Przejdź do treści

Systematic error correction in acoustoelastic effect investigation based on magnetostrictive delay line

W artykule przedstawiono metodę korekcji błędów systematycznych w pomiarach efektu akustoelastycznego prowadzonych przy użyciu magnetostrykcyjnych linii opóźniających. Badania przeprowadzono na stopach amorficznych, czyli materiałach metalicznych wytwarzanych metodą ultraszybkiego chłodzenia, w których tempo schładzania ciekłego metalu (rzędu miliona stopni na sekundę) uniemożliwia formowanie się regularnej struktury krystalicznej. Taśmy amorficzne ze stopu Fe77Cr2B16Si5 (Metglas 2605 S3A) wykazują silny efekt akustoelastyczny, czyli zależność prędkości dźwięku od przyłożonych naprężeń mechanicznych. Dotychczasowe metody pomiaru tej zależności przy użyciu pojedynczej cewki odbiorczej wprowadzały błąd systematyczny rzędu 1,5%, wynikający z niejednoznaczności odległości efektywnej. Odległość ta wiąże się z faktem, że pole magnetyczne cewki nadawczej oddziałuje z próbką w pewnej objętości, nie zaś wyłącznie w płaszczyźnie cewki.

Rozwiązanie okazało się elegancko proste: zamiast jednej cewki odbiorczej zastosowano dwie. Dzięki temu prędkość dźwięku oblicza się na podstawie różnicy czasów dotarcia fali do obu cewek, co całkowicie eliminuje problem niejednoznacznej odległości od nadajnika. Nowa metoda zmniejszyła niepewność pomiarów ponad czterokrotnie, z 18 m/s do zaledwie 4 m/s. Co ważniejsze, ujawniła, że efekt akustoelastyczny w badanym stopie Metglas 2605 S3A jest większy niż sądzono: prędkość dźwięku zmienia się pod wpływem naprężeń aż o 8%, a nie 7% jak wskazywały wcześniejsze pomiary. Ta pozornie niewielka różnica ma duże znaczenie dla inżynierów projektujących czujniki siły i naprężeń, ponieważ materiały o silniejszym efekcie akustoelastycznym pozwalają opracowywać bardziej czułe urządzenia pomiarowe.

Artykuł:

Measurement

Autorzy z PW:

Roman Szewczyk, Michał Nowicki 

 

Rok wydania: