Способ дефектометрии плоских диэлектрических материалов

 

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля материалов и изделий путемисследования характеристик газового разряда в электрическом поле высокой напряженности и может быть использовано для решения широкого класса задач дефектоскопии в различных областях народного хозяйства. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа дефектоскопии, когда кроме наличия размеров и положения дефекта определяется дополнительно глубина залегания дефекта. Для этого после определения наличия дефекта в листовом материале по известному способу возбуждают совместно акустические и электромагнитные волны, измеряют суперпозицию электромагнитных волн, прошедших через материал и отраженных от его поверхности, и определяют глубину залегания дефекта по результатам измерений на нескольких частотах акустического воздействия. 2 ил. (Л С

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 6 01 N 27/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И,ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о

О,, QO

4 (л (61) 1550407 (21) 4635764/25 (22) 12.01,89 (46) 15.12.91. Бюл. М 46 (71) Центральное конструкторское бюро с опытным производством АН БССР (72) В.В,Кожаринов, А.Н.Швайко и Г,cb,Крутов (53) 678,019 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N . 1550407, кл, 6 01 N 27/24; 1988. (54) СПОСОБ ДЕФЕКТОМЕТРИИ ПЛОСКИХ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к методам неразрушающего контроля материалов и изделий путем исследования характеристик газового разряда в электрическом поле выИзобретение относится к методам неразрушающего контроля материалов и изделий путем исследования характеристик газового разряда в электрическом поле высокой напряженности и может быть использовано для решения широкого класса задач дефектоскопии в самых различных областях народного хозяйства.

Известен способ дефектометрии плоских диэлькометрических материалов, основанный на воздействии на материал сильного (вызывающего ионизацию) импульсного электрического поля и электромагнитного излуче- . ния. Промодулированный электромагнитный сигнал сравнивают с импульсами электрического поля и по результатам совместных измерений определяют наличие дефектов и их косни инаты в плоскости материала, . Ж „„1698725 А2 соксй напряженности и может быть использовано для решения широкого класса задач дефектоскопии в различных областях народного хозяйства. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей способа дефектоскопии, когда кроме наличия размеров и положения дефекта определяется дополнительно глубина залегания дефекта. Для этого после определения наличия дефекта в листовом материале по известному способу возбуждают совместно акустические и электромагнитные волны, измеряют суперпозицию электромагнитных волн, прошедших через материал и отраженных от его поверхности, и определяют глубину залегания дефекта по результатам измерений на нескольких частотах акустического воздействия. 2 ил, Однако данный способ не позволяет определять глубины залегания дефектов.

Цель изобретения — расширение возможностей способа путем определения глубины залегания дефектов .

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг, 2 — основные геометрические соотношения, используемые при определении координаты дефекта, Способ дефектометрии плоских диэлектрических материалов реализуют следующим образом, На исследуемый образец с двух сторон устанавливают электроды, подсоединенные к импульсному источнику высокого напряжения, т,е. помещают исследуемый материал в электрическое поле. Амплитуду напряжений устанавливают такой, чтобы

1698725 рабочая точка по напряженности находилась в области сильных полей (поле высокой напряженности), вызывающих иониэационный эффект в пространстве локальных нео- днородностей.

Один электрод имеет меньшую площадь по сравнению с другим и выполнен с профилированной поверхностью, что позволяет сформировать однородное электрическое поле в зоне исслеДования, С одной стороны исследуемый плоский диэлектрический образец облучают электромагнитным излучением и регистрируют параметры сигнала, прошедшего через образец. Электрическое поле возбуждают импульсным сигналом. Промодулированный сигнал, прошедший через образец, сравнивают с импульсным сигналом возбуждения электрического поля и по результатам совместных измерений определяют параметры дефекта, Частоту следования импульсов изменяют от нижнего до верхнего значений, которые связаны с исследуемым размером дефекта. Находят зависимость времени затухания газового разряда (r) от характерного размера дефекта (d), т.е, протяженной координаты обьема дефекта т=1(б). При частоте электрического поля F, превышающей значение 1/t для конкретного дефекта, наблюдается эффект устойчивого сни>кения проводимости, Однако при F< 1/т возникает параметрическая модуляция, которая является информативным признаком дефекта, Информация- о дефекте выделяется в результате сравнения двух частотных сигналов.

После определения наличия дефекта и определения его координаты на плоскости образца определяют глубину значения. Для этого возбуждают совместно акустические и электромагнитные волны, измеряют супер. позицию электромагнитных волн, прошедших через материал и отра>кенных от его поверхности и определяют глубину залегания дефекта по результатам измерений на нескольких частотах акустического воздействия. При этом используется ранее построенная координатная номограмма, Устройство для реализации способа содержит генератор 1 электромагнитных волн, излучатель 2, электроды 3 и 4, расположенные на поверхности исследуемого диэлектрического материала с дефектом, приемник 5, детектор 6 электромагнитного излучения, частотный детектор 7, источник

8 высокого импульсного напряжения, регистратор 9, блок 10 перестройки частоты, возбуждающий элемент 11, генератор 12 акустических сигналов, блок 13 перестройки частоты и блок 14 сравнения, Между электродами 3 и 4, соединенными с источником 8 высокого импульсного напря>кения, помещают исследуемый диэлектрический материал с,дефектом. Излучатель 2, подключенный к генератору 1, и приемник 5 расположены на .одном уровне с одним из электродов 3 малого размера, выполненного профилированным с формой электрода Роговского, у противоположных его сторон, Частота следования импульсов высокого напряжения задается блоком 10 перестройки частоты, первым выходом соединенным с входом источника 8 высокого

55 импульсного напряжения. Выход детектора

6 электромагнитного излучения соединен с измерительным входом частотного детектора 7, на опорный вход .которого подается сигнал с второго выхода блока 10 перестройки частоты. Входы регистратора 9 соединены с выходом частотного детектора 7 и третьим выходом блока 10 перестройки частоты, Возбуждающий элемент 1.1 расположен на поверхности образца и подключен к выходу генератора 12 акустических сигналов, к управляющему входу которого подключен блок 13 перестройки частоты. К второму выходу детектора 6 электромагнитного излучения подключен блок 14 сравнения.

