RU2439549C2 - Устройство неразрушающего контроля детали путем анализа магнитного поля утечки - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано для контроля целостности деталей. Устройство (1) неразрушающего контроля электропроводящей детали (4), содержащее средства генерирования магнитного поля возбуждения, причем упомянутые средства генерирования интегрированы в подложку (2), выполненную с возможностью покрывания зоны поверхности упомянутой контролируемой детали, следуя форме детали, и средства измерения распределения магнитного поля утечки, излучаемого упомянутой контролируемой деталью, на которую действует упомянутое магнитное поле возбуждения, когда упомянутая подложка находится на поверхности зоны детали. Упомянутые средства измерения распределения магнитного поля наложены на упомянутые средства генерирования. Изобретение обеспечивает возможность эффективно контролировать в режиме реального времени состояние конструкций, например авиационных конструкций, в течение всего периода их использования, в частности, позволяющих производить общую диагностику состояния авиационных конструкций во время полета самолета. 25 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Объектом настоящего изобретения является устройство неразрушающего контроля детали путем анализа распределения магнитного поля утечки, излучаемого деталью, когда на нее действует магнитное поле возбуждения, содержащее средства генерирования магнитного поля возбуждения внутри контролируемой детали и средства измерения распределения магнитного поля, излучаемого деталью в ответ на поле возбуждения. Набор средств интегрирован в гибкую подложку, образуя устройство в виде гибкого покрытия, предназначенное для крепления в зоне поверхности контролируемой детали.

Настоящее изобретение находит применение для неразрушающего контроля (НК) деталей летательного аппарата, однако его можно использовать также во всех секторах промышленности, в которых важное место занимает контроль за целостностью деталей, в таких как автомобильная промышленность, железнодорожный транспорт, судостроение или ядерная энергетика.

В рамках эксплуатации и технического обслуживания летательных аппаратов необходимо использовать способы контроля, которые позволяют определять наличие повреждений конструкций в виде крупных или мелких трещин, не повреждая при этом деталей, составляющих конструкции. Используемые технологии объединены под общим названием неразрушающего контроля (НК). Существует много способов НК, которые постоянно усовершенствуются, поскольку соответствующие секторы промышленности требуют повышения эффективности этих технологий НК. Секторы воздушного транспорта и гражданского строительства постоянно требуют применения все более эффективных способов НК, чтобы одновременно обеспечивать повышение безопасности и экономию затрат.

Для неферромагнитной и проводящей детали известны технологии контроля, основанные на токах Фуко. Принцип этих технологий основан на использовании магнитного поля возбуждения, которое наводит токи Фуко в контролируемой детали. Циркуляция этих наведенных токов в детали меняется в присутствии дефектов, трещин или коррозии. Это изменение распределения токов Фуко влияет на распределение поверхностного магнитного поля детали, генерируемого токами Фуко. Это распределение обычно измеряют с использованием эффекта индукции. Данные о дефектах получают на основании измерений распределения магнитного поля.

Известны также более современные технологии, основанные на комбинации магнитного поля возбуждения с магнитно-оптическим устройством формирования изображений. Магнитно-оптическое устройство формирования изображений, содержащее магнитный материал, позволяет измерять генерируемый эффект вращения Фарадея, пропорциональный намагничиванию магнитного материала в присутствии распределения магнитного поля, излучаемого деталью.

Все эти средства контроля требуют, чтобы летательный аппарат неподвижно стоял на земле, чтобы производить осмотр чувствительных зон самолета при помощи контрольного прибора. Это требует относительно длительного времени контроля и наличия квалифицированного оператора, что, следовательно, приводит к относительному удорожанию технического обслуживания.

Насколько известно автору настоящего устройства, на сегодняшний день не существует эффективных средств, позволяющих контролировать в режиме реального времени состояние конструкций, например авиационных конструкций, в течение всего периода их использования, в частности, позволяющих производить общую диагностику состояния авиационных конструкций во время полета самолета.

Настоящее изобретение призвано предложить устройство, предназначенное для такого контроля в режиме реального времени, которое позволяет отслеживать структурное состояние детали в течение всего периода ее использования при помощи локальных измерений конфигурации магнитного поля утечки, излучаемого упомянутой деталью в ответ на поле возбуждения.

