Сверхвысокочастотный дефектоскоп

 

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП , содержащий СВЧ генератор, соединенньй с Н-плечом первого двойного волноводного тройника, к Е-плечу которого подключены последовательно детектор и индикатор, а также первую и вторую антенны для облучения контролируемого объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля путем исключения ошибки, обусловленной перекосом антенн и обеспечения контроля объектов с переменной толш 1ной , в него введены третья антенна и трездецибельньй делитель мощности , вьшолненньш в виде второго двойного волноводного тройника, при этом первая и вторая антенны размещены симметрично относительно третьей антенны, соединенной с одним из симметричных плеч первого 5 двойного волноводного тройника, к другому симметричному плечу которого подключено Н-плечо второго двойного волноводного тройника, а симметричные плечи второго двойного волноводного тройника соединены соответственно с первой и второй антеннами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ и

РЕСПУБЛИК.Я0„„1109613 А (д) G 01 N 22/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA (21) 3491952/18-09 (22) 03.09.82 (46) 23.08. 84. Бюл. Р .31 (72) И.А. Вайнберг, Э.И. Вайнберг и В.П. Козлов (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (53) 621.373.826:772.99 (088.8) (56) 1. Приборы для-неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник под ред. В.В. Клюева. И., "Машиностроение", 1976., ч ° 1, с. 217-221.

2. Авторское свидетельство СССР

В 303580, кл . G 01 N 27/22, 1968 (прототип). (54) (5? ) СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП, содержащий СВЧ генератор, соединенный с Н-плечом первого двойного волноводного тройника, к

Е-плечу которого подключены последовательно детектор и индикатор, а также первую и вторую антенны для облучения контролируемого объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля путем исключения ошибки, обусловленной перекосом антенн и обеспечения контроля объектов с переменной толщиной, в него введены третья антенна и трехдецибельный делитель мощности, выполненный в виде второго двойного волноводного тройника, при этом первая и вторая антенны размещены симметрично относительно третьей антенны, соединенной с одним из симметричных плеч первого двойного волноводного тройника, к другому симметричному плечу которого подключено Н-плечо второго двойного волноводного тройника, а симметричные плечи второго двойного волноводного тройника соединены соответственно с первой и второй антеннами.

1109613

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля дефектов в диэлектрических материалах и изделиях и диэлектрических покрытиях на металле при одностороннем доступе к объекту контроля.

Известен сверхвысакочастотный (СВЧ) дефектоскоп, предназначенный для обнаружения дефектов в диэлектрических материалах и изделиях при одностороннем доступе к объекту контроля методом сравнения сигналов, отраженных от двух соседних участков контролируемого изделия,и садер>кащий СВЧ генератор, валноводную схему с СВЧ мостам в виде двойного волноводного тройника,детектар и устройство индикации.

Данный СВЧ дефектаскап обладает высокой чувствительностью, ограничиваемой уровнем развязки СВЧ моста, и позволяет обнаруживать малые локальные изменения свойств или

20

Недостатком известного СБЧ дефектоскапа является очень низкая точность, абусловлецная апп бкамгг, связанными с перекосом антенн и переменной толщиной контролируемых объектов.

Целью изобретения является повышение точности контроля путем исключ ения аши бки, обуславле ннай и ерекосом антенн и обеспечения контроля абьектав с переменной та>пциной. структуры участка контролируемого 2> диэлектрического материала, находящегося под одним из излучающих каналов дефектаскопа, по сравнению с параметрами участка, находящегося пад другим (соседним) каналом излучения и приема (! 3.

Недостаток данного СВЧ дефе1гтоскопа связан с его высокой чувствительностью к параллельности волноводнай схемы поверхности кантрапируемого объекта и к постоянству ега средней толщины или свойств.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является СВЧ дефектоскоп, содержащий СВЧ генератор,соединенный с H-ïëå÷îì первого двойнсго волнаваднага тройника, к

Е-плечу которого подключены паследагательно детектор и индикатор, а также первую и вторую антенны для абл чения кантралируемага объекта 2 ), Указанная цель достигается тем, что в СВЧ дефектоскопе, содержащем

СВЧ генератор, соединенный с Н-плечом первого двойного волноводного тройника, к Е-плечу которого подключены последовательно детектор и индикатор, а также первую и вторую антенны для облучения контролируемого объекта, введены третья антенна и трехдецибельный делитель мощности, выполненный в виде второго двойного волновадного тройника, при этом первая и вторая антенны размещены симметрично относительно третьей антенны, соединенной с одним из симметричных плеч первого двойного волноводнаго тройника, к другому симметричному плечу которого подключено Н-плечо второго двойного волнаваднаго тройника, а симметричные плечи второго двойного волнаводнога тройника соединены соответственно с первой и второй антеннами.

На чертеже представлена структурная электрическая схема СВЧ дефектоскапа.

Дефектоскоп содержит СВЧ генератор 1, первый двойной волноводньпй тройник 2, детектор 3, индикатор 4, трехдецибельный делитель 5 мощности, выполненный в виде второго двойного волноводнога тройника, первую, вторую и третью антенны

6-8 для облучения контролируемого объекта 9.

СВЧ дефектаскап работает следующим образом.

