用于超声确定材料的动态弹性模量的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及使用声音、优选使用穿透材料并被连续测量和分析的超声波，来确定材料的动态弹性模量，所述材料例如包含像水泥或者石膏等的矿物粘结剂、或者聚合物或者陶瓷的材料，优选是灰浆或混凝土，特别是喷射混凝土。特别地，本发明专利技术涉及一种设备、测量装置、以及使用该设备来确定材料动态弹性模量的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用声波，优选是穿透材料并被连续测量和分析的超 声波来确定材料的动态弹性模量，所述材料诸如包含聚合物、或者陶 瓷、或者像水泥或石骨等的矿物粘结剂，特别是诸如灰浆、混凝土， 特别是喷射混凝土。特别地，本专利技术涉及一种设备、测量装置以及使 用该设备来确定材料的动态弹性模量的方法。
技术介绍
测量包含矿物粘结剂和聚合物的材料的材料性质的经典工具例如有维卡测试、透度计、流变仪、针穿刺或者购自Instron⑧的压缩测试 设备。但是这些工具不能用来监测所选材料性质的完整时间演变。用来测量矿物粘结剂的材料性质的超声分析方法是已知的。US 5,412,990公开了使用声学剪切波信号来确定水泥浆的凝结时间的方 法和设备。US 6,655,213公开了使用超声波来检查固化和/或硬化材料 的方法。用来表征材料的流变性质和力学性质的现有超声装置在高频的窄 范围内操作。这种途径只对于均匀的弹性材料是满意的。在具有超声 响应不同于基体的气泡、裂紋和/或内含物的材料中，材料的响应可能 变得更加复杂。特别地，在没有特殊校正的情况下通常不能获得真实 的基本材料性质。已知装置的主要缺点是，它们只能在窄的频率范围内使用，而材 料的动态弹性性质极大地取决于激发频率。另外，本领域已知的装置 是笨重的，具有高的能耗并因此不适于现场测量。此外，现有装置不 提供材料性质的直接显示并且依赖于测量之后的数据处理，而这是耗 时的。此外，现存装置具有高的信噪比。因此，日益需要一种能够追 踪材料的动态弹性模量的直接时间演变的无损技术以及提供高度便携 性和用户友好性的设备。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是，提供一种设备和测试方法在工业中 的可靠使用，并且允许容易、连续、无损且非侵入性地监测材料，如 矿物粘结剂或聚合物的动态弹性模量，并且特别是量化包含矿物粘结 剂(如水泥)的材料，例如混凝土，特别是喷射混凝土等在从早期到 远在矿物粘结剂凝结之后的流变和力学演变，并且特别是提供从测量 到显示材料性质的短响应时间，这允许快速分析硬化的材料，例如喷 射混凝土应用。因此，本专利技术的一个目的是，提供一种与现有装置相 比具有改善的信噪比，并且允许通过在宽的频率范围，包括从次声波 到超声波的频率范围内进行的声音传播方法来表征材料的设备和方 法。这与现有超声装置形成对比，并且对于所有粘弹性材料以及包含 例如气泡、骨料和孔隙的内含物的材料是重要的。本专利技术的进一步目的是一种用于直接和完全处理测量的信号以便 实时显示确定的材料性质的方法和装置。另外，本专利技术的一个目的是提供一种具有低功耗的用于现场测量 的小型便携式设备。根据本专利技术，这通过独立权利要求的特征来实现。此外，从从属 权利要求中显现出本专利技术进一步有利实施方案。本专利技术的设备、装置和方法可以用于确定矿物粘结剂以及聚合物， 特别是反应性聚合物或低聚物以及它们的固化产物的动态弹性模量。 特别地，该方法尤其适于实时监测固化。本专利技术的设备、装置和方法 还可以用作控制原材料、中间和最终产品的质量的工具。它可以用作 质量控制或工艺控制工具。本专利技术提供了通过声波来确定材料样本的动态弹性模量的设备，包含(a)具有用于声学耦合材料样本与至少一个变换器的部件的测量装置，所述变换器优选地通过电缆连接与(b)卡耦合，所述卡包含(i) 用于接收并处理从所述变换器接收的响应信号的部件，和(ii)用于产生 宽频率范围上的高压信号的部件，所述部件包含低压频率可调电子振 荡器、信号发生器、电子开关、高压宽带放大器以及可选电子存储器， 其中，所述高压宽带放大器包含至少一个具有初级和次级绕组的无芯 变压器或者连接到所述变压器，其中，所述次级绕组与所述至少一个 变换器连接。在一个优选的实施方案中，高压宽带放大器包含至少一 个变压器。在另一个实施方案中，所述至少一个变压器与高压宽带放 大器分离或者在其外面，优选地甚至与卡分离或者在其外面，以及高 压宽带放大器与所述至少一个变压器的初级绕组连接。