Чтобы реализовать такое устройство, необходимо решить следующие задачи:

- располагать средством неразрушающего контроля, выполненным с возможностью легкого крепления на поверхности контролируемых конструкций, независимо от того, являются ли они легко доступными или нет, одновременно имеющим массу и габариты, которыми можно пренебречь, и требующим лишь незначительной электрической мощности для своей работы,

- располагать средством контроля, выполненным с возможностью стационарного размещения на контролируемых конструкциях во время их использования для осуществления диагностического обслуживания путем максимально раннего детектирования дефектов, что позволяет производить менее затратный ремонт и обеспечивать максимальную надежность конструкций,

- располагать средством контроля, которое обеспечивает автоматическое управление операциями контроля и выдает полную диагностику состояния конструкций, чтобы максимально сократить работу оператора и снизить стоимость обслуживания.

В этой связи объектом изобретения является устройство неразрушающего контроля детали в режиме реального времени. Согласно изобретению упомянутое устройство содержит средства генерирования магнитного поля возбуждения внутри детали, при этом упомянутые средства генерирования интегрированы в подложку, при этом упомянутая подложка предназначена для покрывания поверхности упомянутой контролируемой детали, и средства измерения распределения магнитного поля, излучаемого упомянутой деталью в ответ на поле возбуждения, при этом упомянутые средства измерения наложены на упомянутые средства генерирования поля возбуждения.

Предпочтительно упомянутая подложка является гибкой подложкой, которая повторяет форму детали.

Предпочтительно упомянутые средства измерения имеют чувствительность, достаточную для определения аномалий в распределении магнитного поля, способного выявить присутствие дефектов в детали.

Согласно изобретению средства генерирования упомянутого магнитного поля возбуждения содержат сеть микрокатушек, при этом через каждую из упомянутых микрокатушек проходит переменный ток для генерирования упомянутого магнитного поля возбуждения.

В другом варианте выполнения изобретения средства генерирования упомянутого магнитного поля возбуждения содержат сеть микромагнитов.

В одном варианте выполнения упомянутых средств измерения они содержат мембрану из жидких кристаллов, чувствительных к магнитному полю, и сеть оптоэлектронных микродатчиков, наложенную на упомянутую жидкокристаллическую мембрану. Каждый оптоэлектронный микродатчик содержит светочувствительный элемент для преобразования принимаемого светового излучения в электрические заряды, при этом упомянутый элемент соединяют с устройством переноса зарядов для сбора электрических зарядов.

В другом варианте выполнения упомянутых средств измерения они содержат сеть магниторезистивных микродатчиков для непосредственного измерения упомянутого распределения магнитного поля, излучаемого упомянутой деталью.

Согласно частному варианту выполнения изобретения упомянутые сети сгруппированы в матрицу линии-столбцы.

Устройство дополнительно содержит интерфейсную электронику, соединяющую упомянутые средства измерения с записывающим запоминающим устройством. Интерфейсная электроника и запоминающее устройство интегрируют в гибкую подложку таким образом, чтобы предпочтительно получить монолитное устройство контроля.

Предпочтительно устройство контроля содержит вычислительную систему, такую как микропроцессор, для автоматического определения данных по дефектам, таких как размер, местонахождение и характер дефектов, на основании распределения магнитного поля, излучаемого контролируемой деталью.

Согласно варианту выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением упомянутая вычислительная система не интегрирована в гибкую подложку, и упомянутое устройство контроля содержит средства передачи для направления электрических сигналов, записанных в записывающем запоминающем устройстве, в упомянутую вычислительную систему при помощи проводной связи, беспроводной связи, радиосвязи или инфракрасной связи.

Согласно другому варианту выполнения упомянутая вычислительная система интегрирована в упомянутую гибкую подложку и соединена между упомянутой интерфейсной электроникой и упомянутым записывающим запоминающим устройством.

Согласно изобретению вычислительная система содержит запоминающее устройство, содержащее, по меньшей мере, одну картографию распределения контрольного магнитного поля детали или деталей, средства вычисления, преобразующие электрический сигнал, принятый упомянутой вычислительной системой, в сигнал, характеризующий распределение магнитного поля утечки, измеренного микродатчиками, и средства анализа упомянутого распределения магнитного поля по отношению к распределению контрольного магнитного поля.

