Способ неразрушающего контроля

 

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний элементов и узлов конструкций. Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения контроля труднодоступных зон. Информационную акустическую волну пропускают через контролируемые зоны объекта с предварительно уложенным в Изобретение относится к неразрушающим испытаниям элементов и узлов конструкций и может найти применение для контроля и встроенной диагностики труднодоступных зон в машиностроении , авиационной и автомобильной технике. Известен ряд способов неразрушающего контроля, основанных на излучении и приеме прошедших акустических волн: теневой, временной теневой, зеркально-теневой, велосимметрической. них оптическим волноводом, через который распространяется опорное оптическое излучение. В результате воздействия прошедшай акустической волны на оптические и геометрические параметры волновода изменяются параметры опорного излучения, по изменению которых судят об изменениях параметров прошедшей акустической волны , вызванных акустическими неоднородностями, по которым, в свою очередь судят о качестве объекта. Возможность контроля труднодоступных зон обеспечивается тем, что оптический волновод может быть выполнен сколь угодно большой протяженности при особо малых габаритах, что дает возможность уложить его в трудодоступных зонах как в процессе изготовления объекта, так и в процессе его эксплуатации по любой требуемой траектории в один или несколько слоев. 1 ил. Однако в реальных условиях методика известных способов контроля предполагает наличие всестороннего доступа к поверхности изделия для сканирования, что не всегда возможно . Другой вариант - использование большого числа последовательно установленных излучателей и приемников акустических волн, опрашиваемых в процессе контроля, ограничивается целым рядом экономических и технических факторов. К ним следует отнести сравнительно высокую стоимость, неi L J w frO IS

А1

СО0З СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19 (10 (Я)5 (01 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕЛ=НИ М H СЛ1 РЫТИЯМ

ПРИ 1ННТ СССР

Н A4TOPCROMV СВИДЕТЕОЬСЧ ВУ (21) 4619175/28 (22) 12. 12,88 (46) 07.05.92. Бюл. М 17 (71) Могилевский машиностроительный институт (72) С.С.Сергеев, И.Н.Яковлев и E.Â.Ïèâîâàðîâà (53) 531.7(088.8)

° ° ° ° ° ° (56) Приборы неразрушающего контроля атериалов и изделий,/Под ред.

В.,В.Клюева.-М.: Машиностроение, 1986, с.246. (54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ (57) Изобретение относится к области неразрушающих испытаний элементов и узлов конструкций. Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения контроля труднодоступных зон. Информационную акустическую волну пропускают через контролируемые зоны объекта с предварительно уложенным в

Изобретение относится к неразру" шабщим испытаниям элементов и узлов конструкций и может найти применение для контроля и встроенной диагностики труднодоступных эон в машинострое" нйи, авиационной и автомобильной технике °

Известен ряд способов нераэрушающего контроля, основанных на излуче" нии и приеме прошедших акустических волн: теневой, временной теневой, зеркально-теневой, велосимметрической.

2 них оптическим волноводом, через который распространяется опорное оп- i тическое излучение. В результате воздействия прошедшей акустической волны на оптические и геометрические параметры волновода изменяются пара" метры опорного излучения, по изменению которых судят об изменениях параметров прошедшей акустической волны, вызванных акустическими неоднородностями, по которым, B свою очередь судят о качестве объекта. Возможность контрогя труднодоступньх зон обеспе" чивается тем, что оптический волновод может быть выполнен сколь угодно большой протяженности при особо малых габаритах, что дает возможность уложить его в трудодоступных зонах как в процессе изготовления объекта,: так и в процессе его эксплуатации по любой требуемой траектории в один или несколько слоев. 1 ил.

