SU1126861A1

SU1126861A1 - Method of locating and measuring length of crack in thin-walled metal structures

Info

Publication number: SU1126861A1
Application number: SU823481942A
Authority: SU
Inventors: Сергей Владимирович Гагин; Владимир Викторович Минич; Юрий Владимирович Перевощиков
Original assignee: Новосибирский электротехнический институт
Priority date: 1982-08-06
Filing date: 1982-08-06
Publication date: 1984-11-30

Abstract

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕ- . РЕНИЯ ДЛИНЫ ТРЕЩИНЫ В ТОНКОСТЕНШЛХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЯХ, заключающийс в том, что вдоль поверхности конструкции располагают индуктор в виде линии с распределенными посто нными, возбуждают на поверхности конструкции индуктором токи сверхвысокой частоты, отличающийс тем, что, с целью повышени чувствительности, в рабочей зоне возбуждают бегущую волну продольного тока сверхвысокой частоты , вдоль границы рабочей зоны параллельно индуктору располагают приемную линию с распределенными посто нными , а по вление трещины и ее величину определ ют по изменению мощности сигнала в приемной линии. скDETECTION AND MEASUREMENT. Rhenium crack length in TONKOSTENSHLH metal structures, comprising the steps that along the surface of the structure a inductor in the form of a line with distributed constant excite surface structure inductor currents ultrahigh frequency, characterized in that, in order to increase sensitivity in the working zone excite running the wave of the longitudinal current of ultrahigh frequency, along the border of the working zone parallel to the inductor have a receiving line with distributed constants, and the appearance of a crack and its elichinu determined by a change in signal power in the reception line. ck