Средства анализа содержат средства сравнительного анализа между распределением измеренного магнитного поля утечки и распределением контрольного магнитного поля. Предпочтительно упомянутые средства сравнительного анализа содержат средства генерирования сигнала состояния S и данных, относящихся к дефектам, присутствующим в детали.

Предпочтительно упомянутый сигнал состояния S и упомянутые данные либо передаются упомянутой вычислительной системой в средства тревожной сигнализации, либо записываются в упомянутое записывающее запоминающее устройство, соединенное с упомянутой вычислительной системой, затем передаются в средства тревожной сигнализации при помощи проводной, беспроводной, радио- или инфракрасной связи.

Средства тревожной сигнализации содержат, например, средства отображения и световые или звуковые индикаторы.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - схематичный вид сбоку в разрезе устройства контроля согласно варианту выполнения изобретения, содержащего сеть микрокатушек для генерирования магнитного поля возбуждения, жидкокристаллическую мембрану и сеть оптоэлектронных микродатчиков, при этом устройство покрывает поверхность контролируемой детали и покрыто слоем краски.

Фиг.2 - схематичный вид сверху микрокатушки согласно варианту выполнения.

Фиг.3 - схематичный вид сбоку в разрезе устройства контроля согласно другому варианту выполнения изобретения, содержащего сеть микрокатушек, сеть магнитных микродатчиков на основе магниторезисторов, при этом устройство покрывает поверхность контролируемой детали и покрыто слоем краски.

Фиг.4А и 4В - два схематичных вида, иллюстрирующих принцип работы GMR-элемента (с гигантским магниторезистором) при нулевом поле и при магнитном поле.

Фиг.5 - схематичный вид сверху устройства контроля согласно варианту выполнения.

Фиг.6 - схематичный вид устройства контроля, показанного на фиг.5, в рабочем положении передачи электрического сигнала в удаленную вычислительную систему.

Фиг.7 - схематичный вид сети устройств контроля, расположенных на поверхности деталей самолета на земле в положении передачи сигналов, записанных во время полета самолета.

Когда деталь подвергается сильным механическим напряжениям, иногда действующим циклично, по истечении некоторого времени в детали появляются трещины. Когда на деталь действует магнитное поле возбуждения, наличие этих трещин приводит к образованию магнитных барьеров, которые влияют на распределение магнитного поля, излучаемого деталью в ответ на магнитное поле возбуждения. Разработав картографию этого распределения магнитного поля, излучаемого деталью, и используя соответствующие средства анализа, можно получить данные о дефектах, присутствующих в детали, на основании картографии распределения магнитного поля.

В случае неферромагнитной и электропроводящей детали магнитное поле возбуждения наводит в детали циркуляцию токов Фуко. Токи Фуко, появляющиеся внутри детали, генерируют, в свою очередь, магнитное поле утечки, излучаемое вокруг детали. Характеристики этих токов тесно связаны с характеристиками детали, такими как ее форма и проводимость. Эти токи могут изменяться при наличии структурных дефектов, трещин или коррозии. Изменение распределения токов Фуко влияет в этом случае на распределение магнитного поля, излучаемого контролируемой деталью. Установив точную картографию распределения магнитного поля, излучаемого деталью, можно определить место расположения дефектов и трещин.

В случае ферромагнитной детали, которая имеет структуру с магнитными областями разного направления намагничивания, магнитное поле возбуждения непосредственно переориентирует намагничивание каждой области и, следовательно, изменяет конфигурацию детали по магнитным областям. Новая конфигурация по магнитным областям испытывает возмущение от возможного присутствия дефектов, трещин или коррозии, установив магнитную картографию ферромагнитных дефектов и трещин.

На фиг.1 и 3 показаны два варианта выполнения устройства неразрушающего контроля детали путем анализа распределения магнитного поля. Оно содержит средства генерирования магнитного поля возбуждения внутри детали и средства измерения, выполненные с возможностью определения распределения магнитного поля утечки, излучаемого деталью, при этом средства измерения наложены на средства генерирования. Средства генерирования интегрированы в подложку 2, закрепленную в зоне поверхности контролируемой детали.

Предпочтительно эта подложка 2 является гибкой подложкой, выполненной, например, из пластического материала, позволяющего закрепить устройство 1 контроля на поверхности контролируемой детали, повторяя форму детали. Это крепление осуществляют при помощи адгезивного материала. Предпочтительно адгезивный материал выбирают таким образом, чтобы он позволял легко снимать устройства с контролируемой детали, что позволяет легко заменить устройство в случае его повреждения.

