SU1732152A1 - Способ неразрушающего контрол - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области неразрушающих испытаний элементов и узлов конструкций. Целью изобретени   вл етс  расширение области использовани  за счет обеспечени  контрол  труднодоступных зон. Информационную акустическую волну пропускают через контролируемые зоны объекта с предварительно уложенным в Изобретение относитс  к неразрушающим испытани м элементов и узлов конструкций и может найти применение дл  контрол  и встроенной диагностики труднодоступных зон в машиностроении , авиационной и автомобильной технике. Известен р д способов неразрушающего контрол , основанных на излучении и приеме прошедших акустических волн: теневой, временной теневой, зеркально-теневой, велосимметриче- ской. них оптическим волноводом, через который распростран етс  опорное оп- тическое излучение. В результате воздействи  прошедшай акустической волны на оптические и геометрические параметры волновода измен ютс  параметры опорного излучени , по изменению которых суд т об изменени х параметров прошедшей акустической волны , вызванных акустическими неодно- родност ми, по которым, в свою очередь суд т о качестве объекта. Возможность контрол  труднодоступных зон обеспечиваетс  тем, что оптический волновод может быть выполнен сколь угодно большой прот женности при особо малых габаритах, что дает возможность уложить его в трудодоступных зонах как в процессе изготовлени  объекта, так и в процессе его эксплуатации по любой требуемой траектории в один или несколько слоев. 1 ил. Однако в реальных услови х методика известных способов контрол  предполагает наличие всестороннего доступа к поверхности издели  дл  сканировани , что не всегда возможно . Другой вариант - использование большого числа последовательно установленных излучателей и приемников акустических волн, опрашиваемых в процессе контрол , ограничиваетс  целым р дом экономических и технических факторов. К ним следует отнести сравнительно высокую стоимость, неi L J w frO IS

Description

обходимость большого числа коммута- ций, увеличение массогабаритных показателей , которые могут отрицательно сказатьс  нв режиме работы самого исследуемого элемента или конструкции , увеличение числа соединений , что приводит к снижению надежности в целом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  теневой способ, при котором через контролируемый объект пропускает информационную акустическую волну и принимают прошедшую через объект волну, а о качестве издели  суд т по изменению одного из параметров амплитуды , фазы и др., прошедшей через изделие акустической волны.

Недостатком известного способа  вл етс  то, что к поверхности контролируемого объекта требуетс  всесторонний доступ, что делает невозможным контроль в труднодоступных зонах.

Целью изобретени   вл етс  расширение области использовани  за счет контрол  трудодоступных зон.

Указанна  цель достигаетс  спо- собом, при котором через контролируемые зоны объекта пропускают информационную акустическую волну, а о качестве объекта суд т по изменению параметров прошедшей через него акустической волны, согласно изобретению формируют опорное оптическое излучение, распростран ющеес  в оптическом волноводе, предварительно уложенном в труднодоступных зонах объекта , а об изменении параметров про шедшей через объект акустической волны суд т по изменению параметров опорного излучени  как результату воздействи  прошедшей акустической волны на оптические и геометрические параметры оптического волновода .

Использование в. качестве приемника акустических волн оптического световода как континуального чувствительного приемника дает р д преимуществ: одинаковую чувствительнос по всей длине световода , широкопол ность, невосприимчивость к внешним электрическим и магнитным пол м. Причем световод может быть выполнен сколь угодно большой прот женности и уложенным на поверхности контроли

dg/da

руемого объекта по любой траектории в один или несколько слоев, а особо малые габариты световода делают возможным его укладку в труднодоступных зонах как в процессе изготовлени , так и в процессе эксплуатации.

Кроме того, предлагаемый способ обладает достаточно высокой чувст- вителностью, так как преобразование прошедших акустических волн происходит за счет пр мой модул ции параметров передаваемого оптического излучени , вызванной изменением основных

характеристик световода: длины, показател  преломлени  и диаметра. При этом результат внешнего воздействи  про вл етс  в виде Сдвига фазы, изменени  амплитуды или пол ризации

оптического излучени  на выходном торце световода.

На примере измерени  сдвига фазы оптического излучени  Р под воздействием акустического давлени  Р, определ емого по формуле

Ґ-1-« Ф

1-}-20г

Е

0 dg/da

5

I

L ft ,

где Р - акустическое давление в радиальном направлении, длиа взаимодействи  световода с акустической волной; радиус сердцевины световода;

длина волны оптического из- лучени 1,

градиент константы распро-, странени  по радиусу сердцевины световода; фотоупругие константы стекла световода} коэффициент Пуассона1, Е - модуль упругости, можно показать, что под воздействием акустичесчого давлени  в радиальном направлении изменение фазы оптическо- го излучени  обусловлено в основном изменением показател  преломлени  (фотоупругий эффект) и изменением длины световода. Как показывают резул-ь- таты экспериментальных исследований,. величины вкладов названных механизмов различны по знаку, но определ ющим  вл етс  вклад за счет фотоупругого эффекта. В случае действи  акустиче5

Р« и /V

} .