Энергия высокочастотных колебаний, генерируемая СВЧ генератором 1, поступает на вход Н-плеча первого двойного волнаваднога тройника 2 и делится пополам между ега двумя симметричными плечами. К одному из этих плеч первого двойного волнаводного тройника 2 присоединен трехдецибельный делитель 5 мощности, например, H-пчечом. Энергия с выходом симметричных плеч трехдецибельнаго делителя

5 мощности излучается в сторону контролируемого объекта 9 через первую и вторую антенны б и 1, распо.ложенных симметричíî QTнасительно третьей (центральной) антенны 8, сосдиненнай непосредственно со вторым симметричным плечом первого двойного валноваднога тройника 2.

Энергия, отраженная от контролируемого объекта 9, принимается

1109613

Qv v . ) амплитуда волны, поступающей от

СВЧ генератора в Н-плечо первого двойного волноводного тройника 2; комплексные коэффициенты отражения от контролируемого объекта 9 с учетом где

Г,Г, иГ имеем теми же антеннами 6-8 и поступает затем на детектор 3 включенный в

Е-плечо первого двойного волноводного тройника 2. При этом энергия сигналов, принимаемых антеннами 6 и

7, предварительно суммируется в

Н-плече трехдецибельного делителя

5 мощности, а затем в Е-плече первого двойного волноводного тройника 2 вычитается из сигнала, принимаемого антенной 8.

Выходной сигнал с детектора 3 поступает на вход индикатора 4, в котором осуществляется усиление, необходимая обработка и регистрация выходной информации СВЧ дефектоскопа.

Для обеспечения правильной работы

СВЧ дефектоскопа электрические длины первой, второй и третьей антенн 6-8 относительно первого двойного волноводного тройника 2 должны быть одинаковыми, что достигается выравниванием электрических длин.

В качестве трехдецибельного делителя 5 мощности, помимо второго двойного волноводного тройника могут быть использованы и другие узлы, например 3-дБ, направленный ответвитель, щелевой или кольцевой мосты.

Однако в некоторых из этих узлов при делении мощности сигналы в выкодных каналах находятся не в фазе, а в квадратуре или даже в противофазе, что требует обязательной установки дополнительных фазовращателей как для выравнивания электрических длин каналов, так и для осуществления суммирования отраженных сигналов.

Высокочастотный сигнал на детекторе 3, включенном в Е-плечо первого двойного волноводного тройника

2 в таком СВЧ дефектоскопе может бьггь записан в виде е . е I E . Г +Гн

3 1 g I!) 7 1 2

2,Ь 81 2 зазора между схемой и образцом в первой, второй и третьей антеннах 6-8 (волноводная схема предполагается xoporno согласованной).

Из приведенного соотношения вид10 но что при равенстве коэффициента отражения Г = 1 = (8, что соответствует бездефектному.и ojl,íîðîäíîìó объекту и постоянному зазору, Е = 0 и сигнал на выходе СВЧ дефектоскопа

15 отсутствует. При появлении локального либо границы протяженного дефек1 та по", о,-ним из-. каналов СВЧ дефектоскопа, баланс моста нарушается (E Ф О) и на выходе устройства появ8

20 ляе тся сигнал свидетельствующий о

Ф наличии дефекта в контролируемом объекте 9.

Максимальная величина полезного сигнала как для случая амплитудного, 25 так и чисто фазового локальных дефектов, в точности эквивалентна известной двухканальной дифференциальной схеме, т.е. чувствительность СВЧ дефектоскопа сохраняется.

Преимуществом ггредложенного уст30 ройства является его существенно меньшая чувствительность к линейным перекосам волиоводной схемы относительно контролируемой поверхностилибо к линейному изменению средней толщины объекта контроля, приводящим к линейному изменению фазы коэффициента отражения.

Пусть Г = Г„ е > а Г8= Г е 1д т

= 1 д Ъ Л а д h характеризует гд д ( изменение воздушного зазора между крайними приемо-излучающими каналами СВЧ дефектоскопа по сравнению с центральным каналом и контроли45 руемой поверхностью (перекос).

Тогда

E — Г (t-С05Ф)=

Э 2 2 2

При малых

I-.l- -- l- i— -— двухканальной пифференциальнои схеме пр ме при то" же величине перекоса

1109 13

1,0 . 1,5

0,5

2,0

0,3

0,1

dh, мм

Повышение помехоустойчивости в разах 48

Составитель В. Рабинович

Техред М.Надь Корректор В. Синицкая

Редактор Г. Волкова

Заказ 6019/27

Тираж 823 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Е - Г 1-Е f -Г 4Ч- — + — —..

Ео (-1И1 Ео д„ 4 З

2 2 2 6

Eî

" 1Ч= —, Г "

Таким образом, степень подавления помехи от перекоса на величину 4Ь (на базе СВЧ дефектоскопа) пропор2 2 циональна — или

4 ФТмЬ/Л tO

В таблице приведены величины, характеризующие повышение помехоустойчивости предлагаемого устройства для длины волны СВЧ генератора 1 Л =

30 мм.

Таким образом, в типичных случаях выигрыш в отстройке от такой помехи, а следовательно; и улучшение дефектоскопической чувствительности, лежит в интервале от 3 до 50 раз.

Снижение требований к точности выставления волноводной схемы СВЧ дефектоскопа относительно объекта контроля позволяет повысить производительность контроля, особенно в условиях производства.

9,5 4,8 3,2 2,4