СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ КОНТРОЛИРУЕМОГО ОБЪЕКТА Российский патент 2005 года по МПК G01M11/02 H04B10/08 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, конкретно к методам диагностики вида, степени и места повреждений объектов с использованием тонкопленочных оптических датчиков давления порогового типа.

Известен способ определения места повреждения (патент РФ №2009516, МПК G 01 R 31/08, публ. 15.03.94 г., БИ №8/94), включающий предварительное воздействие сигналом с заранее заданными параметрами на измеряемый объект и возбуждение электромагнитного поля с последующим измерением изменения характеристического параметра сигнала относительно эталонного параметра этого же сигнала в сочетании с использованием дополнительного воздействия на объект внешнего сигнала. Однако известный способ является достаточно трудоемким и сложным в реализации, при этом недостаточно высоки достоверность и информативность диагностики координат повреждений исследуемого объекта из-за высокой чувствительности приборов, применяемых в способе, к воздействию электромагнитных полей, в числе которых могут быть и несанкционированно наведенные поля как от внешнего источника, так и от используемых приборов.

Известен в качестве наиболее близкого по технической сущности и достигаемому техническому результату способ лабораторной диагностики повреждений контролируемого объекта путем измерения места и установления факта механического повреждения посредством измерительного прибора, выдающего измерительный сигнал, который направляется в систему регистрации (патент РФ №2128885, МПК H 04 B 100/00, публ. 10.04.99 г., БИ №10/99).

К недостаткам известного способа относится недостаточно высокая информативность его за счет отсутствия возможности регистрации местонахождения механического повреждения контролируемого объекта сложной конфигурации и в случаях наличия охраняемого или уязвимого элемента в полости контролируемого объекта.

Задача авторов предлагаемого изобретения состоит в разработке способа диагностики повреждений контролируемого объекта, обеспечивающего возможность установки тонкопленочного оптического датчика на контролируемую поверхность произвольного и сложного профиля и обеспечивающего возможности использования датчика для надежной регистрации факта и места пулеосколочного повреждения контролируемой поверхности, в том числе и на участке расположения охраняемого элемента в полости контролируемого объекта.

Новый технический результат, получаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в повышении информативности, обеспечении возможности использования тонкопленочного волоконно-оптического датчика для регистрации факта и места пулеосколочного повреждения контролируемой поверхности объекта, подвергающегося воздействию пулеосколочного поражающего элемента, в снижении энергозатрат за счет обеспечения измерений при отсутствии источника питания и в повышении надежности получаемой информации за счет исключения появления в системе регистрации каких-либо электрических потенциалов или токов.

Указанные задача и новый технический результат достигается тем, что в известном способе диагностики повреждений контролируемого объекта путем измерения места и установления факта механического повреждения посредством измерительного прибора, выдающего измерительный сигнал, который направляется в систему регистрации путем измерения места и установления факта механического повреждения посредством измерительного прибора, выдающего измерительный сигнал, который направляется в систему регистрации, в соответствии с предлагаемым способом в качестве измерительного прибора используют волоконно-оптический датчик, содержащий в качестве чувствительного элемента оптическое волокно в виде изогнутого до заданного радиуса кривизны R при выполнении условия R≤20d, где d - диаметр оптического волокна, уложенное в виде произвольной линии типа или «зигзага», или «сетки» по всей поверхности первого диэлектрического основания с заданным шагом и жестко зафиксированное между первым и дополнительным вторым диэлектрическими основаниями, выполненными из оптически прозрачного и гибкого материала и соединенными между собой в условиях термокомпрессионной сварки, при этом оптическое волокно подключено противоположными концами соответственно к источнику света и к фотоприемнику пульта опроса системы регистрации посредством ударостойких оптических разъемов, при этом оптический датчик устанавливают непосредственно на поверхности контролируемого объекта, затем осуществляют моделирование процесса повреждения контролируемого объекта под воздействием пулеосколочного элемента, а констатацию факта и идентификацию вида повреждения осуществляют путем обработки полученной информации в электронно-оптическом преобразователе пульта опроса системы регистрации.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Первоначально подготавливают волоконно-оптический датчик, используемый в качестве измерительного прибора (фиг.1), содержащий в качестве чувствительного элемента оптическое волокно (2) в виде изогнутого до заданного радиуса кривизны R при выполнении условия R≤20d, где d - диаметр оптического волокна, уложенное в виде произвольной линии типа или «зигзага», или «сетки» по всей поверхности собственного первого (3) диэлектрического основания. При этом шаг уложения задается заранее с учетом предполагаемого размера пулеосколочного элемента. Готовый датчик, представляющий собой единый, гибкий элемент, закрепляют на контролируемой поверхности (1) (фиг.1) произвольного профиля, в том числе и на участках размещения охраняемого элемента, установленного в полости контролируемого объекта. Оптический световод состоит из оболочки и сердцевины, характеризующихся разными показателями преломления света.

