7. Экспериментальные установки

Помимо функций измерения, экспериментальная установка предназначена для осуществления воздействия на объект контроля с помощью того или иного физического поля. Структура, тип и количество используемых в экспериментальной уста­нов­ке приборов и полей зависит от поставленной задачи, объекта, предмета и методики исследований.

В качестве примера рассмотрим комбинированную экспери­мен­тальную установку, предназначенную для выявления возмож­ностей неразрушающего контроля прочности образ­цов конструкционных матери­алов, а также для исследования их прочностных свойств на основе наблю­дения за процессом их разрушения. Само разрушение рассматривается как кинетический процесс генерации микротрещин в материале, лимитируемый моментом накопления крити­ческой концентрации этих микротрещин. Прогнозирование разрушения и неразрушающий контроль прочности при этом возможны на основе определения параметров этого процесса, что в свою очередь предполагает необходимость регистрации трещинообразования.

С целью обеспечения интенсивного трещинообразования образцы меха­нически наг­ружались в различных режимах с помощью разрывной машины Р-10, содержащей позиционирующее устройство (ПУ) с электродвигателем М, регулятором R, рычажным чувствительным элементом ЧЭ (рис.12), винто­вым механизмом ПМ, самопишущим прибором П и индикатором нагрузки И (рис.41), обеспечивающим построение графиков зависимости нагрузки от деформаций.

1

ПМ

ЧЭ

ПУ

ЭА АЭ

Рис.41. Блок-схема экспериментальной установки

Для регистрации трещинообразования использовалась электронная аппа­ра­ту­ра ЭА АЭ, блок-схема которой также изображена на рис. 41.

Возникающие в образце 1 микротрещины излучают при образовании упругие волны - волны акустической эмиссии (АЭ). Такая волна доходит до дат­чика АЭ 2, представляющего собой пьезокера­ми­чес­кую таблетку цирко­на­та-титоната свинца ЦТС-19, помещенную в латун­ный корпус и преоб­ра­зу­ет­ся в электри­ческий сигнал. Преобразование упру­гой волны в электри­чес­кий сигнал осуществляется за счет пьезометрического эффекта, заклю­чающе­гося в появлении электрических зарядов противопо­лож­ных знаков на гранях пьезокристаллов при их механическом деформи­ровании. Для улучшения акустического контакта датчика с образ­цом он предва­рительно смазывается маслом. С датчика сигнал пос­ту­пает на предвари­тельный усилитель 3, функция которого заклю­чается в согласо­вании высокого выходного сопро­тивления датчика с кабелем связи, а также в предварительном усилении с целью улучшения соотношения сигнал-шум.

После дополнительного усиления основным усилителем 4 сигнал посту­пает в блок обработки сигналов (БОС) 5, где из сигнала сложной формы выделяется сигнал стандартной длительности. Сигнал стандартной длитель­ности необходим для нормальной рабо­ты анализатора электрических импульсов (6), который запоминает амп­ли­туду и общее количество зарегист­рированных за одинаковые промежутки времени импульсов в блоке фер­ритовой памяти.

После окончания работы всю накопленную информацию можно наблю­дать на экране осциллоскопа 8 или вывести на бумажную ленту с помощью цифропечатающего устройства 7, работающего по принципу отсчётного. Информация позволяла построить зависимость числа импульсов АЭ от времени, определить параметры этой зависимости и связать их с парамет­рами процесса трещинообразования, прочностными свойствами материалов, производить исследования этих свойств и влияния на них различных технологических и эксплуатационных факторов.

Точность оценки показателей прочностных свойств при этом опреде­ля­лась как погрешностями работы позиционирующего устройства, так и погрешностями АЭ-измерений. Последние связывались с помехами адди­тивными (акустические и электромагнитные шумы, долгосрочная нестабиль­ность коэф­фи­циента подобия между количеством сигналов АЭ и концент­ра­цией трещин в материале, связанная с изменением значения этого коэффи­циента при переходе от испытания к испытанию и т.д.), и мультипли­кативными (нерав­номерностью амплитудно-частотных характеристик сигна­лов АЭ, нестабильностью коэф­фи­циента усиления аппаратуры АЭ при ре­гист­рации сигналов и, как следствие, краткосрочной нестабильностью коэф­фи­циента по­до­­бия в процессе измерения).