Предпочтительно это устройство имеет ограниченный размер, чтобы его можно было закрепить в критической зоне детали, где могут появиться трещины. На самолете устройство можно расположить в зонах, которые считаются критическими и находятся, например, на уровне элементов узлов подвески, на уровне элементов соединения панелей и зон с высокой концентрацией напряжений.

Предпочтительно устройство 1 контроля выполнено с возможностью нанесения на него поверхностного слоя 8, который может быть, например, слоем краски, нанесенным на устройство 1 контроля.

Неограничительный пример выполнения средств генерирования магнитного поля описан со ссылками на фиг.1 и 2. В этом примере средства генерирования магнитного поля возбуждения содержат сеть микрокатушек 6, генерирующих магнитное поле возбуждения, которое может проникать внутрь контролируемой детали 4.

В другом примере выполнения средств генерирования магнитного поля возбуждения они содержат сеть микромагнитов, намагничивание которых поддерживается электроникой, находящейся, например, на периферии 10 подложки.

Предпочтительно средства генерирования магнитного поля отделены от средств измерения, и в этом случае средства генерирования магнитного поля содержат только одну микрокатушку, предназначенную для генерирования магнитного поля, которое может проникать внутрь детали 4.

В частном варианте выполнения настоящего изобретения сеть микрокатушек сгруппирована в матрицу линии-столбцы. Через каждую микрокатушку проходит переменный ток. Микрокатушки выполняют, например, при помощи способа микролитографии, содержащего этап фотолитографии для получения формы из смолы для микрокатушек и второй этап электролитического нанесения металла, который является, например, медью. После этого смолу удаляют при помощи растворителя. В рамках изобретения основа, на которой выполняют микрокатушки, является гибкой основой из пластического материала, повторяющего форму поверхности детали, на которой размещают устройство 1 контроля, чтобы иметь возможность использовать его для деталей разной формы.

Со ссылками на фиг.2 описан пример частного варианта микрокатушки 6, содержащей обмотку из трех планарных прямоугольных витков. Размер каждого витка составляет порядка нескольких десятков микрон, а размер микрокатушки составляет порядка нескольких сотен микрон. Размеры каждого витка определяют таким образом, чтобы концентрировать ток в витке при площади сечения меди, обеспечивающей эффективное сцепление с основой и тепловое рассеяние. Локальное магнитное поле, создаваемое этими микрокатушками, может проникать внутрь контролируемой детали.

На фиг.1 показан вариант выполнения средств измерения распределения магнитного поля, генерируемого либо токами Фуко, созданными внутри контролируемой детали, либо непосредственно магнитными областями контролируемой ферромагнитной детали, содержащих жидкокристаллическую мембрану 7, наложенную на сеть микрокатушек 6. Жидкие кристаллы являются чувствительными к магнитной полю и могут принимать направление в зависимости от интенсивности и от направления поля. Жидкокристаллическую мембрану помещают, например, между двумя пластическими подложками. Структура этих жидких кристаллов меняется в зависимости от направления и интенсивности магнитного поля утечки, генерируемого токами Фуко внутри детали, что выражается в изменении спектрального состава волн, отражаемых различными плоскостями жидких кристаллов, и приводит, следовательно, к изменению поверхностной окраски жидкокристаллической мембраны 7. Таким образом, распределение магнитного поля, излучаемого деталью, отображается жидкокристаллической мембраной в виде светового спектра, селективно излучаемого упомянутыми плоскостями жидких кристаллов.

Чтобы обнаружить это изменение окраски в зависимости от магнитного поля, на эту жидкокристаллическую мембрану 7 накладывают сеть оптоэлектронных микродатчиков 3. Каждый оптоэлектронный микродатчик выполнен с возможностью преобразования светового излучения, испускаемого жидкокристаллической мембраной, в электрические заряды при помощи светочувствительного элемента, который преобразует световую энергию в электрические заряды. Каждый элемент соединен с устройством переноса зарядов, предназначенным для удаления электрических зарядов. Светочувствительный элемент генерирует электрический сигнал, характеризующий световую энергию.

Предпочтительно световые волны, падающие на поверхность мембраны, поступают от светового источника, интегрированного в каждый оптоэлектронный микродатчик 3.

В частном варианте выполнения изобретения средства измерения распределения магнитного поля содержат только сеть микродатчиков, выполняющую одновременно роль датчика, обеспечивающего функцию жидкокристаллической мембраны, излучателя и приемника. Микродатчики выполнены с возможностью хранения информации, характеризующей распределение магнитного поля, и ее передачи по команде в результате цикличного запроса или ее автоматической передачи, если информация показывает значения, превышающие определенный порог.

На фиг.3 показан другой вариант выполнения средств измерения, содержащих сеть магниторезистивных микродатчиков 9 для непосредственного измерения распределения магнитного поля, генерируемого либо токами Фуко, либо магнитными областями контролируемой детали. Принцип работы магниторезистивных микродатчиков основан на изменении электрического сопротивления магнитного материала в зависимости от направления прикладываемого магнитного поля. Предпочтительно магниторезистивные микродатчики являются микродатчиками с эффектом GMR (гигантского магниторезистора), характеризующимися большим изменением электрического сопротивления по сравнению с электрическим сопротивлением нулевого поля. Как правило, это электрическое изменение составляет порядка 16%.

В частном варианте выполнения микродатчиков с эффектом GMR каждый микродатчик с эффектом GMR представляет собой мост Уитстона из четырех магниторезисторов GMR. Когда мост находится в состоянии равновесия, выходное напряжение моста является нулевым. Под действием неоднородного магнитного поля происходит разбалансировка моста, вследствие чего появляется выходное напряжение, пропорциональное изменению магнитного поля. На фиг.4А и 4В показаны соответственно магниторезистор, содержащий наслоение ферромагнитных слоев 16 и немагнитных слоев 17 толщиной в несколько нанометров соответственно при нулевом поле и в присутствии прикладываемого магнитного поля. При нулевом поле показанное стрелками намагничивание ферромагнитных слоев 16 по обе стороны от неферромагнитного слоя 17 имеет противоположные направления. Прохождение электрона перпендикулярно через слои затруднено и наводит повышенное сопротивление R₀. Под действием прикладываемого поля намагничивание принимает направление, параллельное прикладываемому полю, и в этой конфигурации прохождение электронов облегчается, что приводит к снижению сопротивления R₁.

Магниторезисторы выполняют, например, при помощи способа микролитографии в пакете ферромагнитных и немагнитных слоев, содержащего этап фотолитографии и этап гравировки для получения сети магниторезистивных столбиков.

На фиг.5 схематично показан вид сверху устройства контроля согласно описанным выше вариантам выполнения. Согласно частному варианту выполнения изобретения устройство имеет по существу прямоугольную форму и содержит в данном случае, например, в качестве иллюстрации, сеть из 56 оптоэлектронных микродатчиков 3 или магниторезистивных микродатчиков 9, сгруппированных в матрицу линий и столбцов. Кроме того, устройство содержит интерфейсную электронику 10, соединяющую сеть микродатчиков 3, 9 с записывающим запоминающим устройством 11. Электроника 10 и запоминающее устройство 11 тоже интегрированы в гибкую подложку 2 таким образом, чтобы при этом можно было предпочтительно получить монолитное устройство контроля.

Данные в виде электрического сигнала, характеризующие локальное магнитное поле, измеренное микродатчиками 3, 9, передаются на интерфейсную электронику 10, которая содержит, например, усилитель для повышения мощности сигнала, чтобы улучшить отношение сигнала к помехе, а также аналого-цифровой преобразователь для преобразования принятого аналогового электрического сигнала в цифровой сигнал. Электрическим сигналом на выходе интерфейсной электроники может быть сила тока или напряжение.

После этого усиленный электрический сигнал направляется в записывающее запоминающее устройство 11. Интерфейсная электроника 10 расположена на конце линий микродатчиков в варианте выполнения устройства, показанном на фиг.5. В другом варианте выполнения интерфейсная электроника 10 может быть расположена на конце столбцов микродатчиков.

Организация микродатчиков в виде матрицы линий и столбцов позволяет получить картографию распределения магнитного поля таким образом, чтобы дефект детали можно было определить на поверхности детали.

Для точного определения места расположения дефектов шаг между микродатчиками устанавливают в значении, меньшем минимальных размеров детектируемых дефектов, таким образом, чтобы можно было выделить положение дефектов и чтобы в случае локального повреждения сети микродатчиков микродатчики, находящиеся вокруг поврежденной зоны сети, могли позволять отслеживать зоны, максимально близкие к дефекту, который может появиться в отслеживаемой зоне.

