Merenje brzine zvuka u čvrstim materijalima

[branko tod]

Potrebno mi je da merim brzinu zvuka u keramičkim pločicama od aluminijum oksida.
Dimenzije su od 50x50 mm pa naviše. Vrlo važna je tačnost i pouzdanost merenja.
Da li se neko bavio ovom problematikom u svom radu?

Ceo sistem je skup i izgleda verovatno ovako:



a keramika ovako:

[emiSAr]

Kako bi je izmjerio (brzinu prostiranja zvuka) na tako malom uzorku iskreno ne znam. kako brzina prostiranja zvuka u cvrstim materijalima raste sa gustocom materijala i vrstom materijala, za pretpostaviti je da je brzina priblizna brzini
prostiranja kroz staklo, a to je pozamasna brzina, ako ne i veca-bliska skoro 20 puta vecoj od brzine u zraku.-
znam da ti je to sve poznato, ali kakvom opremom se koristiti ne znam.-
Ih, sto sam pomogao.
pOz

[TDA]

https://sr.wikipedia.org/sr/%D0%91%D1%80...0%BA%D0%B0

[Dackotronic]

Neverujem da ce ovo biti od koristi ali evo 


  14.TehDi.pdf (Size: 895,88 KB / Downloads: 8)

  Akustika_01_Uvod_u_akustiku.pdf (Size: 351,85 KB / Downloads: 4)

[Želja]

Malo glasnije razmišljam ...

Dve piezo pločice koje bi bile naslonjene na keramiku (ako ima mesta)
da bi dobili dva triger signala posle bi bilo lako.

Pozz

[Želja]

Ovakve:

I uz mali uredjaj sa MCU i displejom direktan prikaz u m/s.

****

Mada, kada malo bolje pogledam brzinu kroz Al-oxid ( 9000m/s ) nije baš naivno ... ( 9mm/1uS) !!
http://www.trinityndt.com/brochures/Ultr..._Table.pdf

Ipak sam malo glasnije razmišljao ... Teško će to tako moći ...

[branko tod]

Ljudi, znam ja da je to vrlo zahebano. Sve se nadam da se neko bavio nečim takvim pa da
kaže štogod o tome. Ja sam se malko bavio NDT (nondestructive testing) po aviaciji. To bi
trebalo da znači da znam dosta, ali to ipak nemam blage veze. Imam sada na popravci neke
yoke za testiranje varova https://www.google.rs/search?client=fire...vTPj-X2jck

Brzina prostiranja je preko 9km/s, i ako bih mogao da je precizno izmerim mogao bi da nađem
manju gustinu pločice. Za moj posao vrlo važan podatak.
Inaće, ultrazvučni uređaji koji se koriste u avio industriji koštaju >10.000 evrića  

[Macola]

Branko,
Nije to tako strašno kao što izgleda a nije ni naivno.

Treba ti izvor ultrazvuka što manje talasne dužine (neki US piezo tx), jedan sličan prijemnik sa ampom poznatog faznog stava in-out i jedan fazni diskriminator.

Druga opcija je generisanje impulsa nalik Hevisajdovom, sa avalanche tranzistorom poput ZTX415, potom opet prijemnik koji će da detektuje prvu ivicu.

Kalibracija je najveći problem jer treba imati neki referentni predmet. Što se tiče same elektronike, za direktno merenje su sporiji MCU nedovoljno moćni jer je potrebna rezolucija u zoni nS.

Možda bi mogli poslužiti Si Labs 8 bit MCU na 100MHz jer su hardverski predisponirani za takve stvari i imaju bazu na 8051/2.
Od ovih modernijih možda Beagle Bone Black sa svoja dva 200MHz low level MCU, koji su čvrsto povezani sa 900+MHz ARM masterom. Neko ko vlada tom napravom može lagodno napraviti takvu opremu koja ti treba.
Na žalost Beagle Bone je mnogo za*eban za rad i traži žešće vreme za savlađivanje, ali moćan je do bola...

Ili konačno FPGA i slično.

Evo neke literature za prvu pomoć:

https://www.google.rs/url?sa=t&rct=j&q=&...BX_qAH89hQ

https://www.google.rs/url?sa=t&rct=j&q=&...e44ahwLHLw

https://www.google.rs/url?sa=t&rct=j&q=&...VC4Pc2bnXQ

https://www.google.rs/url?sa=t&rct=j&q=&...9Tee3q63Cw

Od tih gotovih i jevtinih platformi, čini mi se da jedino BeagleBone može da doskoči nanosekundnim merenjima, a za te pare.
Neke druge paltforme bi morale da se prave namenski ili su neuporedivo skuplje i komplikovanije.

Vredi prekopati o tome. Ima ljudi koji su se upravo takvim merenjima bavili sa jevtinim BeagleBone.

