Способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений объекта и устройство для его реализации

Изобретение относится к неразрушающим методам исследования твердых материалов и может быть использовано для контроля заданных параметров объектов и определения их физических характеристик. Предлагается способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений, дефектов объекта, и устройство, реализующее указанный способ, причем способ заключается в освещении объекта исследования лазерным излучением в иммерсионной среде и регистрации акустических волн, возникающих от лазерного воздействия двумя разнесенными акустическими приемниками, расположенными со стороны освещения, при одновременной регистрации акустических импульсов, прошедших через образец, также двумя акустическими приемниками. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к неразрушающим методам исследования твердых материалов и может быть использовано для контроля заданных параметров объектов и определения их физических характеристик.

Известен способ определения макрорельефа поверхности объекта, заключающийся в освещении его лазерным излучением в иммерсионной среде в сосуде и регистрации отраженных оптических волн (Патент РФ №2075883, опубликовано: Бюл. №33, 2001 г.).

Недостатками данного способа являются невозможность исследовать внутреннюю структуру объекта и ограниченные возможности в определении других параметров.

Известен лазерно-ультразвуковой дефектоскоп, содержащий, импульсный лазер, акустические приемники, помещенные в корпус и компьютер (Патент РФ №2381496, опубликовано: 10.02.2010 Бюл. №4). Это техническое решение рассматривается авторами в качестве прототипа.

Данное устройство, позволяет исследовать только внутреннюю структуру объекта, имеет низкую разрешающую способность и может работать только в контакте с объектом.

Технический результат предполагаемого изобретения - создание способа для одновременного исследования макрорельефа поверхности объекта и его внутренней структуры с сохранением при этом высокой точности измерений.

Технический результат достигается за счет того, что сначала производят импульсное освещение объекта с использованием лазера, регистрируют акустические импульсы, возникшие от теплового лазерного воздействия, двумя разнесенными акустическими приемниками, расположенными со стороны освещения, и одновременно регистрируют акустические импульсы, прошедшие через объект с противоположной стороны освещаемой поверхности, также, по меньшей мере, двумя акустическими приемниками.

Кроме того, производят последовательное вращение объекта на разных высотах его нахождения в иммерсионной среде, а также при помощи лазерных интерферометров регистрируют акустические колебания, прошедшие сквозь объект.

Для осуществления указанного способа предлагается устройство. Предлагаемое устройство имеет механический привод, связанный с объектом, позволяющий производить вращение исследуемого объекта внутри сосуда с иммерсионной средой, импульсного лазера, пар акустических приемников, установленных с противоположных сторон данного сосуда, и компьютера, который соединен с устройством управления, которое подключено к импульсному лазеру, акустическим приемникам и механическому приводу, производящему перемещение объекта.

Сущность осуществления предлагаемого технического решения показана на Фиг. 1, где изображена блок-схема устройства, где 1 - блок управления, 2 - импульсный лазер, 3 - механический привод, 4 - компьютер, 5 - исследуемый объект, 6 - сосуд, 7 - акустический приемник, 8 - интерферометр.

Устройство для реализации предлагаемого способа включает в себя блок управления 1, который посредством проводов соединен с импульсным лазером 2, механическим приводом 3 и компьютером 4. Механический привод 3 вращает и перемещает по вертикали исследуемый объект 5, находящийся в сосуде 6 с иммерсионной жидкостью. В сосуде 6 со стороны освещения лазером 2, расположены два акустических приемника 7, подключенные к компьютеру 4. С противоположной стороны сосуда 6 могут быть установлены такие же два приемника 7, или как вариант, два лазерных интерферометра 8, способные регистрировать непосредственно гидроакустические колебания поверхности объекта 5. В этом случае, они также подключены к компьютеру 4.

