Способ определения дефектов материала

Изобретение относится к контрольно-диагностическим технологиям, может быть использовано для обнаружения и исследования дефектов материала, определения его размеров и идентификации его по химическому составу и дает возможность проводить работы на любых поверхностях, например, интерьеров и экстерьеров музейных комплексов. Способ определения дефектов материала заключается в предварительном визуальном определении участка поверхности материала с дефектом путем наведения камеры тепловизора на исследуемый участок поверхности и измерении температурного поля на поверхности материала по шкале тепловизора для выявления наличия температурных пиков на поверхности материала. При этом исследуемый материал облучают электромагнитным излучением на длине волны в области характеристической полосы поглощения материала дефекта, идентифицирующей химический состав вещества дефекта. По наличию контрастных участков в поле тепловизора определяют наличие дефектов, их химический состав и координаты местоположения. Технический результат - повышение информативности результатов исследований. 3 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-диагностическим технологиям, в частности к способам обнаружения и исследования дефектов материала, определения его размеров и идентификации его по химическому составу и дает возможность проводить работы на любых поверхностях, например, интерьеров и экстерьеров музейных комплексов.

Известен способ определения дефектов в материалах с помощью тепловизора (Вавилов В.П., Климов А.Г. Тепловизоры и их применение. - М.: Интел универсал, 2002, с. 7), заключающийся в регистрации теплового излучения твердых тел (дефекта) тепловой камерой тепловизора и определении наличия зон с пиковыми значениями температур. Недостатком аналога является невозможность идентифицировать дефект с определенным химическим составом вещества, а так же его координату.

Известен способ определения дефектов в материалах, выбранный в качестве прототипа (Вавилов В.П., Климов А.Г. Тепловизоры и их применение. - М.: Интел универсал, 2002, с. 23), заключающийся в предварительном визуальном определении участка поверхности материала с дефектом, проецировании камеры тепловизора на исследуемый объект, измерении распределения температурного поля на данной поверхности, выявлении наличия температурных пиков на поверхности объекта, по которым делается вывод о наличии дефекта на рассматриваемом участке поверхности. Недостатком прототипа является то, что для оптически непрозрачных объектов тепловизионные устройства фиксируют исключительно поверхностные эффекты: температуру поверхности и величину коэффициентов излучения (поглощения) и отражения. Внутренние феномены могут проявляться (появление температурных пиков на экране тепловизора) на контролируемой поверхности благодаря тому или иному механизму теплопередачи, что обуславливает невозможность идентифицировать дефект с определенным химическим составом вещества, а также его координату.

Техническим результатом заявляемого способа является определение химического состава, дефект и координаты его местоположения.

Способ определения дефектов материала, заключается в предварительном визуальном определении участка поверхности материала с дефектом, наведении камеры тепловизора на исследуемую поверхность и одновременном сканировании исследуемого участка поверхности материала лучом лазера на длине световой волны в области характеристической полосы поглощения, идентифицирующей химический состав вещества дефекта, после чего измеряют распределение температурного поля на данной поверхности и выявляют наличие температурных пиков на поверхности материала, что позволяет по наличию контрастных участков в поле тепловизора определить наличие дефектов, их химический состав и координаты местоположения.

Координаты дефекта по вертикальной и горизонтальной осям определяют в процессе сканирования поверхности лучом лазера и камерой тепловизора. В процессе сканирования на снимках, полученных камерой тепловизора, выявляют зоны с температурой, существенно отличающейся от основного фона, вследствие эффекта поглощения излучения лазера в области характеристических полос поглощения вещества материала. Границы таких участков являются границами дефекта, а координаты этих участков являются координатами дефекта. Длительность облучения материала лучом лазера определяет глубину, на которой расположен дефект. При одинаковой длительности облучения материала дефект, находящийся на поверхности образца, получит большее количество энергии, чем дефект, находящийся в объеме. Это обусловлено тем, что при прохождении излучением границы раздела сред воздух-материал часть энергии источника излучения теряется при отражении. По мере прохождения излучения лазера вглубь материала часть энергии источника также теряется вследствие рассеяния. Величина этих потерь зависит от глубины, на которой находится дефект. В результате поглощения излучения лазера на длине световой волны в области характеристической полосы поглощения, идентифицирующей строение вещества дефекта, появляется контраст между температурным фоном и температурой дефекта вследствие точечного повышения температуры вещества, имеющего характеристические полосы поглощения, совпадающие с длиной волны лазерного излучения. Длину волны излучения лазера выбирают в области поглощения излучения, соответствующей определяемому материалу дефекта. Вариации источника излучения по выходной мощности и размеру изображения источника излучения позволяют определить координаты и химическое строение дефекта. Определение наличия дефекта, его химического состава и координат стало возможным благодаря тому, что в предлагаемом способе одновременно используется тепловизор, а также независимый источник излучения (лазер), работающий на длине световой волны поглощения дефекта.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

На фиг. 1 изображена принципиальная схема мехатронного комплекса.

