Opis

W skład urządzenia wchodzą:
- skaner z dwoma ruchomymi osiami z kątomierzami elektronicznymi
o z uchwytem na przetwornik pomiarowy
o z uchwytem na próbki
- karta pomiarowa OPCARD Single Channel PCI-bus Ultrasonic PR Card
- karta PCI-DIO48H Logic Level 48-bit Digital I/O Board
- interface - czarna skrzynka
- dwa przetworniki 10MHz / ogniskujące
- pakiet oprogramowania
- komplet kabli
- zasilacz 12V 400mA

Obliczenia możliwe przy pomocy urządzenia

Podstawowe obliczenia opierają się na pomiarze szybkości dźwięku.

1. Możliwość pierwsza:

Szybkość dźwięku liczona jest w programie bezpośrednio przy pomocy liczenia TOF (time of flight), użytkownik musi decydować, czy ma do czynienia z falą poprzeczną, czy też podłużną.

Dla wyliczenia szybkości przy pomocy tego typu pomiaru konieczna jest znajomość długości drogi w ośrodku (wymiarów geometrycznych próbki).

2. Druga możliwość wynika z pomiaru kątów załamania:

Ze wzoru Snelliusa wynika, że

 

alfa - kąt padania
ß - kąt załamania
v1 - prędkość dźwięku w ośrodku 1
v2 - prędkość dźwięku w ośrodku 2

Jeśli użytkownik zmierzy kąty załamania poszczególnych fal i zna parametry jednego ośrodka (w tym przypadku wody), może wyliczyć szybkości fali poprzecznej i podłużnej. W momencie, kiedy zmierzy te wartości dla większej ilości kątów może je uśrednić i uzyskać dokładniejszy pomiar.

Dodatkowo możliwy jest pomiar impedancji akustycznej materiału.

Ponieważ impedancja akustyczna jest iloczynem gęstości ośrodka i szybkości fali, możliwe jest (po zmierzeniu szybkości fali) wyliczenie gęstości ośrodka.

Obowiązują tutaj następujące wzory:

Współczynnik odbicia:

 

Gdzie: Io - natężenie fali odbitej
Ip - natężenie fali padającej

Współczynnik przejścia:

 

 

gdzie: Iz - natężenie fali załamanej (przechodzącej)

Z pomiaru amplitud fali odbitej i załamanej (przechodzącej) można wyliczyć impedancję akustyczną - i co za tym idzie - gęstość ośrodka.
Należy przy tym brać pod uwagę fakt, że w ciele stałym może wystąpić zarówno fala podłużna, jak też i poprzeczna.

Wyliczenie własności mechanicznych materiału z wyliczonych szybkości dźwięku i gęstości materiału

Szybkości dźwięku w ciele stałym są powiązane z jego własnościami mechanicznymi w następujący sposób:

Szybkość fali podłużnej:

Gdzie: ro - gęstość ośrodka, a delta i mi to odpowiednie stałe Lame'go.

Jak wiadomo, ze stałych Lame'go i gęstości materiału można wyliczyć wszelkie inne stałe materiałowe.