Способ реализуется следующим образом. Блок управления 1 инициирует лазер 2, с одновременной подачей сигнала на компьютер 4. Излучение лазера через прозрачное окно в корпусе 6 направляется на поверхность объекта исследования 5. Поперечный размер оптического пучка в фокальной плоскости составляет 50 мкм. Акустическая волна возбуждается на поверхности исследуемого образца 5 при поглощении оптического излучения и последующим за ним термоупругим расширением нагретой области. Форма и амплитуда акустического импульса, возбуждаемого в результате термоупругого эффекта, определяются интенсивностью оптического пучка, его пространственно-временными характеристиками, коэффициентом поглощения среды и граничными условиями.

Акустическая волна регистрируется с помощью двух широкополосных приемников 7, сигнал с которых подается на компьютер 4. Время распространения акустической волны от точки генерации на поверхности образца до приемника определяется расстоянием между данной точкой и приемником, а также скоростью распространения акустической волны в иммерсионной жидкости. Можно получить значение координаты точки объекта по измеренному времени задержки между лазерным и акустическим импульсами при известных условиях, как положение приемника и скорость упругой волны. Измерения формы поверхностей твердых тел базируются на возбуждении коротких акустических импульсов лазером и измерении времени задержки между лазерным и акустическим сигналами.

Вращая образец в горизонтальной плоскости, получают изображение поперечного сечения образца. При его перемещении в вертикальной плоскости и вращении получают набор сечений, что позволяет получить полную информацию об исследуемом образце. Блок управления 1 может быть выделен отдельно либо объединен с компьютером 4, где имеется программа, определяющая алгоритм работы устройства и хранятся полученные данные.

Таким образом, определяется макрорельеф поверхности исследуемого образца 5. Принимая во внимание, что акустический импульс, возбужденный термоупругим расширением, распространяется в теле образца 5, создает фазовую картину колебаний противоположной стороны образца, то в сочетании с сигналами приемников 7 получаем информацию о его структуре, дефектах и прочих характеристиках. В случае использования лазерных интерферометров 8, информация будет на порядок точнее.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство позволяют исследовать макрорельеф поверхности объекта и его внутреннюю структуру с сохранением при этом высокой точности измерений. Все признаки, отличающие предлагаемое изобретение необходимы и достаточны для его осуществления и получения заявляемого технического результата.

1. Способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений, дефектов объекта, заключающийся в освещении его лазерным излучением в иммерсионной среде и регистрации отраженных оптических волн, отличающийся тем, что производят импульсное освещение объекта, регистрируют акустические импульсы, возникшие от теплового лазерного воздействия двумя разнесенными акустическими приемниками, расположенными со стороны освещения, и одновременно регистрируют акустические импульсы, прошедшие через объект с противоположной стороны освещаемой поверхности, также по меньшей мере двумя акустическими приемниками.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производят последовательное вращение объекта на разных высотах его нахождения в иммерсионной среде.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что акустические колебания, прошедшие сквозь объект, регистрируют лазерными интерферометрами.

4. Устройство для реализации способа определения макрорельефа поверхности и внутренних включений, дефектов объекта, содержащее импульсный лазер, освещающий поверхность исследуемого объекта, помещенного в сосуд с иммерсионной средой, акустические датчики и компьютер, отличающееся тем, что оно имеет механический привод, связанный с объектом, при этом с противоположных сторон сосуда установлены две пары разнесенных акустических приемников, одна из которых расположена со стороны освещения объекта, соединенные с компьютером, который также соединен с устройством управления, подключенным к импульсному лазеру и механическому приводу.



 

Похожие патенты:

Многоканальная акустико-эмиссионная система предназначена для проведения технической диагностики и неразрушающего контроля крупногабаритных конструкций при проведении прочностных испытаний.