Description

Изобретение относитс к контролю прочности тонкостенных металлических конструкций и может быть использовано дл обнаружени н измерени длины трещин в металлических оболочкарс летательных аппаратов при наземных и летных испытани х Известен способ измерени длины трещины, заключающийс в TOIM, что накладной токовихревой преобразователь (индуктор , выполненный в виде катушки, размещают на поверхности конструкции вблизи концетратора механических напр жений, В поверхности им возбуждают вихревые токи. Возникновение трещины и ее размер определ ют в момент приложени максимальной нагрузки по сигналу преобразовател (индуктора), реагирующего на изменение сопротивлени поверхности вихревому току С 3 Однако известный способ позвол ет контролировать только участок поверх ности небольшой прот женности, наход щийс непосредственно под торцом катушки или требует перемещени индуктора , что занимает много времени и кроме того, это не всегда можно ос ществить. .Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс способ обнаружени и измерени длины трещины в тонкостенных металлических конструкци х, заключающийс в том, что вдоль поверхности конструкции располагают индуктор в виде линии с распределенными посто нными и на поверхности конструкции возбуждают индуктором токи сверхвысокой частоты . Согласно известному способу возбуждают сто чую волну СВЧ тока и о дефекте (трещине ) суд т по напр жению высокой частоты, снимаемому при взаимодействии дефектного участка на поверхности издели с пучностью электромаЛитного пол .21 , Известный способ позвол ет контролировать участок поверхности большой прот женности, однако обладает недостаточной чувствительностью, поскольку не позвол ет регистрировать мощность сигнала относительно нулевого начального уровн и, следовательно , регистрировать очень слабые сигналы. Целью изобретени вл етс повышение чувствительности контрол . Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу обнаружени и.измерени длины трещины в тонкостенных металлических конструкци х , заключающемус в том, что вдоль поверхности конструкции располагают индуктор в виде линии с распределенными посто нными, возбуждают на поверхности конструкции индуктором токи сверхвысокой частоты, в рабочей зоне возбуждают бегущую волну продольного тока сверхвысокой частоты , вдоль границы рабочей зоны параллельно индуктору располагают приемную линию с распреде,пенными посто н- . ными, а по вление трещины и ее величину определ ют по изменению мощности сигналу в приемной линии. На чертеже представлена структурна схема устройства дл реализ ции предлагаемого способа. Устройство дл реализации способа обнаружени и измерени длины трещины в тонкостенных металлических конструкци х содержит индуктор 1 в виде линии с распределенными посто нными , приемную линию 2 с распределенными посто нньсми, генератор 3 сверхвысоких частот, измерительное устройство А, согласованные, нагрузки 5 и 6. Индуктор I подключен одним своим концом к генератору 3 сверхвысоких частот, а другим - к согласованной нагрузке 5. Приемна лини 2 включена между согласованной нагрузкой 6 и измерительным устройством 4, настроенными на частоту генератора 3. Способ осуществл етс следующим образом. Индуктор 1 в виде динии с распределенными посто нными располагают вдоль поверхности конструкции в местах концентрации механических напр жений . От генератора 3 сверхвысоких частот в индукторе 1 возбуждаетс квазипоперечиа волна мощности Р. .Согласованна нагрузка .5 обеспечивает в индукторе 1 режим бегущей волны . Электромагнитное поле этой волны возбуждает в контролируемой поверхности бегущую волну продольного тока. Указанный ток- сосредоточен в рабочей зоне в узкой зоне поверхности , ширина которой меньше минимальной длины трещины, подлежащей регистрации . Это условие обеспечиваетс тем, что толщина изол ции проводника от поверхности много меньше длины волны электромагнитных колебаний. и относительна электрическа посто нна значительно больше 1,The invention relates to the control of the strength of thin-walled metal structures and can be used to detect and measure the length of cracks in the metallic shells of aircraft during ground and flight tests. There is a method of measuring the length of the crack, which consists in TOIM, which is an involuted coil current transformer , are placed on the surface of the structure near the concentrator of mechanical stresses, In the surface they are excited by eddy currents. The appearance of a crack and its size at the moment of application of the maximum load, the signal of a converter (inductor) that reacts to a change in surface resistance to C 3 eddy current is determined. However, the known method allows to control only a portion of the surface of a small extent located directly under the end of the coil or requires the inductor to move, a lot of time and besides, it is not always possible to realize. The closest in technical essence to the invention is the method of detecting and measuring the crack length in thin-walled metal structures, which consist in the fact that the inductor is arranged in the form of a line with distributed constants along the surface of the structure and induces ultrahigh-frequency currents on the surface of the structure. According to a known method, a standing microwave wave is excited and a defect (crack) is judged by the high frequency voltage removed when the defective area interacts on the surface of the product with the antinode of the electrolyte field .21 The known method allows to control a portion of the surface of a large extent, however It has insufficient sensitivity, since it does not allow recording the signal power relative to the zero initial level and, therefore, recording very weak signals. The aim of the invention is to increase the sensitivity of the control. The goal is achieved by the method of detecting and measuring the crack length in thin-walled metal structures, which consists in the fact that the inductor is arranged along the surface of the structure in the form of a line with distributed constants, excite superhigh-frequency currents on the surface of the structure excite the traveling wave of the longitudinal current of ultrahigh frequency, along the border of the working zone parallel to the inductor have a receiving line with distribution, foamy constant n-. The occurrence of a crack and its magnitude are determined by the change in power of the signal in the receiving line. The drawing shows a block diagram of a device for implementing the proposed method. A device for implementing a method for detecting and measuring the length of a crack in thin-walled metal structures comprises an inductor 1 in the form of a line with distributed constants, a receiving line 2 with distributed constants, a generator of ultrahigh frequencies, measuring device A, matched loads 5 and 6. Inductor I is connected at one end to the microwave generator 3, and the other end to the matched load 5. The receiving line 2 is connected between the matched load 6 and the measuring device 4, which are tuned for an hour This generator 3. The method is as follows. Inductor 1 in the form of a line with distributed constants is placed along the surface of the structure in places of concentration of mechanical stresses. From the generator 3 of ultrahigh frequencies in the inductor 1 a quasi-transverse power wave P. is excited. A consistent load .5 provides the traveling wave mode in the inductor 1. The electromagnetic field of this wave excites a traveling wave of longitudinal current in a controlled surface. This current is concentrated in the working area in a narrow area of the surface whose width is less than the minimum crack length to be registered. This condition is ensured by the fact that the thickness of the conductor insulation from the surface is much smaller than the wavelength of electromagnetic oscillations. and the relative electrical constant is significantly greater than 1,

Вдоль грани1Ц 1 рабочей зоны с током сверхвысокой частоты параллельно индуктору I располагают приемную линию 2 с распределенными посто нными, вьшолненную аналогично индуктору 1.Along the edge 1 of the working zone with the ultrahigh-frequency current, parallel to the inductor I, receive line 2 with distributed constants, implemented similarly to inductor 1.