На фиг. 2 изображен график зависимости поглощения от волнового числа.

На фиг. 3 изображена фотография дефекта, полученная тепловизионной камерой.

Для реализации заявляемого способа сконструирован макет мехатронного комплекса, который включает лазер 1, тепловизор 2, манипулятор 3, тележку 4. Лазер 1 и тепловизор 2 жестко закреплены на манипуляторе 3 с помощью крепежного элемента. Манипулятор 3 установлен на тележку 4 и фиксируется с помощью разъемного соединения. Такая конструкция позволяет производить съемку с заданным шагом для проведения максимально точного измерения и выявления дефекта. Манипулятор 3 позволяет перемещать лазер и тепловизор в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Способ осуществляется следующим образом (применительно к биозаражению поверхности материала).

Для проведения эксперимента предварительно визуально определяют места с дефектом. Измерительные приборы тепловизор 2 и лазер 1 с перестраиваемой длиной волны устанавливают на манипулятор 3. Мехатронный комплекс устанавливают на горизонтальную поверхность на расстоянии, необходимом для проведения измерений, которое определяется температурной чувствительностью тепловизионной камеры. Затем лазер 1 и тепловизор 2 перемещают с помощью манипулятора 3 относительно поверхности исследования. Далее производят измерение распределения температурного поля на данной поверхности и выявляют наличие температурных пиков, по которым делается вывод о наличии дефекта на рассматриваемом участке поверхности.

Пример реализации способа в случае определения дефектов, возникающих при биозаражении. При обследовании поверхности на предмет биозаражения предварительно выполняют визуальное обследование поверхностей с фотофиксацией. Определяют места с повышенным риском заражения биодеструкторами, например в местах протечек, с повышенной запыленностью и т.д. Визуальное обследование может дать представление о следах биозаражения, однако уточненные данные получают после взятия проб с поверхности и последующего анализа в лабораторных условиях.

На фиг. 2 изображен спектр поглощения оливкового масла, следы появления которого часто связаны с нахождением на поверхности микроорганизмов.

На фиг. 3 затемненные точки в местах появления биодеструкторов на экране тепловизора будут более контрастными при поглощении излучения в области 1000 см-1, 1800 см-1, 3000 см-1. Зоны с повышенной концентрацией воды или имеющие характеристические полосы поглощения, позволяющие идентифицировать вещество, будут видны с большим контрастом при облучении лазером в 3 мкм.

Из фиг. 2 и фиг. 3 следует, что использование лазеров с длиной волны излучения в области от 1-3 мкм позволяет расширить поле информации предлагаемого мехатронного комплекса.

На фиг. 3 показано место облучения лазером на длине волны 0,63 мкм исследуемого объекта. Изображение источника излучения имеет высокую контрастность по отношению к фону.

Таким образом, способ позволяет определить наличие дефектов, их химический состав и координаты местоположения дефекта, проводить работы на любых поверхностях, например, интерьеров и экстерьеров музейных комплексов.

Способ определения дефектов материала, заключающийся в предварительном визуальном определении участка поверхности материала с дефектом путем наведения камеры тепловизора на исследуемый участок поверхности и измерении температурного поля на поверхности материала по шкале тепловизора для выявления наличия температурных пиков на поверхности материала, отличающийся тем, что исследуемый материал облучают электромагнитным излучением на длине волны в области характеристической полосы поглощения материала дефекта, идентифицирующей химический состав вещества дефекта, и по наличию контрастных участков в поле тепловизора определяют наличие дефектов, их химический состав и координаты местоположения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методике теплопрочностных испытаний носовых обтекателей и передних кромок воздухозаборника гиперзвуковых летательных аппаратов (далее ГЛА) с помощью инфракрасных нагревателей по программе гиперзвукового полета и касается способа создания большой величины плотности теплового потока (4-5 МВт/м2) и последующей передачи его на испытываемый объект в очень короткий срок (менее 0,1 с), в частности, на самую переднюю часть носового обтекателя или переднюю кромку воздухозаборника.

Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для лазерного отжига пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля шероховатости поверхностного слоя металла контролируемого изделия.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества композитных броневых преград. Способ включает установку броневой преграды перед пластиной из пластичного материала, направление с заданной скоростью поражающего элемента на броневую преграду.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных конструкций из композитных материалов на основе результатов теплового контроля.

