RU1797025C - Способ контрол количества св зующего в композиционных материалах на основе углеродных нитей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в авиационной промышленности дл  определени  количества св зующего в однослойных композиционных материалах на основе углеродных нитей. Сущность изобретени : изобретение позвол ет с высокой точностью контролировать количества св зующего в композиционных материалах на основе углеродных нитей за счет приема как прошедшей, так и отраженной СВЧ-волны, осуществление трехкратного взаимодействи  одной из составл ющих с контактируемым материалом при различных состо ни х пол ризации и определени  количества св зующего по эллиптичности суммарной СВЧ-волны, полученной в результате смешивани  прошедшей и отраженной составл ющих. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл  определени  количества св зующего или толщины композиционных материалов на основе углеродных нитей в авиационной промышленности.

Известен способ измерени  диэлектри ческой проницаемости веществ, при котором облучают контролируемый материал двум  пол ризованными электромагнитными волнами различной частоты, раздел ют каждую волну на ортогонально-пол ризованные составл ющие до взаимодействи  с исследуемым материалом, одну из составл ющих каждой из волн пропускают через контролируемый материал, смешивают обе составл ющие каждой из волн, измер ют величину эллиптичности каждой волны и определ ют разность их эллиптичностью, по которой суд т о диэлектрической проницаемости или толщине контролируемого материала . Основным недостатком известного способа  вл етс  низка  точность при контроле слоев малой толщины, обусловленна  тем, что фазовый сдвиг составл ющей прошедшей через контролируемый материал относительно опорной в результате однократного прохождени  через контролируемый слой составл ет единицы или доли градусов. Кроме того, частотно-временна  нестабильность источников излучени  приводит к дополнительной погрешности измерений . Следует также отметить, что Согласно известному способу, облучение контролируемого материала осуществл етс  ортогонально пол ризованными волнами различной частоты, что не позвол ет использовать известный способ дл  контрол  анизотропных материалов, в частности, композитов на основе углеродных нитей.

Известен способ измерени  параметров диэлектрических материалов, основан Ч|

ный на облучении контролируемого материала линейно пол ризованной СВЧ-волной, разделении волны до взаимодействи  с контролируемым материалом на две ортогонально-пол ризованные составл ющие, пропускании одной из них через контролируемый материал, смешивании провзаимо- действовавшей и опорной составл ющих в одном канале и измерении эллипсометриче- ских параметров суммарной СВЧ-волны. Основным недостатком известного способа  вл етс  низка  точность при контроле композитов малой толщины. Низка  точность обусловлена тем, что согласно известному способу осуществл етс  только однократное взаимодействие и только одной пол ризованной составл ющей с контролируемым материалом. Уменьшение длины волны зондирующего излучени , хот  и приводит к увеличению чувствительности известного, метода, однако позвол ет повысить точность контрол  параметров композитов, по- скольку в этом случае существенное вли ние на результаты контрол  оказывает шероховатость поверхности композита.

Из известных способов наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ контрол  количества св зующего в композиционных материалах, заключающийс  в облучении под углом контролируемого материала линейно-пол ризованной СВЧ-волной, плоскость пол ризации которой устанавливаетс  под углом 45° к направлению углеродных нитей, одновременном приеме прошедшей и отраженной волн, изменении их плоскости пол ризации на 90° и направлени  распространени  на 180°, повторном облучении контролируемого материала, приеме обеих волн и их суммировании, измерении эллипсометрических параметров, по величине которых суд т о количестве св зующего . Основным недостатком известного способа  вл етс  низка  точность измерений, обусловленна  следующими причинами. Во-первых, вследствие того, с контролируемым материалом дважды взаимодействует как составл юща  пол ризованна  в плоскости падени , так и составл юща  пол ризованна  в плоскости перпендикул рной плоскости падени , относительный фазовый сдвиг между ними, величина которого определ етс  количеством св зующего будет всегда меньше, чем в случае однократного взаимодействи  с контролируемым материалом одной составл ющей , и многократного взаимодействи  другой составл ющей. Во-вторых, известный способ предназначен дл  контрол  количества Св зующего в однослойных

композиционных материалах на основе углеродных нитей только при односторонней пропитке или нанесении св зующего. В случае двухсторонней пропитки св зующим углеродных нитей контролируемый материал можно моделировать как однородный слой св зующего в середине которого расположены углеродные волокна. Известный способ практически не применим дл  контрол 

0 таких материалов из-за очень низкой чувствительности и точности измерений, поскольку фазовые сдвиги обеих составл ющих в этом случае практически равны, а относительный фазовый сдвиг обе5 их составл ющих близок к нулю. Поскольку на практике даже при односторонней пропитке часть св зующего неизбежно попадает на другую сторону углеродного волокна точность измерений известным способом

0 может оказатьс  недопустимо низкой, поскольку она пропорциональна разности количества св зующего по обе стороны углеродного волокна.