В исходном состо нии (трещины нет электромагнитна св зь между индуктором 1 и линией 2 практически отсутствует , так .ак приемна лини расположена за пределами-рабочей зоны, где протекает ток, возбужденный индуктором 1. При этом измерительное устройство 4 измер ет в линии 2 начальный уровень мощности Рд близкий к уровню собственных шумов. Мала величина Рд обеспечиваетс также тем, что индуктор I и приемна лини 2 представл ют собой направленный ответвитель с распределенной св зью, в котором теоретически РО 0. В реальных лини х это свойства характеризуетс коэффициентом изол 1щи V Р/РО In the initial state (there is no crack, the electromagnetic coupling between the inductor 1 and the line 2 is practically absent, since the receiving line is located outside the working area where the current excited by the inductor 1 flows. At the same time, the measuring device 4 measures the initial The power level RD is close to the intrinsic noise level. The small RD value is also provided by the fact that inductor I and receiving line 2 are a directional coupler with a distributed coupling, in which PO 0 is theoretically Twa characterized coefficient isolates 1schi V P / PO

При возникновении трещины, перерезающей линию индуцированного тока сверхвысокой частоты, в ней возбуждаетс этим током электромагнитное поле , которое распростран етс по трещине , как по щелевой линии передачи. При достижении трещиной приемной линии 2 в последней полем трещины -индуцируютс электромагнитные коле (бани , и измерительное устройство 4 показывает новое значение мощности Р-. включающей мощность, переданнуюWhen a crack occurs that cuts the line of the induced ultra-high frequency current, an electromagnetic field is excited in it by this current, which propagates through the crack, like a slit transmission line. When the crack reaches the receiving line 2, electromagnetic collars are induced in the last field of the crack (baths, and the measuring device 4 shows the new value of the power P-. Including the power transmitted

по трещине.along the crack.

По превьтении этой мощности указанного уровн РО фиксируетс возникновение трещины, проход щей под проводниками индуктора 1 и линии 2.By transcending this power of the indicated level of PO, the occurrence of a crack passing under the conductors of inductor 1 and line 2 is detected.

Дальнейший рост трещины фиксируетс по изменению мощности в приемной линии 2, котора достигает максимума при трещине, примерно равной половине длины волны электромагнитных колебаний, возбужденных генератором 3. Максимальна длина контролируемого участка поверхности L и превышение сигнала над начальным уровнем t РС /Рр определ ютс коэффициентами изол ции л) , затухани и и коэффициентом передачи мощности по тре1цине oi , где Р - мощность бегущей волны в индукторе 1 у трещины; Р - мощность, переданна по трещине в приемную линию 2, и св заны соотношениемFurther crack growth is detected by a change in power in the receiving line 2, which reaches a maximum with a crack approximately equal to half the wavelength of the electromagnetic oscillations excited by the generator 3. The maximum length of the monitored surface area L and the signal above the initial level t PC / Pp are determined by the isolator coefficients l), attenuation, and power transfer coefficient for the critical value oi, where P is the power of the traveling wave in inductor 1 at the crack; P is the power transmitted along the crack to the receiving line 2, and is related by

. .

Изобретение позвол ет в приемной линии 2 регистрировать мощность сигнала относительно нулевого начального уровн , что позвол ет регистрировать очень слабые сигналы и, следовательно, повысить чувствительность контрол .The invention makes it possible in the receiving line 2 to record the signal power relative to the zero initial level, which makes it possible to record very weak signals and, consequently, increase the sensitivity of the control.

Claims

METHOD FOR DETECTING AND MEASURING CRACK LENGTH IN THIN-WALL METAL STRUCTURES, which consists in placing an inductor in the form of a line with distributed constants along the surface of the structure, exciting microwave currents on the surface of the structure, characterized in that, in order to increase the sensitivity, a traveling wave of an ultrahigh-frequency longitudinal current is excited in the working zone; along the boundary of the working zone, a receiving line with distributed constants is arranged parallel to the inductor, and the crack propagation and its value are determined by the change in the signal power in the receiving line.

I

1 1126861