Изобретение относится к области безопасного применения полимерных композиционных материалов в конструкциях корпуса возвращаемого аппарата пилотируемого космического корабля.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения исправности бурового оборудования. Описывается система и способ определения исправности бурового оборудования.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на конструкцию летательного аппарата в наземных условиях и может быть использовано при стендовых испытаниях.

Изобретение относится к способам обнаружения воздушной полости в строительной плите на основе гипса и к способам изготовления строительной плиты на основе гипса. Способ включает формирование строительной плиты на основе гипса с предварительно заданной формой.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества композитных броневых преград. Заявлено устройство теплового контроля качества композитных броневых преград на основе анализа энергии поглощения поражающего элемента, включающее устройство для стрельбы, расположенное между подложкой и устройством для стрельбы на траектории полета поражающего элемента устройство для измерения скорости полета поражающего элемента на выходе устройства для стрельбы, подложку из пластичного материала.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, биологии и физиологии растений. Способ заключается в измерении оптических характеристик.

Изобретение относится к области аналитической химии и касается способа определения амина в образце. Сущность способа заключается в контактировании образца, содержащего амин, с раствором соли, содержащей 2,2',2”,6,6',6”-гексаметокситритильный карбокатион, и последующем определении конъюгатов методами высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии.

Использование: для исследования нелинейного спинового резонанса в объемных, тонкопленочных и двумерных полупроводниковых наноструктурах. Сущность изобретения заключается в том, что для исследования нелинейного спинового резонанса образец охлаждают, воздействуют на него изменяющимся постоянным и слабым переменным магнитным полем, изменяющимся со звуковой частотой Ω, воздействуют на образец двумя когерентными излучениями: мощным излучением накачки и слабым тестовым излучением, имеющими правую круговую поляризацию, регистрируют сигнал, пропорциональный второй производной мощности тестового излучения на частоте 2Ω, определяют резонансное магнитное поле, исследуют форму кривой нелинейного спинового резонанса, совмещенные когерентные излучения направляют параллельно постоянному магнитному полю, определяют g-фактор исследуемого полупроводника.
Изобретение относится к области аналитической химии элементного анализа и может быть использовано для лазерно-искрового эмиссионного определения мышьяка в пищевом сырье и продуктах питания.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для создания распределительных систем измерения температуры и деформации. Бриллюэновская система для отслеживания температуры и деформации содержит одно- или двухстороннее волокно с множеством волоконных брэгговских решеток (ВБР) на разных длинах волн и лазерную систему с задающей накачкой, настраиваемую в диапазоне существенно большем, чем бриллюэновский сдвиг.
Изобретение относится к области аналитической химии элементного анализа и может быть использовано для лазерно-искрового эмиссионного определения свинца, кадмия, меди, цинка в пищевом сырье и продуктах.

Изобретение относится к системам сигнализации и основано на использовании четырехкомпонентного настраиваемого лазера, работающего в средней части инфракрасного (ИК) диапазона для одновременного измерения и частиц, и газа.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. .

Изобретение относится к способам определения кристаллизации и образования льда тяжелых изотопных видов воды в природной, при ее равномерном охлаждении, и применяется в датчиках кристаллизации установок разделения легкой и тяжелых вод.

Изобретение относится к обнаружению дефектов газо- и нефтепроводов на основании многомерных спектральных характеристик каждой мишени. .

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к способам обогащения различных пород полезных ископаемых по их теплофизическим свойствам, и может быть использовано при сепарации минеральных частиц, в том числе алмазосодержащей породы, на различных этапах.

Изобретение относится к контрольно-диагностическим технологиям, может быть использовано для обнаружения и исследования дефектов материала, определения его размеров и идентификации его по химическому составу и дает возможность проводить работы на любых поверхностях, например, интерьеров и экстерьеров музейных комплексов. Способ определения дефектов материала заключается в предварительном визуальном определении участка поверхности материала с дефектом путем наведения камеры тепловизора на исследуемый участок поверхности и измерении температурного поля на поверхности материала по шкале тепловизора для выявления наличия температурных пиков на поверхности материала. При этом исследуемый материал облучают электромагнитным излучением на длине волны в области характеристической полосы поглощения материала дефекта, идентифицирующей химический состав вещества дефекта. По наличию контрастных участков в поле тепловизора определяют наличие дефектов, их химический состав и координаты местоположения. Технический результат - повышение информативности результатов исследований. 3 ил.

Наверх