14 — коммутатор; 15 — аналоговый ключ; 16 — аналоговый ключ; 17 — интегратор; 18 — измеритель амплитуды; 19 — блок ввода данных; 20 — запоминающее устройство; 21 — вычислительное устройство Рисунок 1 — Электрическая функциональная схема прибора УК-10ПМС Пиковый детектор 6, аналоговый ключ 15, интегратор 17, коммутатор 14 образуют систему автоматической регулировки усиления (АРУ), обеспечивающую постоянство измеряемой амплитуды при измерении времени распространения УЗК, при изменении сигнала на приемном ПЭП 3 не менее чем на 50 dВ, и формирование напряжения АРУ пропорционального амплитуде первой отрицательной полуволны принятого сигнала.

Измерение амплитуды первой полуволны осуществляется измерителем амплитуды первой полуволны 18. В приборе предусмотрена возможностьввода базы прозвучивания непосредственно с задатчика базы 4 (ЩОЗ.049.150), выход которого соединен с измерителем базы 11.

Измеритель базы 11, усилитель 5, пиковый детектор 6, аналоговые ключи 15 и 16, одновибратор 10, интегратор 17, измеритель амплитуды первой полуволны 18 и коммутатор 14 реализованы в БУ (Щ05.035.150).

С выхода усилителя 5 радиосигнал одновременно поступает на устройство 9 отображения информации (Щ05.043.024−01) и формирователь 7 кода времени, подключенный к коммутатору 12 (Щ05.121.061), через который подключен к вычислительному устройству 21.

Генератор 8 счетных импульсов одновременно соединен с формирователем кода времени 7, измерителем амплитуды первой полуволны 18, измерителем базы 11 и вычислительным устройством 21.

Генератор счетных импульсов 18 и вычислительное устройство 21 расположены в БПР Щ05.105.038−01.

Для ввода необходимых цифровых коэффициентов и других данных, а также для управления процессов измерения в приборе предусмотрена клавиатура с блоком ввода данных 19 (находится в ПН) (Щ03.031.007). Для хранения оперативной, долговременной, а также для формирования кадровой и строчной информации о результатах контроля в приборе используется запоминающее устройство 20 (Щ05.106.013, Щ05.106.014−01), а для формирования напряжений строчной, кадровой и цифровых разверток используется блок разверток 13 (Щ05.081.071).

Отображение цифро-буквенной и аналоговой информации осуществляется на экране электро-лучевой трубки (ЭЛТ).

В зависимости от режима (в приборе реализуется семь РЕЖИМОВ контроля), записанного в прибор с помощью электронно-вычислительной машины, в прибор с помощью блока ввода данных 19 вводятся цифровые коэффициенты — в дальнейшем — данные, необходимые вычислительному устройству 21 (микропроцессору) для оценки результатов измерения и вычисления величин, предусматриваемых режимов работы.

При измерении на экране ЭЛТ отображается следующая информация:

• 1) время распространения УЗК с учетом коррекции для установки нуля;
• 2) скорость распространения УЗК, определенная по формуле:

(1).

где С — скорость распространения УЗК, вычисленная прибором, м/с;

L — база прозвучивания, введенная с помощью клавиатуры перед началом измерения, мм;

Т — время, измеренное прибором, мкс.

3) толщина изделия, определенная по формуле:

(2).

где l — толщина изделия, мм;

С и Т — см. формулу (1).

4) амплитуда первой полуволны принятого сигнала, измеренная прибором;

прочность бетона, МПа, при введении коэффициентов В и D;

номер изделия;

дата контроля.

Для получения других данных об изделии необходимо произвести изменение программы контроля, записанной в прибор.

Рисунок 2 — Общий вид прибора УК-10 ПСМ и сервисного столика, с закрепленным на нем образцом и датчиками.