SU1742687A1 - Способ контрол параметров композиционных материалов 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 и направлени  углеродных нитей однослойных композиционных материалов . Цель изобретени  - повышение точности и обеспечение контрол  направлени  углеродных нитей Изобретение позвол ет с высокой точностью контролировать параметры композиционных материалов за счет приема как отраженной, так и прошедшей СВЧ-волны, осуществлени  двухкратного взаимодействи  каждой из волн с контролируемым материалом при двух взаимно ортогональных состо ни х пол ризации и определени  параметров контролируемого материала по пол ризационным характеристикам суммарной СВЧ-волны, полученной в результате смешивани  двух СВЧ-волн после повторного взаимодействи  с контролируемым материалом. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано дл  определени  количества св зующего и направлени  углеродных нитей однослойных композиционных материалов в авиационной промышленности .

Известен способ определени  параметров листовых диэлектрических материалов, при котором облучают контролируемый слой плоской электромагнитной волной переменной частоты, принимают отраженное излучение и регистрируют разность частот при экстремальных одноименных значени х отраженной волны, накладывают на кон- тролируемый образец аналогичный материал известной толщины, повтор ют указанные операции и регистрируют новую разность между частотами. По измеренным значени м разности частот и известной толщине наложенного сло  определ ют параметры контролируемого материала.

Однако данный способ трудоемок, так как требуетс  провести измерени  два раза и при этом необходима пластина известной толщины, изготовленна  из того же материала , что и контролируемый слой. Кроме того, наличие неизбежного воздушного зазора между пластиной и контролируемым слоем ведет к значительной погрешности контрол . Известный способ не позвол ет контролировать направлени  углеродных нитей композиционных материалов и, кроме того, накладывает жесткие ограничени  на взаимную ориентацию плоскости пол ризации зондирующей волны, направление углеродных волокон, контролируемого материала и эталонной пластины.

Известен также способ измерени  параметров диэлектрических материалов, реч

ю

о :оо

i

ализуемый устройством дл  измерени  диэлектрической проницаемости веществ, основанный 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 конт- ролируемый материал, смешивании провзаимодействующей и опорной составл ющих в одном канале и измерении эллип- сометрических параметров суммарной СВЧ-волны.

Недостатком известного способа  вл етс  низка  точность при контроле параметров композиционных материалов на основе углеродных нитей, котора  обусловлена тем, что согласно известному способу, осуществл етс  только однократное взаимодействие и только одной ортогонально пол ризованной составл ющей с контролируемым материалом. Кроме того, согласно известному способу, нельз  обеспечить одновременно оптимальные услови  определени  количества св зующего и направлени  углеродных нитей, поскольку дл  этого необходимо проводить измерени  при различной взаимной ориентации плоскости пол ризации зондирующей волны и направлени  углеродных нитей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  способ определени  параметров диэлектрических слоев на основе композитов, включающий облучение под углом контролируемого материала линейно пол ризованной электромагнитной волной, прием отраженной электромагнитной волны, измерение ее эл- липсометрических параметров и решение обратной задачи эллипсометрии численными методами с помощью основного уравне- ни  эллипсометрии, св зывающего измер емые эллипсометрические параметры отраженной волны с диэлектрической проницаемостью и толщиной контролируемого материала при заданных значени х угла падени  и длины волны.

Недостатком известного способа  вл етс  низка  точность измерений.

Известный спос об не позвол ет контролировать направлени  углеродных нитей. Дл  контрол  параметров рассматриваемого композиционного материала плоскость пол ризации зондирующей волны должна быть перпендикул рна направлени м углеродных нитей. Любые отклонени  плоскости пол ризации зондирующей волны или направлени  углеродных нитей от заданного значени  провод т к недопустимо большой погрешности измерений, поскольку в

этом случае адекватный анализ контролируемого материала может быть выполнен только на основе многослойной модели вместо однослойной, что требует проведени  целого р да эллипсометрических измерений при различных углах падени  и приводит к значительным трудност м при решении обратной задачи.

Крометого, прошедша  через контроли0 руемый материал часть СВЧ-волны не используетс , а вс  информаци , котора  могла бы быть получена в результате ее при- 4 ема и обработки, тер етс  то, что снижает возможности и точность известного спосо5 ба.

Цель изобретени  - повышение точности и обеспечение контрол  направлени  углеродных нитей композиционных материалов .

