СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1996 года по МПК G01N27/20 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля различного рода изделий и может найти применение в тех областях науки и техники, где требуется определение внутренней структуры объекта, а также дефектоскопический контроль объекта.

В настоящее время широкое распространение получили радиационные томографические методы. Они позволяют определить линейный коэффициент поглощения излучения в любой точке исследуемого объекта и тем самым найти количественную характеристику вещества, из которого состоит объект, сущность этих методов заключается в получении плоских срезов исследуемого объекта в результате проведения ряда просвечиваний объекта вдоль различных прямых, лежащих в одной плоскости, регистрации интенсивности прошедшего излучения с последующей математической обработкой этих данных [1]
К недостаткам томографических методов следует отнести необходимость применения ионизирующего излучения, что во многих случаях является нежелательным фактором, а также то, что установка для проведения томографических исследований сложна в изготовлении, эксплуатации и имеет высокую стоимость.

Прототипом изобретения является электрический метод контроля [2] он заключается в следующем. К локальной области исследуемого объекта прикладывают несколько электродов (обычно четыре), близко расположенных друг к другу, через исследуемый объект пропускают электрический ток, подключив два электрода к источнику тока, на двух других измеряют разность потенциалов. По результатам измерений можно составить представление о строении исследуемого объекта в слое, прилегающем к его поверхности, выявить наличие поверхностных трещин, определить толщину плоского объекта.

Основным недостатком электрического метода контроля является то, что он не позволяет получить количественные характеристики исследуемого объекта для точек, которые не расположены вблизи поверхности объекта.

Техническим результатом изобретения является устранение указанного в прототипе недостатка, нахождение удельной проводимости в любой точке исследуемого объекта.

Технический результат достигается способом неразрушающего контроля, заключающегося в подсоединении к исследуемому объекту основных электродов, а на заданном расстоянии от основных дополнительных электродов в пропускании электрического тока через объект, нахождении в местах подсоединения значений токов и потенциалов, построении внутри объекта пространственно-координатной сетки, в узлах которой находят удельную проводимость, определении по полученным данным структуры исследуемого объекта и выявлении ее дефектов.

Перейдем к описанию метода и математического аппарата, позволяющих осуществить поставленную задачу.

Через исследуемый объект пропускают электрический ток, это достигают тем, что к поверхности объекта прикладывают электроды, в местах соединения исследуемого объекта с электродами обеспечивают хороший электрический контакт, приложенные электроды подсоединяют к источникам напряжений или токов. На каждом из электродов задают (в результате его подсоединения к источнику с известными характеристиками) или измеряют, или определяют каким-либо способом значение напряжения и тока. Проведя интерполяцию, а в случае необходимости и экстраполяцию, приближенно находят значение потенциала в каждой точке поверхности объекта и значение тока, втекающего в объект или вытекающего из него. Эти данные позволяют найти приближенное значение удельной проводимости в любой точке, лежащей внутри объекта, если эта точка не окружена изолирующим веществом.

Для удельной проводимости введено обозначение
σ σ (x,y,z),
для напряжения введено обозначение
u u (x,y,z).

Известно, что в случае отсутствия источников тока внутри исследуемого объекта функции σ (x,y,z) и U(x,y,z) связаны между собою следующей зависимостью
+ + =0 (1)
или, что то же самое
div + + =0, (2) где , , единичные векторы, направленные по координатным осям.

В нашем случае уравнение (1) содержит две неизвестные функции σ(x,y,z) и u (x,y,z).

Пользуясь тем, что на границе исследуемого объекта известны значения токов и напряжений, можно найти приближенное значение функций и в любой точке, лежащей внутри исследуемого объекта. Эта задача не имеет аналитического решения, поэтому для нахождения функций необходимо использовать численные методы, которые позволяют от дифференциального уравнения (1) перейти к системе линейных алгебраических уравнений. Для этого запишем уравнение (2) в интегральной форме
+ + dS=0, (3) где S произвольная замкнутая поверхность,
+ +
проекция вектора
+ +
на нормаль к поверхности.