Поскольку показатель преломления сердцевины выше, чем оболочки, то направленное распространение света происходит благодаря многократным полным внутренним отражениям светового луча от материальной границы между ними.

На фиг.2 изображена система приборов, необходимая для реализации предлагаемого способа. В полости контейнера (2) размещен контролируемый объект с измеряемой поверхностью (1), на которой установлен волоконно-оптический датчик (3), имеющий в качестве чувствительного элемента оптическое волокно (8). Оптическое волокно подключают противоположными концами соответственно к источнику света (6) и к фотоприемнику (7) пульта опроса (5) системы регистрации посредством оптических разъемов (4). Измерительная система содержит в качестве источника света (6) такой прибор, как, например, лампу накаливания, или светодиод, или источник лазерного излучения и т.п., который пристыкован с внешней стороны к пульту опроса (5).

При реализации предлагаемого способа с источника света (6) подают в непрерывном режиме световой сигнал, который по световоду (8) поступает на ударостойкий оптичекий разъем (4) на стенке контейнера.

В тех ситуациях, когда на контролируемом объекте или на поверхности хранящегося в контейнере элемента нет повреждений и нет повреждений волоконно-оптического датчика (ВОД), световой поток проходит по световоду (8) и поступает на оптический разъем (4). Далее оптический сигнал поступает на оптический входной разъем фотоприемника (7) и идентифицируется визуально любым прибором типа светового индикатора.

Затем осуществляют моделирование процесса повреждения контролируемого объекта под воздействием пули или осколков от разрывающегося баллистического элемента на лабораторном испытательном стенде. В этот момент прекращается поступление оптического сигнала к фотоприемнику и его идентификация на световом индикаторе (экране, табло и т.п.). В пульте опроса происходит оценка состояния датчика (3) и соответственно поверхности контролируемого объекта.

После проведения испытаний проводят контрольные измерения и устанавливают факт и идентифицируют вид повреждения путем обработки полученной информации в электронно-оптическом преобразователе пульта опроса (5) системы регистрации.

В процессе наблюдений за контролируемым объектом световой импульс передается от источника света по световоду (оптическому волокну) на измерительный прибор. Оптическое волокно состоит из сердцевины и оболочки, поскольку показатель преломления сердцевины выше, чем оболочки, то направленное распространение света происходит благодаря многократным полным внутренним отражениям его от границы между ними.

При попадании поражающего элемента в датчик происходит разрыв оптического волокна в месте повреждения последнего. В результате этого прохождение светового потока или светового луча становится невозможным, что регистрируется как прекращение поступления сигнала в фотоприемнике системы опроса. Это является свидетельством факта повреждения датчика (1) (фиг.1). При отсутствии повреждения световода на выходе фотоприемника регистрируется сигнал, и это служит доказательством безаварийного состояния датчика и контролируемого объекта в пределах площади, контролируемой датчиком.

В фотоприемнике, представляющем собой совокупность полупроводниковых приборов, воспринимающих и передающих оптический сигнал, происходит формирование и регистрация измерительного сигнала, преобразование которого осуществляется в электронно-оптическом преобразователе системы регистрации (фиг.1, 5). Под действием светового излучения, передаваемого от светового излучателя к фотоприемнику, происходит изменение электрофизических параметров фотоприемника и преобразование оптического сигнала в электрический, который затем в системе регистрации преобразуется в иной заданный вид считываемого сигнала.

Экспресс-оценку состояния контролируемого объекта производят путем регистрации факта прерывания светового (или электрического) сигнала в фотоприемнике.

При использовании в предлагаемом способе волоконно-оптического датчика регистрации факта пулеосколочного повреждения поверхности контролируемого объекта не требуется для своей работы каких-либо дополнительных встроенных источников электрической энергии, электронных блоков обработки и запоминания регистрируемых сигналов, что повышает их надежность за счет исключения влияния каких-либо электрических полей. Гибкость конструкции датчика, а также отсутствие электрических линий связи (что исключает вероятность появления наведенных внешних источников электрической энергии, электрических потенциалов, токов в месте установки датчиков) позволяет разместить его на поверхности контролируемого объекта произвольного профиля, в том числе и тогда, когда последний содержит взрывоопасные элементы, чувствительные к электромагнитным полям. Это существенно улучшает безопасность применения предлагаемого способа диагностики повреждений и повышает достоверность получаемой информации.

Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый способ диагностики повреждений реализован на испытательном стенде на опытной модели контейнера в качестве контролируемого объекта. Волоконно-оптические датчики для регистрации факта пулеосколочного повреждения контейнера были установлены на внутренних стенках последнего, как это показано на фиг.2. В качестве элементов волоконно-оптического датчика использовалось оптическое волокно марки АЛ 115 А, полиимидный диэлектрический материал марки «пленка полиимидная ПМФ-351» толщиной 50 мкм (ТУ 6-19-226-89), в качестве двух его оснований. В качестве источника света использована лампа накаливания (при напряжении 28 В и мощностью 10 Вт), в качестве фотоприемника - прибор марки ФД 10 Г (германиевый элемент) и марки ФД 27 К (кремниевый элемент).

В результате проведенных экспериментов по прострелу опытной модели контейнера бронебойно-зажигательными пулями было зафиксировано надежное срабатывание системы волоконно-оптических датчиков (разрушение оптических волокон - световодов) во всех случаях проникновения сердечника пули в пределах площади, контролируемой датчиками.

Отмечено срабатывание датчиков от воздействия вторичных потоков осколков (фрагментов) пули, что также показывает высокую надежность срабатывания используемых волоконно-оптических датчиков при простреле стенок контейнера из легкого стрелкового оружия, а также экрана, защищающего хранящуюся в контейнере деталь. В качестве легкого стрелкового оружия использовались такие средства метания, как снайперская винтовка, автомат, пистолеты разных марок.

Используемые волоконно-оптические датчики не требуют источников питания, находятся в состоянии постоянной готовности к воздействующим факторам, отличаются простой схемой опроса и анализа информации, высокой надежностью срабатывания.

Экспресс-опрос датчиков можно осуществлять с помощью источников света и оптической фотоприемной головкой (фотоприемником).

Датчики могут быть выполнены любой конфигурации и любого формата и устанавливаются на поверхность любого сложного профиля. Волоконно-оптические датчики в отличие от электрических измерительных приборов не вносят электрических потенциалов и помех в местах их установки.

Таким образом, экспериментальные исследования показали, что практическое использование предлагаемого способа обеспечивает возможности использования тонкопленочного волоконно-оптического датчика для надежной регистрации факта и места пулеосколочного повреждения контролируемой поверхности объекта, подвергающегося воздействию пулеосколочного поражающего элемента, снижение энергозатрат за счет обеспечения работ при отсутствии источника питания системы измерений и повышение надежности получаемой информации за счет исключения появления в системе регистрации каких-либо электрических потенциалов или токов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики повреждений объектов с помощью тонкопленочных датчиков порогового типа. Способ реализуется путем измерения места и установления факта механического повреждения посредством измерительного прибора, выдающего измерительный сигнал, который направляется в систему регистрации. В качестве чувствительного элемента используют оптическое волокно, изогнутое до заданного радиуса кривизны, в виде произвольной линии типа или зигзага, или сетки по всей поверхности первого диэлектрического основания с заданным шагом. Волокно жестко фиксируют между первым и вторым диэлектрическими основаниями, выполненными из оптически прозрачного и гибкого материала, которые соединяют между собой в условиях термокомпрессионной сварки. Волокно подключают к источнику света и фотоприемнику пульта опроса системы регистрации через ударостойкие оптические разъемы. Оптический датчик устанавливают на поверхности контролируемого объекта, затем осуществляют моделирование процесса повреждения контролируемого объекта под воздействием пули или осколков от разрывающегося баллистического элемента, а констатацию факта и идентификацию вида повреждения осуществляют путем обработки полученной информации в электронно-оптическом преобразователе пульта опроса системы регистрации. Изобретение обеспечивает повышение надежности регистрации факта и места пулеосколочного повреждения контролируемой поверхности объекта и снижение энергозатрат. 2 ил.

Способ диагностики повреждений контролируемого объекта путем измерения места и установления факта механического повреждения посредством измерительного прибора, выдающего измерительный сигнал, который направляется в систему регистрации, отличающийся тем, что в качестве измерительного прибора используют волоконно-оптический датчик, содержащий в качестве чувствительного элемента оптическое волокно в виде изогнутого до заданного радиуса кривизны R при выполнении условия R≤20d, где d - диаметр оптического волокна, уложенное в виде произвольной линии типа "зигзаг" или "сетка" по всей поверхности первого диэлектрического основания с заданным шагом, и жестко зафиксированное между первым и дополнительным вторым диэлектрическими основаниями, выполненными из оптически прозрачного и гибкого материала и соединенных между собой в условиях термокомпрессионной сварки, при этом оптическое волокно подключено противоположными концами соответственно к источнику света и к фотоприемнику пульта опроса системы регистрации посредством ударостойких оптических разъемов, при этом оптический датчик устанавливают непосредственно на поверхности контролируемого объекта, затем осуществляют моделирование процесса повреждения контролируемого объекта под воздействием пулеосколочного элемента, а констатацию факта и идентификацию вида повреждения осуществляют путем обработки полученной информации в электронно-оптическом преобразователе пульта опроса системы регистрации.