Pozz

[branko tod]

Druže,hvala na literaturi. Nije tu toliki problem u elektronici nego u mehanici, Prvo je prenos impulsa
na pločicu važan. Zatim prijem signala. Meni je važna uzdužna struktura pločice i nemam pojma kako
pretvarače da pričvrstim. Postoji vlažno merenje, kao kada se radi ljudima ultra zvuk, a postoji i suvo
bez gela. Ona gornja slika je sa uronjenom pločicom.

Ovako izgleda uređaj za suvo testiranje betona:

[branko tod]

Danas smo uspeli da odradimo prva merenja sa fabričkim pozajmljenim uređajem.
Dobijena brzina na uzorku debelom 10 mm je iznosila 11030 m/s.

[Papak]

@branko tod, nesto smo se igrali 2012. na mom faksu oko merenja prostiranja udarnog talasa u odredjenim ekspolzivima.
Kako su brzine udarnih talasa cesto oko 3-20km/s i kao sto se vidi ravna je brzinama zvuka u cvrstim materijama.

Ideja je vrlo jednostavna. Zamisli oscilator kome je element koji uvodi fazno kasnjenje zapravo eksplozija? Kako ce vreme prostiranja talasa od A do B biti 180 stepeni na samo jednoj ucestanosti, to ce prostim merenjem ucestanosti moci da se izmeri brzina prostiranja talasa.
Dakle predajnik napravis od AC logike. Izlazni buffer sa ZTX8xx. Njime drajvujes predajnik. Prijemnik ide na pojacavac sa faznom kompenzacijom i odatle na ulaz predajnika. Ako sve napravis sa AC logikom bez problema ces moci da meris ucestanosti do oko 300MHz (naravno postavlja se pitanje koliko ti je kasnjenje samog sistema).

Takodje bih ti preporucio da analiziras ovaj dokument, mozda ti nesto padne na pamet...

http://cds.linear.com/docs/en/applicatio...an131f.pdf

[branko tod]

Problem je mnogo složeniji nego što se čini na prvi pogled. Vrlo lako se može emitovati
i primati signal sa istom sondom jer je slabljenje signala na putu kroz materijal prilično
malo zbog velike gustine komada. Ali to i pravi problem jer se javlja veći broj odbitaka
od obe strane pločice. Problem unosi i svaka nehomogenos u materijalu koja daje lažne
signale, tako da se brzina teško pravilno meri. Meni su izuzetno važne te promene u samoj
pločici jer to može značiti da pločica neće obaviti dobro svoj posao i zadržati i slomiti  zrno.
Izuzetno je ugodno imati ekran na kome se sve lepo vidi kao i kod ultra zvuka za ljude.
Mislim da je mnogo pametnije da skupim nekoliko k evra i da kupim gotov uređaj koji u
sebi ima odgovarajući softver i hardver napravljen na osnovu min pedeset gidina iskustva
koje hiljade ljudi koji su se bavili ultrazvučnim ispitivanjima. Uostalom, nisam primetio da
je na forumu iko  pisao o tome kako pravi digitalni osciloskop.

Gomila odbitaka


Pukotina u materijalu


Tipičan uređaj i ultrazvučna slika ispitivanog komada

[Papak]

@ branko tod
Naravno da je mnogo isplativije kupiti napravu nego je razvijati. Kada se predje odredjeni nivo merenja. Isplati se razvijati samo ono sto ne postoji dostupno na trzistu.
Na ovom forumu ima par ljudi za koje sa sigurnoscu znam da bi znali da urade digitalni osciloskop bilo analogni front end, bilo digitaliju, bilo softver, i jos bi tuko Tektronixa za duplo, samo sto bi im to pojelo 5 godina rada i jedno 50kE posla, a Rigol kosta 500E i radi kako se udene u struju...
Svi koji su ovde pisali su ti dali neke osnovne polazne predloge. A za to sto tebi treba tesko da je moglo da se ocekuje nesto poput 'Kratkovalni jednocjevnik' iz Metzgerove knjige. Hahahahaha

[branko tod]

Znaš, Papak, svako od nas ima još određeni broj sati pred sobom. Neko više, a neko, bogme, manje.
Sad je retoričko pitanje na šta ih potrošiti, na razvoj ultra zvuka ili na nešto drugo. Mnogo je bolje
to vreme prodati po skupljoj ceni, u šta i spada i malo hedonizma. Naročito iz razloga što očekujem
da mi dotični aparat pomogne u prihodovanju firmice. Što neko reče, ne možeš da očekuješ da uzmeš
lovu, a da ništa ne ulažeš. I srećku moraš da kupiš
Što se forumaša tiče, oni su kao i uvek nesebično imali volju da pomognu, ali niko se nije direktno bavio
ovom oblašću. Tako da nije bilo odgovora koji bi meni pasovao. Vama puno hvala na trudu, a ja kada
budem imao zakačiti neku sliku opreme. Hvala.