Использование: для мониторинга технического состояния опасных производственных объектов и объектов во взрывоопасной зоне. Сущность изобретения заключается в том, что интеллектуальный преобразователь акустической эмиссии выполнен во взрывозащищенном исполнении и содержит пьезоэлемент, частотный фильтр, малошумящий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, преобразователь выходного сигнала, управляемый формирователь импульсов, барьер искрозащиты и узел питания и управления, при этом все компоненты интеллектуального преобразователя размещены в одном малогабаритном герметичном корпусе, а управляемый формирователь импульсов выполнен с возможностью формирования импульсов высокого напряжения с заданным уровнем и демпфированием колебаний, при этом интеллектуальный преобразователь поддерживает двухстороннюю связь с контрольно-измерительной аппаратурой по двухпроводной линии.

Использование: для неразрушающего контроля с применением метода акустической эмиссии (АЭ). Сущность изобретения заключается в том, что регистрация импульсов акустической эмиссии осуществляется без применения порогового ограничения при оценке параметров импульсов акустической эмиссии и шума во временных интервалах определенной длительности, регистрация импульсов акустической эмиссии осуществляется на основании комбинированного критерия, если выполняется одна из двух статистических гипотез - гипотеза о равенстве нулю момента шестого порядка и гипотеза о различии дисперсий отсчетов сигнала акустической эмиссии, рассчитанные в соседних временных окнах, время начала импульса акустической эмиссии определяется внутри выделенного временного интервала методом кумулятивных сумм.

Использование: для контроля силовых элементов конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что многоканальная акустико-эмиссионная система контроля силовых элементов конструкций состоит из N-каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, а также устройство отображения информации, при этом в каждый из каналов дополнительно введены блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии и два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, входы которых объединены с входом блока вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, а выходы соединены с соответствующими входами устройства отображения информации.

Использование: для обнаружения и контроля кавитации внутри устройства регулирования потока, такого как регулирующий клапан. Сущность изобретения заключается в том, что система и устройство для обнаружения и контроля кавитации внутри устройства регулирования потока, такого как регулирующий клапан, содержит датчик акустической эмиссии, соединенный с устройством регулирования потока таким образом, чтобы получать акустические сигналы, обусловленные кавитацией.

Использование: для акустических измерений на промышленных предприятиях. Сущность изобретения заключается в том, что акустическая измерительная система для объекта производственного процесса содержит: акустический передатчик, установленный на объекте производственного процесса, причем упомянутый акустический передатчик включает в себя первый акустический датчик; устройство контроля процесса, предоставляющее значение, представляющее акустический сигнал вблизи объекта производственного процесса, на основании, частично, сигнала от первого акустического датчика; второй акустический датчик, предоставляющий акустическое значение; и компонент снижения шума, который использует акустическое значение от второго акустического датчика для воздействия на значение, предоставляемое устройством контроля процесса, так что значение, предоставляемое устройством контроля процесса, в большей степени представляет акустический сигнал, создаваемый объектом производственного процесса.

Использование: для неразрушающего контроля днищ вертикальных стальных резервуаров при акустико-эмиссионном методе неразрушающего контроля. Сущность изобретения заключается в том, что на днище резервуара устанавливают пъезоакустические преобразователи, создают упругую деформацию локального участка днища, регистрируют сигналы акустической эмиссии, при этом создание упругой деформации локального участка днища производят локальным охлаждением поверхности твердым диоксидом углерода, сублимация которого происходит при минус 72°C, что максимально исключает фиксацию ложных акустических сигналов.

Изобретение относится к области ультразвукового контроля изделий, имеющих плоскую или цилиндрическую поверхность. Для расширения области применения на нижней поверхности корпуса устройства имеется продольный паз, стенки которого являются опорами и боковыми стенками локальной ванны, торцевыми стенками которой являются сменные планки.