Цель изобретени  - повышение точно5 сти контрол  количества св зующего в ком- позиционных материалах на основе углеродных нитей.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе включающем облуче0 ни  под углом контролируемого материала линейно-пол ризованный под углом 45° к направлению углеродных нитей СВЧ-волной, одновременный прием прошедшей и отраженной волн, изменение плоско5 сти пол ризации на 90° и направлени  распространени  на 180° отраженной волны, согласно изобретению измен ют плоскость пол ризации на 90° и направление распространени  на 180° отраженной волны после

0 повторного взаимодействи  с контролируемым материалом, дополнительно облучают контролируемый материал отраженной волной , смешивают прошедшую и многократно провзаимодействовавшую волны в одном

5 канале, а о количестве св зующего суд т по величине эллиптичности суммарной волны. Сопоставительный анализ за вленного технического решени  с прототипом показывает , что за вленный способ отличаетс  от

0 известного тем, что измен ют плоскость пол ризации на 90° и направление распространени  на 180° отраженной волны после повторного взаимодействи  с контролируемым материалом, дополнительно облучают

5 контролируемый материал отраженной волной , смешивают прошедшую и многократно отраженную волны. Предлагаемый способ позвол ет повысить точность измерений по следующим причинам. Во-первых, вследствие многократного взаимодействи  только

одной составл ющей СВЧ-волны с контролируемым материалом, относительный фазовый сдвиг в за вленном техническом решении в два раза больше, чем в прототипе , что в свою очередь позвол ет приблизи- тельно в два раза увеличить точность измерений композитов в односторонней пропиткой. Во-вторых, чувствительность и точность измерений за вленным способом не зависит от разности количества св зую- щего по обе стороны от углеродного полотна , что позвол ет дополнительно увеличить точность измерений за счет регистрации св зующего с обеих сторон углеродных нитей . В-третьих, за вленный способ позвол - ет в отличие от прототипа контролировать количество св зующего в композитах с двухсторонней пропиткой.

На чертеже показана блок схема устройства , реализующего за вленный спо- соб.

Устройство содержит последовательно установленные генератор электромагнитного излучени  1, пол ризатор 2, контролируемый образец 3. первый 4 и второй 5 вращатели плоскости пол ризации на 90°, установленные по обе стороны контролируемого образца, последовательно соединенные блок измерени  эллипсометрических параметров 6 и блок обработки 7. Блок из- мерени  эллипсометрических параметров 6 установлен с обратной стороны контролируемого материала 3 таким образом, что СВЧ- волна с выхода пол ризатора 2 после прохождени  контролируемого с ло  3 по- ступает на его вход.

Способ осуществл етс  следующим образом .

Контролируемый материал облучают под углом линейно пол ризованной СВЧ- волной, плоскость пол ризации которой составл ет 45° с направлением углеродных волокон. Заданное направление плоскости пол ризации СВЧ волны, генерируемой генератором СВЧ 1, устанавливаетс  с по- мощью пол ризатора 2. При падении зондирующей волны на контролируемый материал 3 происходит разделение волны на две ортогонально-пол ризованные составл ющие , одна из которых отражаетс , а друга  проходит через контролируемый материал .

Отраженна  от углеродных нитей контролируемого материала составл юща  СВЧ-волны, пол ризованна  параллельно углеродным нит м попадает в первый вращатель 4 плоскости пол ризации на 90°.

Первый 4 и второй 5 вращатели плоскости пол ризации выполнены на основе уголковых отражателей. Во вращателе плоскости пол ризации 4 происходит изменение направлени  распространени  волны на 180° и поворот ее плоскости пол ризации на 90°. После вращател  4 СВЧ-волна повторно направл етс  на контролируемый участок образца , и вследствие того, что плоскость ее пол ризации составл ет 90° с направлением углеродных нитей, практически полностью- проходит через контролируемый материал 3 и попадает во второй вращатель 5 плоскости пол ризации на 90°. Во вращателе 5 также осуществл етс  поворот плоскости пол ризации волны на 90° и изменение направлени  ее распространени  на 180°, после чего СВЧ-волна снова направл етс  на контролируемый участок материала с обратной стороны. Поскольку плоскость пол ризации СВЧ-волны выход щей из вращател  плоскости пол ризации 5 параллельна направлени м углеродных нитей контролируемого композита, то .она практически полностью отражаетс  от контролируемого материала и поступает на вход блока измерени  эллипсометрических параметров 6. На вход блока б поступает также ортогонально-пол ризованна  составл юща  зондирующей волны прошедша  через контролируемый материал. Обе составл ющие смешиваютс  в одном канале блока измерени  эллипсометрических параметров 6, где формируетс  эллиптически пол ризованна  волна и измер етс  ее эллиптичность. Блок измерени  эллипсометрических параметров 6 выполнен по известной схеме на основе модернизированных узлов автоматического СВЧ-эллипсометра. Полученные значени  эллиптичности поступают на блок обработки 7, выполненной на основе вычислительного управл ющего устройства К1-20, в котором по известным зависимост м дл  заданных типов композитов и марки св зующего осуществл етс  расчет количества св зующего.

Использование предлагаемого способа по сравнению с существующими аналогами и прототипом обеспечивает более высокую точность измерений за счет регистрации как отраженной, так и прошедшей составл ющих СВЧ-волны, многократного взаимодействи  только одной из составл ющих с контролируемым участком материала, смешивани  многократно провзаимодейство- вавшей волны с прошедшей СВЧ-волной.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ контрол  количества св зующего в композиционных материалах на основе углеродных нитей, заключающийс  в облучении под углом контролируемого материала линейно-пол ризованной под углом 45° к направлению углеродных нитей СВЧ-вол- ной, одновременном приеме прошедшей и отраженной волн, изменение плоскости пол ризации на 90° и направлени  распространени  на 180°отраженной волны,приеме

   ее, а о количестве св зующего суд т по величине эллиптичности суммарной волны, о т- л и чающийс  тем, что, с целью повышени  точности контрол , дополнительно из . мен ют плоскость пол ризации на 90° и направление распространени  на 180° отраженной волны после поворотного взаимодействи  с контролируемым материалом, облучают ею контролируемый материал,

   суммарную волну получают суммированием прошедшей и многократно провзаимодей- ствовавшей отраженной волны.