В частном варианте выполнения изобретения режим передачи электрических сигналов от микродатчиков 3, 9 на интерфейсную электронику 10 является режимом межлинейной передачи. Над каждой линией микродатчиков расположена линия 18 накопления. Сигнал временно сохраняется в этой линии 18 накопления. Содержимое линий накопления передается затем на интерфейсную электронику 10 в параллельном режиме. Затем электрические сигналы последовательно направляются в записывающее запоминающее устройство 11.

В варианте режима передачи электрических сигналов происходит обращение непосредственно к каждому микродатчику для передачи электрических сигналов на интерфейсную электронику 10.

Для автоматической обработки электрического сигнала, измеренного микродатчиками, устройство контроля дополнительно содержит вычислительную систему 13 для преобразования электрического сигнала в сигнал, характеризующий магнитное поле утечки, излучаемое деталью, и для определения распределения магнитного поля. Вычислительная система является, например, микропроцессорной системой.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения, показанном на фиг.6, вычислительная система не интегрирована в гибкую подложку 2, и устройство содержит средства 12 передачи для направления электрического сигнала, записанного в запоминающем устройстве 11, в вычислительную систему 13 с использованием беспроводной, радио- или инфракрасной связи. Эти средства передачи содержат, например, приемоответчик, интегрированный в гибкую подложку, который предпочтительно работает на фиксированной частоте, при этом упомянутую частоту выбирают таким образом, чтобы передача электрического сигнала, характеризующего распределение магнитного поля утечки детали, не мешала передаче других данных другими устройствами, отличными от устройства 1 контроля.

Средства 12 передачи для направления электрического сигнала, записанного в запоминающем устройстве 11, в вычислительную систему 13 могут также использовать проводную связь.

Электрический сигнал, приняты вычислительной системой 13, преобразуется в сигнал, характеризующий магнитное поле утечки детали, при помощи средств вычисления, которые содержат соответствующую теоретическую модель, связывающую магнитное поле с электрическим сигналом. Эти средства вычисления генерируют картографии, которые могут быть картографиями амплитуды и картографией спектральной характеристики магнитного поля. Эти данные, характеризующие распределение магнитного поля, излучаемого деталью, направляются затем в средства анализа.

Средства анализа содержат средства сравнительного анализа для осуществления сравнительного исследования по амплитуде между распределением магнитного поля, измеренного сетью микродатчиков, и контрольным распределением. Предпочтительно эти средства сравнительного анализа позволяют получить картографию распределения изменения магнитного поля утечки детали. Для этого вычислительная система содержит запоминающее устройство, в котором записана база данных картографий распределения контрольного магнитного поля детали. Эти контрольные картографии образуют заранее определенную модель сравнения относительно поведения зоны, покрываемой устройством контроля. Эти контрольные картографии могут быть заранее определены на контрольной детали. Под контрольной деталью следует понимать деталь, которая изначально не содержит дефектов, например деталь на выходе с производственной линии, прошедшая все этапы контроля качества. Их можно также заранее определить моделированием. В этом варианте выполнения вычислительная система предпочтительно является портативной системой. Когда средства анализа осуществляют сравнение по амплитуде между распределением контрольного магнитного поля и распределением магнитного поля, измеренного микродатчиками, если определенное дифференциальное значение между контрольным полем и измеренным полем превышает пороговое значение, средства анализа генерируют сигнал состояния S.

Предпочтительно средства анализа содержат средства спектрального анализа, которые определяют спектральную характеристику магнитного поля утечки, измеренного микродатчиками, для определения данных, связанных с дефектами, присутствующими в детали. В частности, спектральный анализ позволяет определить характер дефекта и его размер.

В рамках контроля конструкций в режиме реального времени устройство контроля можно, например, запрограммировать таким образом, чтобы активировать его, когда самолет уже не находится на земле, и оно после этого осуществляет измерения через равномерные промежутки времени, например каждые 5 минут в течение определенного периода, чтобы получать измерения в зависимости от времени. Таким образом, устройство контроля позволяет получить картографию наблюдаемой зоны в зависимости от времени, чтобы установить изменение распределения магнитного поля.