Использование: для неразрушающего контроля металлокомпозитных баков высокого давления по акустико-эмиссионным сигналам. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе нагружения баков путем постепенного увеличения внутреннего давления измеряют параметры акустико-эмиссионных сигналов, по которым определяют уровень накопленных повреждений, и по достижению параметрами критических значений принимают решение о пригодности бака к эксплуатации, при этом проводят тарировочные испытания эталонного бака до уровня не более 1,25 от заданного рабочего давления с непрерывным контролем потоков акустико-эмиссионных сигналов в композиционном материале и соответствующих им внутренних давлений в баке, проводят выделение узкополосных и широкополосных акустико-эмиссионных сигналов, соответствующих процессам разрушения матрицы и волокон композиционного материала, путем вычисления средних квадратических отклонений амплитуд узкополосных и широкополосных акустико-эмиссионных сигналов, определения критериальных параметров, соответствующих квантилям эмпирических функций распределения средних квадратических отклонений амплитуд узкополосных и широкополосных акустико-эмиссионных сигналов, уровень которых выбирается не ниже уровня средних квадратических отклонений шумового потока акустико-эмиссионных сигналов и не выше медианного значения распределения, выбора уровня порога дискриминации исходя из критериальных параметров так, чтобы порог дискриминации соответствовал не менее 75% от разницы критериальных параметров широкополосных и узкополосных акустико-эмиссионных сигналов, полученных на этапе тарировочных испытаний, нагружение каждого последующего бака производят до момента достижения критериальным параметром порога дискриминации, а решение об уровне квалификации бака принимают на основании сравнения внутренних давлений в партии баков, соответствующих порогам дискриминации.

Использование: для мониторинга степени деградации структуры материала и определения остаточной прочности изделия. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют акустико-эмиссионный (АЭ) контроль с использованием локационных групп преобразователей активной эмиссии, предусилителей и системы сбора-обработки регистрируемых массивов импульсов активной эмиссии, при этом в режиме реального времени осуществляют градацию массивов импульсов активной эмиссии по уровню относительной энергии и усредненной частоте выбросов, формируют нижний, средний и верхний кластеры в поле указанных параметров, и вычисляют процентное содержание импульсов в каждом кластере, отражающее микро-, мезо- и макроструктурные разрушения материала, причем в качестве информативных и устойчивых акустико-эмиссионных параметров для кластерного разделения сигналов используют показатель относительной энергии импульса, измеряемого в децибелах и соответствующего количеству выбросов в единицах, по которым при сопоставлении с результатами тестовых испытаний материала на разрушение определяют степень деградации и остаточной прочности изделия в зоне акустико-эмиссионного контроля, причем границы формируемых кластеров устанавливают по результатам предварительного тестирования материала изделия исходя из природы источников излучения импульсов и используемого уровня порога дискриминации сигналов.

Изобретение относится к волноводам сигналов акустической эмиссии (АЭ), предназначенным для контроля и мониторинга опасных производственных объектов или их элементов при температурах, выходящих за допустимый диапазон температуры применения преобразователя АЭ. Универсальный волновод сигналов акустической эмиссии с накладными теплоотводящими элементами отличается тем, что теплорассеивающее устройство разборное и состоит из нескольких составных элементов, позволяющих: проводить его монтаж/демонтаж во время эксплуатации волновода; переориентировать устройство под новый объект контроля, температурный режим работы или другой волновод; обеспечить компактность транспортировки и хранения, а также технологичность при изготовлении и ремонтопригодность при эксплуатации. Технический результат заключается в возможности обеспечения компактности транспортировки и хранения, а также технологичности при изготовлении и ремонтопригодности при эксплуатации. 5 ил.

Изобретение относится к неразрушающим методам исследования твердых материалов и может быть использовано для контроля заданных параметров объектов и определения их физических характеристик. Предлагается способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений, дефектов объекта, и устройство, реализующее указанный способ, причем способ заключается в освещении объекта исследования лазерным излучением в иммерсионной среде и регистрации акустических волн, возникающих от лазерного воздействия двумя разнесенными акустическими приемниками, расположенными со стороны освещения, при одновременной регистрации акустических импульсов, прошедших через образец, также двумя акустическими приемниками. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх