Датчик контроля толщины теплозащитного материала в процессе его разрушения

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении уноса асбоштастиков, стеклопластиков и др. материалов, применяем 1х в машиностроении , в доменном производстве, при теплофизических исследованиях материалов в условиях воздействия высокотемпературного газа. Цель изобретения - повышение-производительности контроля с едини1да площади датчика. В датчике, содержащем светопрозрачный стержень 1 в оболочке 2, отражающей световое излучение, введенное (Л со VI 00 со Од ffcucmcfte ftetucmaouuu etmoaHoto cutHOM ФиН

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (1l) (5D 4 G 01 N 21/88

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

3CP""

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ д;

У 2

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3893991/24-25 (22) 21.03,85 (46) 15.06.87. Бюл. N 22 (72) Л. А. Кокурин, В, Д. Полунин, Е. И, Марченко, В. M. Сушков, А. Д. Куликов и 9). В. Смирнов (53) 535,242(088.8) (56) Патент СПА ¹ 3357237, кл. 73-86, опублик, 1963.

Патент С01А № 3397318, кл. 250-227, опублик. 1965. (54) ДАТЧИК КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО МАТЕРИАЛА В ПРОЦЕССЕ ЕГО

РАЗРУШЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении уноса асбопластиков, стеклопластиков и др. материалов, применяемых в машиностроении, в доменном производстве, при теплофизических исследованиях материалов в условиях воздействия высокотемпературного газа. Цель изобретения — повышение-производительности контроля с единицы площади датчика.

B датчике, содержащем светопрозрачный стержень 1 в оболочке 2, отражающей световое излучение, введенное

13 в исследуемый материал, оптический фильтр 5 для задержки инфракрасного излучения и фотодиод 6, в оболочке выполнены сквозные кольцевые проточки, при этом полости проточек заполнены светорассеивающим, ослабляющим световые лучи, теплозащитным материалом, например пористой полупрозрачной керамикой, Глубина проточек

17336 может быть выполнена переменной и монотонно уменьшающейся по направлению от торца стержня к фотодиоду. Измерение уноса теплоэащитного материала производится в момент разрушения пористой керамики, размещенной в проточках, по изменению амплитуды выходного сигнала, з.п, ф-лы, 2 ил, 20

Изобретение .о гносится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении уноса теплозащитного материала (ТЗМ), (например, асбопластиков, стеклопластиков и др. материалов, применяемых в машиностроении, в доменном производстве, при теплофизических исследованиях материала в условиях воздействия высокотемпературного газа).

f0

Цель изобретения — повьш ение производительности контроля с единицы площади датчика.

На фиг, 1 изображен предлагаемый

t5 датчик со сквозными кольцевыми проточками; на фиг. 2 — то же, в котором глубина проточек выполнена переменной и монотонно уменьшается по направлению, совпадающему с направлением уноса материала, Датчик содержит светопрозрачный стержень 1, выполненный, например, из плавленого кварца, сапфира или другого тугоплавкого светопрозрачного материала, оболочку 2 стержня, отражающую световое излучение, кольцевую проточку 3, заполненную светорассеивающим, ослабляющим световые лучи, теплозащитным материалом (например, пористой керамикой, пористым стеклом, полупрозрачным стеклопластиком и т.п.), корпус 4 датчика, выполненный в виде трубки, которая предохраняет стержень и оболочку от повреждений и поломок под действием 35 сил и вибраций, инфракрасный фильтр

5, когорый задерживает световое излучение в области спектра с длиной волны больше 0,8 микрона, фотодиод

6, в котором световой сигнал превра- 0 щается в электрический, элемент защищаемой конструкции 7, исследуемый теплоз ащитный материал (ТЗМ) 8, который со стороны внешней поверхности годвергается воздействию высокотемпературного газа, внешнюю разрушаемую поверхность 9 ТЗМ 8., Датчик работает следующим образом.