Устройство работает следую;цим образом.

Плоский диэлектрический материал помещают между электродами 3 и 4 с излучателем 2 и приемником 5 электромагнитного излучения. Частота генерации электромагнитного излучения выбирается такой, чтобы длина волны в материале не.превышала удвоенной его толщины, Последнее условие следует из условий распространения электромагнитного излучения в волноводе, заполненном диэлектриком, При отсутствии дефекта в oR еме диэлектрического материала на выходе детектора 6 электромагнитного излучения. устанавливается постоянный уровень сигнала. Этот сигнал с выхода детектора 6 электромагнитного излучения поступает на измерительный вход частотного детектора 7, на опорный вход которого поступает переменный опорный сигнал с второго выхода блока 10 перестройки частоты, Частота опорного сигнала равна частоте перестройки выходного напряжения на выходе источника 8 высокого импульсного напряжения, На выходе частотного детектора 7 сигнал в этом случае отсутствует, так как информационный сигнал постоянен.

Устройство при наличии дефекта работает в следующем режиме, 1698725

Ig = Vg l>lV>+ Ч(Л tð.

35

С выхода источника высокого импульсного напряжения на электроды 3 и 4 подается последовательность импульсов, амплитуда которых такова, что напряженность электрического поля в газовой полости дефекта превышает пробойное значение. Частота повторения импульсов задается блоком 10 перестройки частоты, В дефекте в виде замкнутой полости газ ионизируется и проводимость его резко возрастает, Если время повторения импульсов высокого напряжения меньше времени рекомбинации заряженных частиц внутри полости дефекта и на его стенках (время затухания газового разряда), то в диэлектрическом материале постоянно существует область высокой проводимости, B противном случае область высокой проводимости (на дефекте) возникает в соответствии с частотой повторения импульсов высокого напряжения. Область высокой проводимости вызывает дополнительные потери электромагнитной энергии и, естественно, изменяется уровень сигнала электромагнитного излучения, принимаемого приемником 5. В первом случае(область высокой проводимости постоянно существует) на выходе детектора 6 уровень сигнала изменится (по сравнению с бездефектной областью), но останется постоянным, и сигнал на выходе частотного детектора 7 будет по прежнему отсутствовать. Во втором случае периодическое появление области высокой проводимости вызывает периодическое изменение уровня сигнала электромагнитного излучения на приемнике 5.

Таким образом, на выходе детектора 6 электромагнитного излучения появляется амплитудно-модулированный сигнал с частотой, равной частоте следования ионизирующих полость дефекта импульсов высокого напряжения. В этом случае на выход частотного детектора 7 подаются переменные сигналы одинаковой частоты и на

его выходе появляется сигнал максимальной амплитуды, Этот сигнал поступает на первый вход регистратора 9 и разрешает запись значения частоты повторения импульсов высокого напряжения, поступающей на второй вход регистратора 9 с третьего выхода блока 10 перестройки частоты. При наличии нескольких дефектов различных размеров, формируя пачки импульсов высокого напряжения с различной частотой повторения (уменьшая частоту), можно проводить селекцию дефектов по размерам с привлечением предварительно полученной тарировочной кривой зависимости между размерами дефекта и временем (частотой) затухания газового разряда.

По окончании измерения размеров дефекта включают генератор 12 акустических сигналов и через возбуждающий элемент 11 возбуждают в образце акустические волны, При постоянной частоте генератора 12 акустических волн через время t< на детекторе 6 электромагнитного излучения устанавливаются нулевые биения, которые фиксируются блоком 14 сравнения. При изменении частоты колебаний генератора 12 акустических сигналов по управляющему сигналу с блока

10 перестройки частоты из-за конечной скорости акустических волн на детекторе 6 электромагнитных колебаний появляется пачка импульсов.

Измерив в блоке 14 сравнения частоты длительность пачки импульсов, зная координаты на плоскости дефекта и возбуждающего элемента и скорость распространения акустических волн, рассчитывают глубину залегания дефекта.

Основные геометрические соотношения, используемые при построении координатной номограммы, изображены на фиг. 2.

Номограмма рассчитывается по формуле где V> — скорость поверхностной акустической волны;

V; — скорость акустической волны в материале;

Ь t — зона нулевых биений на временном интервале;

Ii — расстояние между возбуждающим элементом 11 и излучателем 2;

Iz — расстояние до дефекта от возбуждающего элемента 11;

1з — расстояние от излучателя 2 до электрода 3;

h — глубина залегания дефекта.

Измерения повторяют на различных частотах акустического воздействия, что позволяет определять глубины нескольких дефектов одновременно при обычной процедуре совокупных измерений.

Формула изобретения

Способ дефектометрии плоских диэлектрических материалов по авт.св. N. 1550407, отличающийся тем, что, с целью расширения воэможностей способа путем определения глубины залегания дефектов, на материал дополнительно воздействуют электромагнитными и акустическими волнами на нескольких частотах, измеряют суперпозицию электромагнитных волн, 1698725 прошедыих через материал и отраженных от его поверхности, и по результатам соео! купных измерений судят о глубинах дефектов.