Однако в реальных условиях методика известных способов контроля * предполагает наличие всестороннего .

i доступа к поверхности иэделия для сканирования, что не всегда возможно. Другой вариант - использование большого числа последовательно ус" тановленных излучателей и приемни" ков акустических волн, опрашиваемых в процессе контроля, ограничивается целым рядом экономических и технических факторов. К ним следует отнести! сравнительно высокую стоимость, необходимост ь 6ольшог о числа коммута-ций, увеличение массогабаритных показателей, которые могут отрицательно сказаться на 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 является теневой способ. при котором через контролируемый объект пропускает информационную акустическую волну и принимают прошедшую через объект волну, а о качестве изделия судят по изменению одного из параметров амплитуды, фазы и др., прошедшей через изделие акустической волны.

Недостатком известного способа является то, что к поверхности контролируемого объекта требуется всесторонний доступ,, что делает невозможным контроль в труднодоступных зонах °

Целью изобретения является расширение области использования за счет контроля трудодоступных зон.

Указанная цель достигается способом, при котором через контролируемые зоны объекта пропускают информационную акустическую волну, а о качестве объекта судят по изменению параметров прошедшей через него акустической волны, согласно изобретеwe формируют опорное оптическое

I излучение, распространяющееся в оптическом волноводе, предварительно уложенном в труднодоступных зонах объ" екта, а об изменении параметров прошедшей через объект акустической

BoJlHbl судят по изменению параметров опорного излучения как результату воздействия прошедшей акустической волны на оптические и геометрические параметры оптического волновода.

Использование в качестве приемника акустических волн оптического световода как континуального чувствительного приемника дает ряд преимущест в: одина ковую чувст вител ьност по всей длине световода, широкополо ность, невосприимчивость к внешним электрическим и магнитным полям.

Причем световод может быть выполнен сколь угодно большой протяженности и уложенным на поверхности контроли2152 4 руемого объекта по любой траектории в один или несколько слоев, а особо малые габариты световода делают воз-, можным его укладку в труднодоступных зонах как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации.

Кроме того, предлагаемый способ обладает достаточно высокой чувствителност ью, та к ка к преобра зова ние прошедших акустических волн происходит за счет прямой модуляции параметров передаваемого оптического излучения, вызванной изменением основных характеристик сяетовода: длины, показателя прел6мления и диаметра.

При этом результат внешнего воздействия проявляется в виде. Сдвига фазы, изменения амплитуды или поляризации

2О оптического излучения на выходном торце световода.

На примере измерения сдвига Фазы оптического излучения Р под воздействием акустического давления Р, определяемого по формуле

%о а dB

А9 — Р— — — — — -п (h + „) h< Т da Г"

1-) -2

Е где P - акустическое давление в радиальн6м направлении, — длиа взаимодействия свето35 вода с акустической волной, а - радиус сердцевины световода, - длина волны оптического из- . лучения, о dB/da — градиент константы распространения по радиусу сердцевины световода, 1«с

1 и P,z- Фотоупругие константы стекла световода, коэффициент Пуассона,.

Е - модуль упругости, можно показать, что под воздействием акустического давления в радиальном направлении изменение фазы оптическо"

®1 го излучения обусловлено в основном изменением показателя преломления (Фотоупругий эффект) и изменением длины световода. Как показывают результаты экспериментальных исследований„ величины вкладов названных механизмов различны по знаку, но определяющим является вклад за счет Фотоупругого эффекта. В случае действия акустиче5 173 ского давления в продольном направлении определяющим будет вклад за счет изменения длины световода, при этом противоположность знаков сохраняется. Как в первом, так и во втором случаях влияние изменения диаметра .световода на сдвиг фазы не является значительным.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для осуществления способа неразрушающего контроля, Устройство содержит излучатель 1 акустических волн, связанный с генератором 2, оптический световод 3, входной 4 и выходной 5 торцы которого оптически связаны с источником

6 и приемником 7 оптического излучения соответственно, кроме того имеется электронный блок 8 обработки и отображения информации, оптически связанный с приемником оптического излучения.

Способ контроля осуществляется следующим образом.

