Способ свч-дефектоскопии

 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано для СВЧ-дефектоскопии материалов. Цель изобретения - повышение точности определения глубины залегания дефекта за счет возбуждения поверхностной волны на двух частотах. Эти частоты выбираются в диапазоне, соответствующем максимально возможным размерам дефекта и его глубинам залегания. 1 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 22/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21} 4873848/28 (22) 11,10.90 (46) 15.07.92. Бюл, М 26 (71) Харьковский государственный университет им. А.M.Ãîðüêîãî (72) Н,П.Жук, Н.Н,Колчигин, О,А.Третьяков и

А.Г.Я ров ой (53) 620,179.14(088,8) (56) Заявка Франции N 2206512, кл. G 01 S 3/00, 1978, Технологический неразрушающий контроль пластмасс. Л.: Химия, 1979, с. 61 — 127.

Изобретение относится к дефектоскопии и может быть использовано для определения глубины залегания диэлектрического тела в проницаемой для электромагнитных волн среде.

Известен способ определения места нахождения тела, расположенного в диэлектрическом полупространстве, с помощью подповерхностной радиолокации. Способ заключается в облучении контролируемого объекта электромагнитным импульсом и измерении разности времен прихода импульсов, отраженных от поверхности диэлектрического полупространства и включения, Погрешность определения места нахождения тела составляет несколько длин волн и определяется возможностями аппаратуры.

Однако ввиду небольших расстояний от поверхности контролируемого объекта до дефекта (от миллиметров до деСятков сантиметров) этот способ требует излучения

„„ Ж„„1748029 Al (54) СПОСОБ СВЧ-ДЕФЕКТОСКОПИИ (57) Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано для СВЧ-дефектоскопии материалов, Цель изобретения — повышение точности определения глубины залегания дефекта за счет возбуждения поверхностной волны на двух частотах. Эти частоты выбираются в диапазоне, соответствующем максимально возможным размерам дефекта и его глубинам залегания. 1 ил. очень коротких импульсов и высокого временного разрешения. Соответствующая аппаратура является недостаточно развитой и черезмерно дорогостоящей.

Наиболее близким к изобретению является способ СВЧ-дефектоскопии, заключающийся в том, что измеряют коэффициент отражения плоской электромагнитной волны от контролируемого объекта и по его величине определяют наличие и параметры дефекта, в том числе и координаты залегания этого дефекта. Измерения коэффициента отражения проводят в широком диапазоне частот(от 30 до 40 ГГц), В результате обработки на микропроцессорном устройстве . частотной зависимости коэффициента отражения определяется глубина залегания дефекта, Способ применим для обнаружения дефектов, размеры которых больше длинь1 волны, Точное определение глубины залегания дефекта возможно лишь при использо1748029

55 вании для зондирования плоских электромагнитных волн и бесконечно большого частотного диапазона. В реальных условиях использование неплоских волн и конечного частотного диапазона приводит к появлению методической ошибки в определении глубины залегания дефекта, которая В ряде случаев может достигать десятков процентов от истинного значения. Кроме того, для реализации этого способа требуется сло>к— ная математическая обработка результатов измерений.

Цель изобретения — повышение точности определения глубины залегания дефекта, Рассмотрим однородное диэлектрическор полупространство, вкот,ором на расстоянии z = Ь от поверхности располо>кено тело с диэлектрической проницаемостью, отличной от диэлектрической проницаемости полупространства, Характерный ллнейный размер тела (например, для тела с формой шара- зто диаметр) обозначен через а, Пусть от поверхности полупространстьа

B(, зуждается поверхностная электромагнитная волна, В диэлектрическом полупространстве амплитуда поверхностной волны меняется с глубиной z по закону

Е ехр(-6,28318 у fz/Ñ), где безразмерный коэффициент ) считается известным. Коэффициент у нетрудно вычислить исходя из величины диэлектрической проницаемости полупространства и способа возбуждения поверхностной волны. Частота f этой волны удовлетворяет двум условиям, Во-первых, С/(100а) < f С/(10а), где С =3 ",Ов (м/с)— скорость света в вакууме, т.е. длина Волны электромагнитного поля на порядок больше характерного линейного размера тела, Во-вторйх амплитуда поверхностей волны на максимально возможной глубине залегания дефекта (которую обозначим через

Ьмакс) не более чем на ДВа порядка меньше амплитуды этой поверхностной волны на поверхности диэлектрического полуг.ространства, т.е. f < С/(ЗЬмакс y). Объединяя оба условия, получим С/(100а) < f «(С/(10а), С/(ЗЬмакс g) или С/(100а) < f « С/(ЗЬмакс g), так как обычно Ьмакс 10а/(3 у).

Из уравнения Максвелла следует, что в такой ситуации рассеянное дефектом злектромагни ое поле Ег на расстоянии

L» а C/f от дефекта описывается приближенным выражением

Ег. (ka) ехр(-k у Ь)/(КЦ; k = 6,28318f/Ñ.

Коэффициент пропорциональности в этом выражении зависит от формы и материала дефекта, расположения точки наблюдения и определяется экспериментально, Из вышеприведенного выра>кения и закона сохранения энергии нетрудно получить, что разность между мощностями поверхностной волны в начале (Р,) и в конце (Р ) распространения пропорциональна

Р» - Рк (ke) ехр(-2kу Ь)/k2, Здесь коэффициент пропорциональности слабо зависит от размеров дефекта и частоты поверхностной электромагнитной волны и не зависит от глубины залегания дефекта, Находя разность мощностей повепхностных волн на двух фиксированных частотах из вышеуказанного интервала и вычисляя отношение этих разностей, можно определить глубину залегания дефекта Ь, а

РВ1 — Рк1 г1 — exp(-12,5664 У Ь((1 - 12)/С), В2 Рк2 т2 где нижним индексом "1" обозначены вели-ины, измеренные на частоте f1, а индекс "2" — на частоте t2. Видно, что отношение интенсивностей рассеянных дефектов электромагнитных полей на двух различных частотах оказывается не зависящим от размеров, формы и материала дефекта. Обращая последн ою формулу относительно глубины залегания дефекта, получим

Ь =- С 4i,(Л2) - п((Р - P;1)/(p

-Рк2)))/(12,5664 у (f1 - f2)).