Под действием высокотемпературного газа исследуемый ТЗМ 8 прогревается и при достижении на поверхности температуры разрушения начинает уноситься. Так как фронт прогрева опережает фронт уноса, то стержень I сначала прогревается, однако световое излучение в инфракрасной области спектра, прошедшее по датчику путем многократного отражения от оболочки

2, задерживается инфракрасным фильтром 5. Когда внешняя поверхность 9 в процессе уноса ТЗМ 8 достигает торца стержня 1, то по нему распространяется световое излучение в видимой и ультрафиолетовой области спектра, которое проходит через фильтр 5 и попадает на фотодиод 6. Излучение, падающее на входной торец прозрачного световода, распространяется по нему (благодаря полным внутренним отражениям) и выходит из противоположного торца, Для уменьшения потерь света при внутренних отражениях световоды изготовляют иэ световедущей жилы с высоким показателем п преломления, окруженной изоляционной оболочкой с меньшим показателем по преломления, В таких световодах потери света на поверхности раздела стержня (жилы) и оболочки малы даже для лучей, претерпевающих тысячи отражений.

С фотодиода снимается электрический сигнал, время регистрации которого

1317336 соответствует уносу ТЗМ 8 на величи-, ну, равную разности между исходной .толщиной ТЗМ 8 и координатой торца стержня, Стержень затем начинает разрушаться заподлицо с исследуемым ТЗМ

8. Процессу разрушения ТЗМ 8 и датчика соответствует уменьшение количества кольцевых проточек 3, запол— ненных светорассеивающим материалом.

Интенсивность световой энергии, па- 10 дающей на фотодиод 6, при этом увеличивается. Подбирая шаг размещения проточек с поглощающим материалом (например, пористой керамикой), можно добиться заданного закона изменения интенсивности световой энергии.

Амплитуда электрического сигнала, который проходит к системе регистрации выходного сигнала (не показана), будет увеличиваться. Многократное 20 переотражение световой энергии от оболочки 2 достигается подбором ма— териалов стержня и оболочки, а также величины, апертурного угла на входе в стержень. Зная тарировочную зави— симость интенсивности оптического сигнала (амплитуда электрического сигнала) от длины стержня в оболочке с проточками,.заполненными светорассеивающим материалом, по величине 30 выходного сигнала определяют толщину ТЗМ 8, причем с помощью одного стержня можно проводить несколько измерений (по количеству проточек в оболочке). Корпус 4 датчика позволя- 35 ет также закрепить размещенный в проточках светопоглощающий материал, сохранить более стабильными характеристики датчика и предохранить датчик от повреждений и поломок. Приме- 40 нение кольцевых проточек с размещенным в них светорассеивающим материалом обеспечивает возможность получать с одного световода повышенный объем информации. Например, при дос- 45 таточно большом шаге размещения проточек информация будет иметь дискретный характер, т.е. будет наблюдаться скачкообразное изменение амплитуды выходного сигнала в момент про- 50 хождения фронта уноса через очередную проточку. Если же проточки в оболочке выполнить более часто, то можно добиться более плавного изменения амплитуды выходного сигнала. Именно для второго случая важную роль при расшифровке выходного сигнала будет играть тарировочная зависимость.

Из фиг. 2 видно, что каждая проточка со светорассеивающим материалом располагается не только в оболочке, но и внутри светопрозрачного стержня. Диаметр внутреннего отверстия проточки выполняется достаточно большим, чтобы пропускать световое излучение по светопрозрачному стержню в направлении к фотодиоду. В предельном случае минимальный диаметр внутреннего отверстия проточки из условия хорошего светопропускания сигнала должен превышать примерно

20 длин волн светового сигнала, т,е. превышать примерно 20 микрон. Переменная и монотонно уменьшающаяся глубина проточек позволяет создавать внутри датчика крутые градиенты изменения амплитуды светового излучения, что обеспечивает получение требуемой чувствительности датчика для различных материалов стержня 1 и его выбранной длины, формула и з обретения

1. Датчик контроля толщины теплозащитного материала в процессе его разрушения, содержащий светопрозрачный стержень в оболочке, соединенный через инфракрасный фильтр с,фотодиодом, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности контроля, в оболочке выполнены сквозные кольцевые проточки, при этом полость проточек заполнена светорас-. сеивающим теплозащитным материалом.

2. Датчик по и, 1, о т л и ч а юшийся тем, что проточки углублены в стержень, при этом глубина проточек выполнена переменной и монотонно уменьшающейся по направлению от торца стержня к фотодиоду, 131733Ь Составитель Н, Стукова

Техред А.Кравчук

Редактор А. Ренин

Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2416/39 Тираж 776 Подпи сн ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4