5. Содержание отчёта

1. Краткое изложение теоретических основ метода.

2. Блок-схема испытательной установки.

3. Чертеж испытуемого образца с обозначением его размеров и массы по

результатам измерений и взвешивания.

4. Вычисление значения модуля упругости Е с определением

размерности.

5. Выводы по работе.

6. Вопросы для самопроверки

1. Какие существуют виды контроля физико-механических свойств материала образцов, заготовок и изделий?

2. Какими параметрами характеризуются деформативные свойства материала?

3. Назовите основные параметры и условия, характеризующие частоты собственных колебаний образцов?

4. Каково назначение измерительной аппаратуры, используемой в испытательной установке?

5. Что такое резонанс? Чем он характеризуется? Чем отличается механический резонанс от электрического резонанса?

Лабораторная работа № 3 Сравнительные исследования лазерного и акустического дальномеров

1. Цель работы

Экспериментальное сравнительное исследование возможностей акустического и лазерного методов дальнометрии на примере ультразвукового дальномера «Distancer» фирмы «Stabila» и лазерного дальномера «DLE 150 Laser» фирмы «Bosch».

2. Oсновныe теоретические положения

По материалам, приведённым в курсе лекций, и рекомендованной литературе ознакомиться с принципами действия акустических и лазерных дальномеров (толщиномеров) и провести их сравнительные исследования. Обосновать причины возможной разницы в показаниях, обусловленные различными погрешностями физических методов, положенных в основу работы приборов. Проанализировать основные погрешности методов, причины их возникновения и способы устранения.

Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью и развитие методов определения малых интервалов времени с высокой точностью дают возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:

L = C·t ∕ 2,

где L - расстояние до объекта, C - скорость распространения излучения, t - время прохождения импульса до цели и обратно.

Анализ этого соотношения показывает, что потенциальная точность измерения дальности определяется точностью измерения времени прохождения импульса энергии до объекта и обратно. Ясно, что чем короче импульс, тем лучше.

Задача определения расстояния между дальномером и целью сводится к измерению соответствующего интервала времени между зондирующим сигналом и сигналом, отраженным от цели. Различают три метода измерения дальности в зависимости от того, какой характер модуляции лазерного излучения используется в дальномере: импульсный, фазовый или фазо-импульсный.

Сущность импульсного метода дальнометрии состоит в том, что к объекту посылают зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру, то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса) определяется расстояние до объекта.

При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, изменяющего свои параметры под воздействием электрического  сигнала). Обычно используют синусоидальный сигнал с частотой 10...150 МГц (измерительная частота). Отраженное излучение попадает в приемную оптику и фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, определяют расстояние до объекта. 

Принцип использования лазерного дальномера достаточно прост. Исследователь направляет дальномер на цель. Точность направления определяется с помощью лазерного целеуказателя, нажатием кнопки активируется лазер. Лазер посылает луч в сторону цели. Специальное устройство улавливает отраженный от цели свет.

Аналогично устроены акустические дальномеры. Прибор посылает акустический ультразвуковой сигнал, который отражается от препятствия и принимается прибором, который определяет время, затраченное сигналом на прохождение до отражателя и обратно. Зная скорость акустических колебаний в воздухе (330 м/сек), прибор определяет расстояние до отражателя (объекта, стены и т. д.) Акустические приборы гораздо менее точные, чем лазерные, так как на их точность влияет изменение скорости акустических колебаний в воздухе, которая, в свою очередь, зависит от влажности, температуры, давления и многих других параметров воздуха.

Приборы дальнометрии позволяют решать множество задач, связанных с дистанционным контролем размеров объектов. Области практической деятельности, где возникают подобные задачи, многообразны. Для успешного решения измерительных задач необходимо иметь точную количественную информацию о геометрических размерах, форме и пространственном положении различных объектов. К таким задачам можно, в частности, отнести:

1. Обеспечение безопасности движения транспортных средств в

условиях пространственных ограничений движению, в том числе:

- контроль габаритов сооружений на железнодорожном транспорте;

- контроль геометрических параметров туннелей и оборудования в метрополитене;

- маневрирования вертолетов в условиях городской застройки;

- близкое прохождение или швартовка судов;

- контроль высоты полета в диапазоне 0.5...10 метров и угла крена летательных аппаратов при посадке и т.п.

2. Контроль формы деталей и геометрических параметров

технологических процессов в машиностроении.

3. Обнаружение препятствий автономными мобильными роботами и т.д.