0 Поставленна  цель достигаетс  тем, что по известному способу, включающему облучение под углом контролируемого материала линейно пол ризованной СВЧ-волной, прием взаимодействующей волны и измере5 ние ее эллипсометрических параметров, плоскость пол ризации зондирующей волны устанавливают под углом 45 к направлению углеродных нитей, в качестве провзаимодействующей волны одновре0 менно принимают прошедшую и отраженные волны, затем измен ют их плоскость пол ризации на 90° и направление на 180Г , повторно облучают контролируемый материал , принимают обе волны и суммируют их,

5 а контроль направлени  углеродных нитей ведут по азимуту суммарной волны,

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что однослойный композиционный материал на основе углеродных нитей

0 может быть адекватно описан с помощью следующей модели: однородный диэлектрический слой св зующего, на одной из сторон которого расположена пол ризационна  решетка в виде параллельных углеродных

5 нитей. Технологически указанные материалы формируютс  путем односторонней пропитки полотна из параллельных углеродных волокон жидким диэлектрическим св зую- , щим, При облучении такой структуры, ли0 нейно пол ризованной под углом 45 к направлению углеродных нитей СВЧ-волной , происходит разделение зондирующей СВЧ-волны на две ортогонально пол ризованные составл ющие равной интенсивно5 сти. Составл юща , пол ризованна  параллельно направлению углеродных волокон , практически полностью отражаетс  от решетки, а составл юща , пол ризованна  перпендикул рно углеродным нит м, проходит через решетку и контролируемый

слой св зующего. После поворота плоскости пол ризации на 90° отраженной и прошедшей соста-вл ющих и изменени  направлени  их распространени  на 180° осуществл етс  их повторное взаимодействие с контролируемым материалом. Смешивание повторно провзаимодействующих составл ющих в одном канале приводит к формированию эллиптически пол ризованной СВЧ-волны, причем ее эллиптичность определ етс  главным образом разностью фаз ортогонально пол ризованных составл ющих , а азимут - соотношением их амп- литуд. Фазовый сдвиг между составл ющими дл  рассматриваемого класса композитов зависит от толщины или количества св зующего, а соотношение амплитуд в основном определ етс  углом между плоскостью пол ризации зондирующей волны и направлением углеродных волокон. На чертеже показана блок-схема устройства , реализующего за вленный способ.

Устройство содержит генератор 1 электромагнитного излучени , пол ризатор 2, контролируемый образец 3, первый 4 и второй 5 вращатели плоскости пол ризации на 903, блок 6 измерени  эллипсометрических параметров и блок 7 обработки.

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 1, устанавливаетс  с помощью пол ризатора 2. При падении зондирующей волны на контролируемый образец 3 происходит разделение волны на две ортогонально пол ризованные составл ющие, одна иЈ которых отражаетс , а друга  проходит через контролируемый образец. Отраженна  составл юща  попадает в первый 4, а прошедша  во второй 5 вращатели плоскости пол ризации на 90°, которые выполнены на основе уголковых отражателей. Во вращател х 4 и 5 плоскости пол ризации происходитизменениенаправлени  распространени  волны на 180° и поворот ее плоскости пол ризации на 90°. После этого отраженна  и прошедша  СВЧ-волны

повторно взаимодействуют с контролируемым материалом, причем прошедша  в первый раз волна отражаетс  от углеродных волокон, а отраженна  в первом случае проходит через них. После повторного взаимодействи  обе волны смешиваютс  в одном канале блока б измерени  эллипсометрических параметров, где формируетс  эллиптически пол ризованна  волна и измер ютс 

ее эллиптичность и азимут. Блок 6 измерени  эллипсометрических параметров выполнен по известной схеме на основе модернизированных узлов автоматического СВЧ-эллипсометра. Полученные значени 

эллипсометрических параметров поступают на блок 7 обработки, выполненный на основе вычислительного управл ющего устройства К1-20, в котором по известным зависимост м дл  заданных типов композитов осуществл етс  расчет их параметров. Использование предлагаемого способа обеспечивает более высокую точность измерений за счет регистрации как прошедшей, так и отраженной СВЧ-воны, их двухкратного взаимодействи  с контролируемым материалом и определени  контролируемых параметров по эллипсометрическим параметрам суммарной СВЧ-волны, формируемой в результате смешивани  прошедшей и

отраженной составл ющих.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ контрол  параметров композиционных материалов на основе углеродных

   нитей, заключающийс  в облучении под углом контролируемого материала линейно пол ризованной СВЧ-волной, приеме про- взаимодействующей волны и измерении ее эллипсометрических параметров, по которым производ т контроль, отличающийс  тем. что, с целью повышени  точности и обеспечени  контрол  направлени  углеродных нитей, плоскость пол ризации СВЧ- волны устанавливают под углом 45° к

   направлению углеродных нитей, в качестве провзаимодействующей волны одновременно принимают прошедшую и отраженную волны, затем измен ют их плоскость пол ризации на 90° и направление на 180°,

   повторно облучают контролируемый материал , принимают обе волны и суммируют их, а контроль направлени  углеродных нитей ведут по азимуту суммарной волны.

   S