Сигнал состояния, а также все данные, связанные с дефектами, такие как характер дефектов, размер дефектов и местонахождение дефектов, передаются вычислительной системой в средства 14 тревожной сигнализации, которые содержат, например, экран 22 для отображения данных и световые и/или звуковые индикаторы 20 для оповещения оператора, занимающегося обслуживанием.

Передачу электрических сигналов, записанных в запоминающем устройстве 12, в вычислительную систему можно запрограммировать таким образом, чтобы она производилась автоматически, например в конце полета самолета. Эта передача может быть также активирована в ручном режиме оператором путем запроса устройства контроля во время осмотра самолета.

В другом варианте выполнения изобретения вычислительная система 13 интегрирована непосредственно в гибкую подложку 2 и соединена между интерфейсной электроникой 10 и записывающим запоминающим устройством 11. В этом варианте выполнения вычислительная система 13 напрямую принимает электрический сигнал от интерфейсной электроники 10 и направляет только сигнал состояния и данные о дефектах только в записывающее запоминающее устройство 12. Во время технического осмотра, запрашивая устройство, оператор переправляет сигнал состояния и данные, записанные в запоминающем устройстве устройства контроля, в средства 14 тревожной сигнализации, используя проводную, беспроводную, радио- или инфракрасную связь.

На фиг.7 схематично показана сеть устройств 1 контроля, размещенных на поверхности конструкций самолета 15. Самолет находится на земле, и сеть устройств 1 контроля находится в положении передачи сигналов, записанных во время полета самолета, в вычислительную систему 13, которая соединена со средствами 14 тревожной сигнализации, содержащими в данном случае, например, компьютер с экраном 22 отображения и звуковыми индикаторами 20.

Все электронные компоненты, интегрированные в гибкую подложку, выполнены по технологии микроскопического изготовления на твердой основе, транспонированной в данном случае на гибкую основу, такую как пластическая основа. Однако температура, используемая по время процесса микроскопического изготовления, может разрушить пластическую основу. Согласно одному из предлагаемых в настоящее время решений сначала выполняют компоненты на твердой основе, нанесенной на стекло. Твердую основу выполняют, например, из кремния, глинозема, Al₂O₃. Другой слой стекла, выполняющий функцию защиты, крепят на компонентах при помощи растворимого адгезива, после чего твердую основу извлекают из наслоения путем лазерной абляции. Затем компоненты накладывают на пластическую основу и крепят на ней при помощи постоянного адгезива, а защитное стекло удаляют.

В примере выполнения изобретения устройство контроля выполняют в виде тонкой пленки, которая имеет толщину порядка 50 мкм и поверхность со сторонами порядка 10×10 см, в которую интегрируют микродатчики размером порядка сотни микрон и с шагом порядка десятка микрон.

Изобретение представлено в рамках контроля деталей летательных аппаратов, однако его можно применять во всех промышленных секторах, где необходимо контролировать целостность работающих деталей, например, в областях, таких как автомобильная промышленность, железнодорожный транспорт, судостроение или ядерная энергетика.

Claims (26)

1. Устройство (1) неразрушающего контроля электропроводящей детали (4), содержащее средства генерирования магнитного поля возбуждения, причем упомянутые средства генерирования интегрированы в подложку (2), выполненную с возможностью покрывания зоны поверхности упомянутой контролируемой детали, следуя форме детали, и
средства измерения распределения магнитного поля утечки, излучаемого упомянутой контролируемой деталью, на которую действует упомянутое магнитное поле возбуждения, когда упомянутая подложка находится на поверхности зоны детали, отличающееся тем, что упомянутые средства измерения распределения магнитного поля наложены на упомянутые средства генерирования.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые средства измерения содержат набор микродатчиков, выполненных с возможностью генерирования картографии распределения магнитного поля утечки на поверхности упомянутой детали.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что размеры и расположение микродатчиков определяют таким образом, чтобы они могли обнаруживать изменения распределения магнитного поля утечки, вызванные присутствием дефекта, имеющего наименьшие размеры, детектирование которого добиваются.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что упомянутые средства генерирования упомянутого магнитного поля возбуждения содержат сеть микрокатушек (6), при этом через каждую из упомянутых микрокатушек проходит переменный ток для генерирования упомянутого магнитного поля возбуждения.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что упомянутые средства генерирования упомянутого магнитного поля возбуждения содержат сеть микромагнитов.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упомянутые средства измерения содержат мембрану (7) из жидких кристаллов, чувствительных к магнитному полю, и сеть оптоэлектронных микродатчиков (3), наложенную на упомянутую жидкокристаллическую мембрану (7).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что каждый оптоэлектронный микродатчик (3) содержит светочувствительный элемент для преобразования принимаемого светового излучения в электрические заряды, при этом упомянутый элемент соединен с устройством переноса зарядов для сбора электрических зарядов.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упомянутые средства измерения содержат сеть магниторезистивных микродатчиков (9) для непосредственного измерения упомянутого распределения магнитного поля утечки, излучаемого упомянутой деталью.