在该实施方案 中， 一个以上的卡可以与至少一个，优选地一个以上的变压器连接。 在一个优选的实施方案中，所述至少一个无芯变压器是平面变压器， 优选地包含平面绕组。因此，本专利技术的设备优选包含平面无芯变压器。 优选高压宽带放大器包含一个以上的无芯电磁变压器，优选两个 以上的无芯变压器，优选三个、五个或十个以上的变压器，其中，所 述至少两个变压器串联或并联，优选并联连接。优选地，所述至少两 个无芯变压器的初级绕组彼此并联连接，以及所述至少两个无芯变压 器的次级绕组彼此串联连接。在非常优选的实施方案中，高压宽带放 大器包含三个或五个无芯变压器，其中，所迷至少两个无芯变压器的 初级绕組彼此并联连接，以及所述至少两个无芯变压器的次级绕组彼 此串联连接。高压宽带放大器还包含功率驱动器，优选地功率晶体管 或高功率半导体用来在所述至少两个变压器的初级绕组提供或者产生高功率电流，优选1-50安培(A)，更优选10-40安培。当使用一个以上的无芯变压器，其中所述至少两个无芯变压器的 初级绕组彼此并联连接，并且其中所述至少两个无芯变压器的次级绕 组彼此串联连接时，大的优点是使用这种变压器可以产生比仅用一个 无芯变压器更高的电压。为了仅用一个无芯变压器来产生相同量的电 压，将需要许多次级绕组。这就使变压器大于当使用一个以上变压器 时的情况。对于本专利技术的设备，需要尽可能小且重量轻的变压器。因此，至少两个无芯变压器是优选的。由于本专利技术的这种无芯变压器， 可以产生宽频率范围上的高电压信号。使用现有技术的变压器不可能 在高电压和高电流下在宽频率范围上产生许多不同的离散频率。接收并处理从变换器接收的响应信号的部件优选地包括信号调节 部件，诸如分压器和/或限压器。信号调节部件优选地与用于向计算机 存储器转发数字响应信号的模数转换器模块连接。使用限压器和分压器(或者分别是电压限制器和电压分配器)能 够确定具有低信噪比的精确回声信号。限压器将电压限制到某个预定水平，例如士10V。选择这个水平使得回声信号(分别是传输信号)的电压幅度完全在这个限压器所跨越的电压范围内。分压器将电信号的幅度降低预定倍数，例如10倍。选择倍数使得分压信号的电压范围在优选等于限压信号的电压水平的范围内。所述卡产生高电压脉沖，这表示例如大于100 V、 200 V或者甚至 大于1000 V的高压并且具有大约1 ms的最大重复率。可以在100 Hz 至1 MHz之间或者在1 kHz至1 MHz之间，更优选在100 Hz至10 MHz之间或者在1 kHz至10 MHz之间，更优选在10 Hz至10 MHz 之间，更优选在1 Hz至10 MHz之间，并且最优选在1 Hz至100 MHz 之间或者甚至在1 Hz至200 MHz之间调节脉冲频率。因此，可以在 宽频率范围，包括低于20 Hz，即低于人类可听声波频率的次声波频 率、可听声波(即20 Hz至20 kHz)频率以及高于20 kHz (即高于人 类可听声波)的超声波频率上使用本专利技术的卡。因此，就变压器而言 的术语"宽带"在全文中表示放大器在宽频率范围上，即在l kHz至l MHz的范围上，或者甚至在100 Hz至lOMHz的范围上，或者在lOHz 至100 MHz或者甚至在1 H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过声波来确定材料样本（２５）的动态弹性模量的设备（２０），包括：　　　　（ａ）具有用于声学耦合所述材料样本（２５）与至少一个变换器（１２，１２′，１２″）的部件（１３，１３′，１３″）的测量装置（１０），（ｂ）卡（７），所述变换器（１２，１２′，１２″）与卡（７）耦合，所述卡包括：　　　　（ｉ）用于接收并处理从变换器（１２，１２′，１２″）接收的响应信号的部件（１，８，９，３０，３１，３２）；和　　　　（ｉｉ）用于产生宽频率范围上的高压信号的部件（１，２，３，４，５），所述部件包括低压频率可调电子振荡器（２）、信号发生器（３）、电子开关（４）和高压宽带放大器（５），其中，所述高压宽带放大器（５）包含至少一个具有初级和次级绕组的无芯变压器（３３）或与其连接，其中所述次级绕组与所述至少一个变换器（１２，１２′，１２″）连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪迪尔路藤斯，朱利恩洛佩兹瑞欧思，罗伯特法拉特，诺曼布兰科，
申请(专利权)人：SIKA技术股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]