УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТВЕРДОМЕР

Полезная модель относится к контрольно-испытательной технике и может быть использована для измерения твердости материалов.
Известен ультразвуковой твердомер (УЗТ), принятый за прототип, содержащий корпус с внутренней цилиндрической поверхностью и расположенные внутри корпуса акустический стержневой резонатор с опорным диском, имеющим сферическую боковую поверхность, контактирующую с внутренней поверхностью корпуса с возможностью свободного перемещения вдоль нее и поворота в любом направлении, индентор, закрепленный на конце стержневого резонатора, нагрузочную пружину, установленную соосно корпусу между опорным диском и торцевой поверхностью корпуса, первый и второй пьезопреобразователи, акустически согласованные со стержневым резонатором, блок питания, микроконтроллер, интерфейс, энергонезависимую память и дисплей, причем блок питания соединен с микроконтроллером, подключенным выходами к интерфейсу, энергонезависимой памяти и дисплею.
В прототипе имеется также генератор, соединенный с пьезопреобразователями / Патент РФ №2196316, кл. G01N 3/40, 2000/.
При измерении твердости образца в известном УЗТ изменяется частота генератора и сигнал поступает в процессорную секцию. Изменение частоты при нагружении образца отслеживается микроконтроллером. При этом вычисляется число твердости образца по заранее выбранной шкале. Результат измерения индицируется на дисплее и пожеланию оператора может быть занесен в энергонезависимую память.
Недостатком прототипа являются погрешности измерений резонансной частоты, обусловленные значительным изменением добротности акустического резонатора с индентором при его внедрении в испытуемый материал. А также погрешности измерений, связанные с недостоверным определением резонансной частоты из-за возможности появления двух близких мод колебаний резонатора с индентором при внедрении его в различные материалы.
Техническим результатом, получаемым при внедрении полезной модели, является повышение точности измерений твердости материалов за счет устранения или снижения погрешностей прототипа, указанных выше.
Данный технический результат достигают за счет того, что в известном УЗТ, содержащим корпус с внутренней цилиндрической поверхностью и расположенные внутри корпуса акустический стержневой резонатор с опорным диском, имеющим сферическую боковую поверхность, контактирующую с внутренней поверхностью корпуса с возможностью свободного перемещения вдоль нее и поворота в любом направлении, индентор, закрепленный на конце стержневого резонатора, нагрузочную пружину, установленную соосно корпусу между опорным диском и торцевой поверхностью корпуса, первый и второй пьезопреобразователи, акустически согласованные со стержневым резонатором, блок питания, микроконтроллер, интерфейс, энергонезависимую память и дисплей, причем блок питания соединен с микроконтроллером, подключенным выходами к интерфейсу, энергонезависимой памяти и дисплею, первый пьезопреобразователь соединен с выходом микроконтроллера, а второй с его входом.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена схема УЗТ.
УЗТ содержит корпус 1 с внутренней цилиндрической поверхностью и расположенные внутри корпуса 1 нагрузочную пружину 2, стержневой резонатор 3 с опорным диском 4, жестко установленный на резонаторе 3.
Имеется также индентор 5, жестко закрепленный на одном из концов резонатора 3 и опорная втулка 6.
Со стержневым резонатором 3 акустически согласованы первый и второй пьезопреобразователи 7.
Схема питания УЗТ содержит аккумулятор 8 и преобразователь-стабилизатор 9 напряжения.
Процессорная секция состоит из микроконтроллера 10, интерфейса USB 11 и энергонезависимой памяти 12.
Модуль индикации содержит графический матричный дисплей 13.
К аккумулятору 8 может быть подключен сетевой блок питания 14.
Связи между блоками показаны на чертеже.
Первый и второй пьезопреобразователи 7 подключены соответственно к выходу и входу микроконтроллера 10, соединенного выходами с интерфейсом 11, энергонезависимой памятью 12 и дисплеем 13.
Выход преобразователя-стабилизатора 9 подключен к входу микроконтроллера 10.
Блоки 8, 9, 14 образуют блок питания.
УЗТ работает следующим образом.
Для постоянного измерения частоты резонатора микроконтроллер 10 вырабатывает зондирующий сигнал, плавно сканирующий весь диапазон возможных частот резонатора.
При измерении твердости образца происходит изменение резонансной частоты, которое отслеживается микроконтроллером 10.
Затем вычисляется число твердости образца по заранее выбранной шкале (Бринелля, Роквелла, Виккерса, Шора и определение предела прочности (Rm).
Результат измерения индицируется на дисплее 13 и по желанию оператора может быть занесен в энергонезависимую память (EEPROM).
Программное обеспечение микроконтроллера состоит из измерительной части, интерфейса и обрабатывающего модуля. Программа, написанная на языке ассемблера, находится в EEPROM микроконтроллера. Дисплей находится на лицевой панели твердомера. Дисплей индицирует три типа надписей: служебные, подсказки и числа. Служебные надписи и символы позволяют индицировать текущий режим работы твердомера, подсказки помогают выбрать следующий режим работы, числа показывают значения параметров.
Схема работы твердомера представляет собой трехуровневое меню, на каждом уровне которого возможен выбор режимов работы или параметров.
Таким образом введение новых связей в УЗТ по сравнению с прототипом позволяет производить зондирующий сигнал с последовательно изменяющейся частотой. Это в свою очередь позволяет определить резонансную частоту по максимальному отклику сигнала с пьезопреобразователей 7.
При этом электронный блок обработки и регистрации дает возможность вычислить точное положение максимума отклика при зондировании сигналом, проходящим весь диапазон частот акустического резонатора. Что позволяет более точно измерить значение резонансной частоты за счет уменьшения влияния изменения добротности стержневого резонатора на различных материалах.