9. Устройство по одному из пп.4-8, отличающееся тем, что упомянутые сети сгруппированы в матрицу линий и столбцов.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит интерфейсную электронику (10), соединяющую упомянутые средства измерения с записывающим запоминающим устройством (11), упомянутая интерфейсная электроника и упомянутое запоминающее устройство интегрированы в упомянутую гибкую подложку (2) таким образом, чтобы получить монолитное устройство контроля.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упомянутая интерфейсная электроника (10) расположена на конце линий оптоэлектронных микродатчиков или магниторезистивных микродатчиков.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упомянутая интерфейсная электроника (10) расположена на конце столбцов оптоэлектронных микродатчиков или магниторезистивных микродатчиков.

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упомянутое устройство (1) контроля содержит вычислительную систему (13), такую как микропроцессорная система.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что упомянутая вычислительная система (13) не интегрирована в гибкую подложку (2), упомянутое устройство контроля содержит средства передачи для направления электрических сигналов, записанных в запоминающем устройстве (11), в упомянутую вычислительную систему (13) при помощи проводной связи, беспроводной связи, радиосвязи или инфракрасной связи.

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что упомянутая вычислительная система (13) интегрирована в упомянутую гибкую подложку (2) и соединена между упомянутой интерфейсной электроникой (10) и упомянутым записывающим запоминающим устройством (11).

16. Устройство по п.14 или 15, отличающееся тем, что упомянутая вычислительная система (13) содержит запоминающее устройство, содержащее, по меньшей мере, одну картографию распределения контрольного магнитного поля детали или деталей, средства вычисления, преобразующие электрические сигналы, принятые упомянутой вычислительной системой, в распределение магнитного поля утечки, и средства анализа упомянутого распределения магнитного поля, измеренного микродатчиками, по отношению к распределению контрольного магнитного поля.

17. Устройство контроля по п.16, отличающееся тем, что упомянутую, по меньшей мере, одну картографию распределения контрольного магнитного поля определяют заранее на контрольной детали.

18. Устройство контроля по п.16, отличающееся тем, что упомянутую, по меньшей мере, одну картографию распределения контрольного магнитного поля определяют заранее путем моделирования.

19. Устройство контроля по п.16, отличающееся тем, что упомянутые средства анализа содержат средства сравнительного анализа между распределением измеренного магнитного поля и распределением контрольного магнитного поля.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что упомянутые средства сравнительного анализа содержат средства генерирования сигнала состояния S и данных, связанных с дефектами, присутствующими в детали.

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что упомянутый сигнал состояния S и упомянутые данные передаются упомянутой вычислительной системой в средства (14) тревожной сигнализации.

22. Устройство по п.20, отличающееся тем, что упомянутый сигнал состояния S и упомянутые данные записываются в упомянутое записывающее запоминающее устройство (11), соединенное с упомянутой вычислительной системой (13), затем передаются в средства (14) тревожной сигнализации при помощи проводной связи, беспроводной связи, радиосвязи или инфракрасной связи.

23. Устройство контроля по п.21 или 22, отличающееся тем, что упомянутые средства (14) тревожной сигнализации содержат средства (22) отображения и световые или звуковые индикаторы (20).

24. Устройство контроля по по одному из пп.6-8, отличающееся тем, что упомянутые магниторезистивные микродатчики (9) или оптоэлектронные микродатчики (3) имеют размер порядка сотни микрон.

25. Устройство контроля по п.1, отличающееся тем, что толщина упомянутого устройства (1) контроля меньше или равна 50 мкм.

26. Устройство контроля по п.1, отличающееся тем, что упомянутую гибкую подложку (2) устройства (1) контроля крепят на поверхности контролируемой детали (4) при помощи адгезивного материала.

Images