Эта формула определяет процедуру обработки результатов измерений.

На чертеже изображена установка, с помощью которой. реализуется предлагаемый способ.

Установка состоит из двухступенчатого генератора 1, соединенного через делитель

2 мощности с измерителем 3 мощности и устролством 4, возбуждающим поверхностные электромагнитные волны, Последнее через устролство 5, направляющее поверхностные волны, соединено с прлемником 6 поверхностных волн, который соединен с измерителем 7 мощности, Установка работает следующим обраЗОМ.

Устройство 5, направляющее поверхностные волны, приводится в контакт с исследуемым иэделием 8, содержащим дефект 9.

С помощью генератора 1 возбуждаются электромагнитные колебания на частоте f1.

Мощность этих колебаний делится поровну на делителе 2 мощности и направляется в измеритель 3 мощности и устройство 4, ВОзбуждающее поверхностные электромагнитные Волны. Мощность поверхностной волны, возбуждаемой устройством 4, равна мощности РВ1, регистрируемой измерителем 3 мощности . Поверхностная электромагнитная волна, распространяясь по

ПОВерхности исследуемого изделия 8 Вдоль

1748029 устройства 5, направляющего поверхностные волны, взаимодействует с дефектом 9, из-за чего уменьшается ее мощность, После взаимодействия с дефектом поверхностная волна попадает на приемник 6 поверхностных волн, который преобразует ее в электромагнитные колебания, мощность которых

Рх1 рЕГИСтрИруЕтСя ИЗМЕрИтЕЛЕМ 7 МОЩНОсти. Затем генератором 1 возбуждаются электромагнитные колебания на частоте f2 и измеряются мощности поверхностной электромагнитной волны в начале распространения {Рн2) с помощью измерителя 3 мощности и в конце распространения (Рк2) с помощью измерителя 7 мощности. Измеренные величины подставляются в формулу

41@1 — 121 I fPè — Рк1 /P 2 — Р42

12, 5669 )/ (f1 . f2 по которой oflpåäeëÿåòñë глубина залегания дефекта.

Проведено математическое моделирование процесса измерений, Предложено, чта в однородном диэлектрическом полупространстве, моделируюгдем изделие, на глубине z = 0,0124 м расположен диэлектрический шар диаметром а = 0;003 м и диэлектрической праницаемостью e= 4 ед. СГСЕ, моделирующий дефект. Вдоль поверхности полупространства распространялась поверхностная волна с 0,5. В результате математического моделирования процесса измерений получено, чта на частоте f1 = 10

1О

Гц разность мощностей поверхностной волны в начале и в конце распространения вдоль палупрастранства равна ЛР1 = 36 l0

Вт, а на частоте f2 = 2f1 — ЛР2 = 5,43 10 Вт.

Подставляя расчетные значения в формулу для определения глубины залегания дефекта, получим Ь = 0,0123 м. Таким образом, относительная погрешность способа састаВилЯ 0,5%.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемый способ позволяет: определять глубину залегания дефектов с размерами, на порядок меньшим длины волны, С Отнасительной ошибкой порядка 1%, в то время как в прототипе погрешность определения глубины залегания дефекта составляет 1020%; упростить по сравнению с прототипом обработку результатов измерений, исключив необходимость численного решения интегрального уравнения, Кроме того, предлагаемый способ не требует абсолют5 ных измерений мощности поверхностной волны, а лишь разности мощностей этой волны в начале и в конце ее распространения вдаль поверхности исследуемого изделия, позволяет также устранить вредные

10 .условия труда, обусловленные излучением пространственных электромагнитных волн, Формула изобретения

Способ СВЧ-дефектоскопиик заключающийся в том, чта регистрируют характери15 cTlflKll электромагнитного СВЧ-поля контролируемом объекте на нескольких частотах и па этим характеристикам апределякт параметр дефекта в объекте, от л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

20 точности определения глубины залегания дефекта, воздействуют на контролируемый объект поверхностной электромагнитной волной и измеряют изменение мощности этой волны при взаимодействии с дефектом

25 на двух фиксированных частотах в диапазоне С/(100а) < f < С/(3 1/ Ь с), а глубину залегания дефекта определяют согласно выражению

ЭО 441 211 — 12) — QPк! — Рк1 /РР2 — Р42/2

12, 5994 У (11 — 12 где f1, 9 — значение фиксированных частот, Гц;

35 С=3,10 м/с-скоростьсветаввакууме;

8 у — безразмерный коэффициент, зависящий от спосооа возбуждения поверхностной электромагнитной волны; .РН1 и Р„1 — мощности поверхностной

40 волны в начале и в конце ее распространения вдоль поверхности исследуемого объекта на частоте f1, Рн2 и Рк2 — моЩности повеРхностнай волны в начале и в конце ее распростране45 ния вдоль поверхности исследуемого объекта на частоте f2

Ь вЂ” глубина залегания дефекта, м;

Ьмакс МЯКСИМЯЛЪНО ВОЗМажНЯЯ ГЛубИНЯ залегания дефекта, м;

50 а — максимальный линейный размер дефекта, м.

1748029 дуеыое е

Составитель А,Яровой

Редактор M.Áàíäóðà Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор А.Вороьич

Заказ 2499 T_#_pBK Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101