5

ского давлени  в продольном направлении определ ющим будет вклад за счет изменени  длины световода, при этом противоположность знаков сохран етс . Как в первом, так и во втором случа х вли ние изменени  диаметра световода на сдвиг Лазы не  вл етс  значительным.

На чертеже представлена функциональна  схема устройства дл  осуществлени  способа неразрушающего контрол .

Устройство содержит излучатель 1 акустических волн, св занный с генератором 2, оптический световод 3, входной k и выходной 5 торцы которого оптически св заны с источником 6 и приемником 7 оптического излучени  соответственно, кроме того имеетс  электронный блок 8 обработки и отображени  информации, оптически св занный с приемником оптического излучени .

Способ контрол  осуществл етс  следующим образом.

С помощью излучател  1 акустических волн возбуждают в контролируемом объекте 8 с частотой генератора 2 информационную акустическую волну, котора , пройд  объект, попадает на оптический световод 3, уложенный по требуемой траектории на поверхности объекта и имеющий с ней акустическую св зь. Опорное оптическое излучение от источника 6 оптического излучени  через входной торец k вводитс  в световод 3, распростран етс  по нему, взаимодействует в среде световода с прошедшей информационной акустической волной, котора  измен ет параметры оптического излучени  в результате воздействи  на оптические и геометрические параметры оптического волновода, и далее через выходной торец 5 поступает на приемник 7 оптического излучени , электрический сигнал с которого поступает на вход электронного блока 8 обработки и отображени  информации. Наличие дефектов в контролируемом объекте вызовет изменение параметров проше шей информационной акустической волны , а следовательно, и изменение параметров модул ции оптического излучени , что выделитс  электронным блоком 8, и полученна  информаци  будет отображена в удобной дл  воспри ти  форме.

32152

Надежный акустический контакт све- товода с поверхностью контролируемого объекта можно обеспечить, например, . при помощи эпоксидной смолы или другого вещества, при этом не нужно принимать дополнительных мер по закреплению световода на поверхности. Пример. В качестве оптическоЮ го световода используют одномодовое волокно из плавленого кварца (диаметр сердцевины 4-1(Г€м, диаметр оболочки 1,), длиной 0,8 м. часть которого приклеивают к поверх15 ности исследуемого образца из алюминиевого сплава. Световод укладывают в плоскости образца в три сло  вплотную друг к другу. Источником оптического излучени  служит He-Ne лазер с

20 длиной волны ft 0,63 10 м. При этом исследуют пол ризационную модул цию оптического излучени  посредством пол ризационно чувствительного фотоприемника в режиме фотоде25 тектировани . Дл  возбуждени  информационного пучка продольных волн используют Фокусирующий пьезоэлектрический преобразователь с резонансной частотой 2.,5 МГц, расположенный

30 с противоположной стороны образца, перемещаемый вдоль траектории укладки волоконного приемника. Толщина исследуемого образца составл ет

5

0

5, . Дефекты имитируютс  в виде плоских подрезов, перпендикул рных направлению пучка информационных акустических волн и располагаютс  в середине образца. В результате эксперимента установлено, что изменение интенсивности оптического

5

излучени , проход щего через анализатор и падающего на фотоприемник в бездефектной зоне, составл ет 25- 30%. При наличии дефекта на пути информационного пучка акустических волн сигнал на выходе фотоприемника измен етс .

Оценки чувствительности предлагаемого способа контрол  провод т путем 0 сравнени  с классическим вариантом теневого акустического способа контрол  с двум  соосно расположенными с противоположных сторон пьезо- преобразовател ми с той же резонансной частотой 2,5 МГц. Эксперименты показали, что чувствительность одногс и другого способов примерно одинако- ва, В обоих случа х уверенно вы вл ютс  в образце дефекты площадью S

717

k мм2, Однако, с технической точки зрени  реализаци  контрол  по предлагаемому способу существенно проще в случае контрол  труднодоступных зон объектов.

Такик образом, предлагаемый способ контрол  расшир ет область применени  акустических методов контрол . Применение заданных алгорит- мов обработки сигналов позвол ет производить по предлагаемому способу контроль качества конструкций в процессе их испытаний и эксплуатации.

Claims (1)

1. Формула изобретений

   Способ неразрушающего контрол , при котором через контролируемые зоны объекта пропускают информацион

   5

   528

   ную акустическую волну, а о каче- стве объекта суд т по изменению параметров прошедшей через него акустической волны, отличающийс  тем, что, с целью расширени  области использовани  за счет обеспечени  контрол  труднодоступных зон, формируют опорное оптическое излучение, распростран ющеес  в оптическом волноводе, предварительно уложенном в трудодоступных зонах объекта, а об изменении параметров прошедшей через объект акустической волны суд т по изменению параметров опорного излучени  как результаты воздействи  прошедшей акустической волны на оптические и геометрические параметры оптического волновода.

   8