С помощью излучателя 1 акустических волн возбуждают в контролируемом объекте, 8 с частотой генератора

2 информационную акустическую волну, которая, пройдя объект, попадает на оптический световод 3, уложенный по требуемой траектории на поверхности объекта и имеющий с ней акустическую связь. Опорное оптическое излучение от источника 6 оптического излучения через входной торец 4 вводится в световод 3, распространяется по нему, взаимодействует в среде световода с прошедшей информационной акустической волной, которая изменя" ет параметры оптического излучения в результате воздействия на оптические и геометрические параметры оптического волновода-, и далее через выходной торец поступает на приемник 7 оптического излучения, электрический сигнал с которого поступает, на вход электронного блока 8обработки и отображения информации. Наличие дефектов в контролируемом объекте вызовет изменение параметров прошедшей ийформационной акустической волны, а следовательно, и изменение параметров модуляции оптического излучения, что вьделится электронным блоком 8, и полученная информация будет отображена в удобной для,вос» приятия Форме.

21 2

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 оптического световода используют одномодовое волокно из плавленого кварца (диаметр сердцевины 4-10 м, диаметр оболочки 1,25 м), длиной 0,8 м. часть которого приклеивают к поверхности исследуемого образца из алюминиевого сплава. Световод укладывают в плоскости образца в три слоя вплот" ную друг к другу. Источником оптического излучения служит Не-Ne лазер с

20 длиной волны ф = 0,63 10,6м. При этом исследуют поляризационную модуляцию.оптического излучения посредством поляризационно чувствительного фотоприемника в режиме Фотоде"

25 тектирования. Для возбуждения .информационного пучка продольных волн используют фокусирующий пьезоэлек« тоический преобразователь с резонансной частотой 2,5 ИГц, расположенный с противоположной стороны образца, перемещаемый вдоль траектории уклад" ки волоконного приемника. Толщина исследуемого образца составляет

5,0 10 м . Дефекты имитируются в виде плоских подрезов, перпендикулярных направлению пучка информационных акустических .волн и располагаются в середине образца. В результате эксперимента установлено, что из" менение интенсивности оптического излучения, проходящего через анализатор и падающего на фотоприемник в бездефектной зоне, составляет 25303. При наличии дефекта на пути информационного пучка акустических волн сигнал на выходе фотоприемника изменяется.

Оценки чувствительности предлагае,мого способа контроля проводят путем сравнения с классическим вариантом теневого акустического способа контроля с,двумя соосно расположенными с противоположных сторон пьезо" преобразователями с той же резонансной частотой 2,g ИГц. Эксперименты показали, что чувствительность одногс и другого способов примерно одинако- ва. В обоих случаях уверенно выявляются в образце дефекты площадью S =I, Формула изобретения

Способ неразрушающего контроля, при котором через контролируемые эоны объекта пропускают информацион»

Составитель Е.Пивоварова

Техред М.Дидык Корректор И.Самборская

Редактор И.Янкович

Ф Ю ° е

Заказ 1574 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óàãîðîä, ул. Гагарина, 101. 7 173

4 мм, Однако, с технической точки зрения реализация контроля по предлагаемому способу существенно проще в случае контроля труднодоступных зон объектов.

- Таким образом, предлагаемый способ контроля расширяет область применения акустических методов контроля. Применение заданных алгоритмов обработки сигналов позволяет производить по предлагаемому способу контроль качества конструкций в про" цессе их испытаний и эксплуатации.

21 52

8 ную акустическую волну, а о каче- стве объекта судят по изменению параметров прошедшей через него акустической волны, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области использования за счет обеспечения контроля труднодоступных эон, Формируют опорное оптиче-" ское излучение, распространяющееся в оптическом волноводе, предварительно уложенном в трудодоступных зонах объекта, а об изменении параметров прошедшей через объект аку" стической волны судят по изменению параметров опорного излучения как результаты воздействия прошедшей акустической волны на оптические и геометрические параметры оптического волновода.