Введены обозначения
A B C
Построена сетка по пространству, занимаемому исследуемым объектом. Выбрав специальным образом поверхности, по которым производится интегрирование, и заменив интегрирование суммированием, можно составить систему линейных алгебраических уравнений, содержащую в качестве неизвестных значения функций А, В, С в узлах сетки, после чего находим приближенное значение удельной проводимости.

Описанная методика может быть применена для исследования объектов, которые имеют незначительную толщину. В этом случае электроды прикладывают к краю исследуемого объекта, пропускают через него электрический ток, определяют значения напряжений и токов в точках, расположенных на краю объекта, после проведения численных расчетов находят приближенное значение удельной проводимости в интересующих исследователя точках. Исследуемый объект может быть и не плоским.

В качестве практической апробации изобретения была составлена программа для вычисления на ЭВМ и проведены численные расчеты по нахождению структуры применительно к объектам простой геометрической формы (прямоугольным параллелепипедам) для воспроизведения структуры изделий с имитацией наличия внутри объекта пустот различных размеров и для непрерывного распределения проводимости по объекту.

Для исследования плоского объекта был поставлен следующий эксперимент, для которого использовался токопроводящий материал. Из него вырезался кусок прямоугольной формы размерами 100 и 120 мм. К каждой короткой стороне было подведено десять электродов. Каждый электрод представлял собой медную пластину шириной 5 мм. Электроды захватывали 5 мм материала от края, к каждому электроду был подпаян провод. Электроды, расположенные на одной короткой стороне прямоугольного куска, были посредством проводов подсоединены к медной пластине. Электроды, расположенные на другой короткой стороне, были подсоединены к другой медной пластине. На медные пластины подавалась разность потенциалов 2В. К каждой из длинных сторон тоже было подведено по 10 электродов, ширина каждого 5 мм, они захватывали 5 мм ткани от края, крайние из этих электродов отстояли на расстоянии 2 мм от электродов, приложенных к коротким сторонам. Остальные были расположены равномерно по длинным сторонам. На эти электроды напряжение не подавалось, они служили для обеспечения хорошего контакта при проведении измерений. Так как нормальная составляющая тока на длинных сторонах равнялась нулю, то на электродах, приложенных к длинной стороне, измерялось только напряжение. Напряжение на электродах, приложенных к коротким сторонам известное, ток на каждом из этих электродов измерялся следующим образом. Провод, соединяющий электрод с медной пластиной, отсоединялся от пластины, в этот участок цепи включался прибор, регистрирующий величину тока. Все измерения проводились вольтметром В7-40/4, который в результате выбора режима может измерять напряжение, ток и сопротивление.

Были исследованы два образца. В центре одного было прорезано отверстие диаметром 45 мм, в другом центр отверстия был расположен на расстоянии 45 мм от короткой стороны и на равном расстоянии от длинных сторон, диаметр отверстия равнялся 35 мм. В результате численной обработки на ЭВМ было выявлено наличие отверстий, найдены их контуры. Это позволяет сделать вывод, что изобретение найдет практическое применение.

Использование: дефектоскопический контроль объектов. Сущность изобретения: способ неразрушающегося контроля объектов заключается в том, что к исследуемому объекту подсоединяют электроды, пропускают через исследуемый объект электрический ток, находят в местах подсоединения электродов значения токов и потенциалов. Внутри объекта строят пространственно-координатную сетку, в узлах которой в результате расчетов на ЭВМ находят удельную проводимость. По полученным данным определяют структуру исследуемого объекта и ее дефекты.

СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ, заключающийся в том, что к исследуемому объекту подсоединяют электроды, пропускают через исследуемый объект электрический ток, находят в местах подсоединения электродов значения токов и потенциалов, отличающийся тем, что к поверхности исследуемого объекта на заданном расстоянии от основных электродов подсоединяют дополнительные электроды, в местах подсоединения определяют ток и потенциал, строят внутри объекта пространственно-координатную сетку, в узлах которой находят удельную проводимость, по полученным данным опеределяют структуру исследуемого объекта и ее дефекты.