СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШЕНИЙ РАСПОЛОЖЕНИЯ ВОЛОКОН В ПРОВОДЯЩЕМ КОМПОЗИЦИОННОМ МАТЕРИАЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШЕНИЙ РАСПОЛОЖЕНИЯ ВОЛОКОН В ПРОВОДЯЩЕМ КОМПОЗИЦИОННОМ МАТЕРИАЛЕ Российский патент 2019 года по МПК G01N27/90 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к способу обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале и устройству для обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале.

Приоритет испрашивается согласно японской патентной заявке №2015-200887, поданной 9 октября 2015 г, содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Уровень техники

[0002] В проводящих композиционных материалах, в которых наслоено друг на друга множество препрегов, полученных путем пропитывания проводящей волокнистой ткани, например углеродной ткани, термореактивной смолой или термопластичной смолой, в процессе производства могут возникать нарушения расположения волокон. Например, способ обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале может включать ультразвуковой контроль (см., например, Патентную литературу 1).

Список ссылок

Патентная литература

[0003]

[Патентная литература 1] Японская нерассмотренная патентная публикация №Н02-150765.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая задача

[0004] Тем не менее, если утвержден этот ультразвуковой контроль, нарушение расположения волокон может быть обнаружено неточно ввиду обстоятельств нарушения расположения волокон. Вместо этого способа может быть утвержден способ обнаружения нарушений расположения волокон посредством прикрепления электродов к образцу, подачи тока в образец и обнаружения изменений в магнитном поле. Однако прикрепление электродов согласно этому способу может быть затруднено или может отнимать много усилий. Таким образом, в качестве способа обнаружения нарушений расположения волокон необходим простой способ обнаружения, не отнимающий много усилий. Необходим способ обнаружения, который может быть применен для точного обнаружения нарушений расположения волокон без приложения больших усилий.

[0005] Настоящее изобретение было сделано для решения вышеуказанных задач и иллюстрирует способ и устройство для обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале, которые могут быть применены для легкого и точного обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале.

Решение задачи

[0006] Способ обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале согласно аспекту настоящего изобретения - это способ обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале с использованием проводящих волокон, который включает:

этап размещения катушки в положении, в котором катушка обращена к поверхности проводящего композиционного материала, так что торец катушки перпендикулярен указанной поверхности;

этап размещения блока измерения магнитного поля в положении, в котором блок измерения магнитного поля обращен к поверхности проводящего композиционного материала, так что направление магниточувствительной оси горизонтально относительно указанной поверхности и параллельно торцу катушки; и

этап обнаружения участка, на котором имеется нарушение расположения волокон в проводящем композиционном материале, посредством измерения магнитного поля с помощью блока измерения магнитного поля.

Полезные эффекты

[0007] Согласно данному аспекту настоящего изобретения, можно легко и точно обнаружить нарушения расположения волокон в проводящем композиционном материале.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг. 1(a) - это схема, иллюстрирующая устройство для обнаружения изгибов волокон, используемое для осуществления способа обнаружения изгибов волокон в проводящем композиционном материале согласно варианту реализации настоящего изобретения, и фиг. 1(b) - это схема в перспективе слоистой структуры проводящего композиционного материала.

Фиг. 2(a) - это схема общих конфигураций катушки и датчика магнитного поля, и фиг. 2(b) - это схема вихревых токов, создаваемых катушкой.

Фиг. 3(a) - это схема направлений сканирования катушкой и датчиком магнитного поля, и фиг. 3(b) - это схема общей конфигурации катушки и датчика магнитного поля при взгляде в поперечном направлении.

Фиг. 4 - это схема зависимости между направлением магниточувствительной оси и направлением тока, при этом (а) иллюстрирует состояние, в котором проводящие волокна не изгибаются, и (b) иллюстрирует состояние, в котором проводящие волокна изгибаются.

Фиг. 5(a), 5(b) и 5(c) - это схемы интенсивностей магнитного поля в каждом направлении, и фиг. 5(d) - это график интенсивности магнитного поля в положении линии DL.

Фиг. 6(a) - это конфигурация проводящего композиционного материала, использованного в примере, и фиг. 6(b) - это схема результатов контроля согласно указанному примеру.

Фиг. 7 - это схема катушки и датчика магнитного поля согласно модификации.

Фиг. 8 - это график зависимости между направлением магниточувствительной оси и интенсивностью магнитного поля.

Осуществление изобретения

[0009] Способ обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале согласно аспекту настоящего изобретения - это способ обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале с использованием проводящих волокон, который включает:

этап размещения катушки в положении, в котором катушка обращена к поверхности проводящего композиционного материала, так что торец катушки перпендикулярен указанной поверхности;

этап размещения блока измерения магнитного поля в положении, в котором блок измерения магнитного поля обращен к указанной поверхности проводящего композиционного материала, так что направление магниточувствительной оси горизонтально относительно указанной поверхности и параллельно торцу катушки; и

этап обнаружения участка, на котором имеется нарушение расположения волокон в проводящем композиционном материале, посредством измерения магнитного поля с помощью блока измерения магнитного поля.

[0010] Согласно данному способу обнаружения изгибов волокон в проводящем композиционном материале, катушку размещают в положении, в котором она обращена к поверхности проводящего композиционного материала, так что торец катушки перпендикулярен указанной поверхности, и благодаря этому на проводящем композиционном материале могут быть созданы вихревые токи. Кроме того, блок измерения магнитного поля размещают в положении, в котором он обращен к проводящему композиционному материалу, что позволяет измерять магнитное поле, создаваемое вихревыми токами. Таким образом, катушка размещена в положении, в котором она обращена к проводящему композиционному материалу, и в этот материал может быть подан ток. То есть больше не требуется работы или нечто подобного по прикреплению электродов к проводящему композиционному материалу. Соответственно, можно легко обнаружить нарушение расположения волокон проводящего композиционного материала. В данном случае, в результате серьезных исследований авторы настоящего изобретения обнаружили, что блок измерения магнитного поля был размещен таким образом, что направление магниточувствительной оси было горизонтально относительно поверхности проводящего композиционного материала и параллельно торцу катушки, благодаря чему участок, на котором имеется нарушение расположения волокон в проводящем композиционном материале, может быть обнаружен точно в отличие от случая, когда направление магниточувствительной оси ориентировано иначе. Способ обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале согласно данному аспекту настоящего изобретения включает этап размещения блока измерения магнитного поля в положении, в котором он обращен к поверхности проводящего композиционного материала, так что направление магниточувствительной оси горизонтально относительно указанной поверхности и параллельно торцу катушки. Соответственно, блок измерения магнитного поля измеряет магнитное поле, благодаря чему можно точно обнаружить участок, на котором имеется нарушение расположения волокон в проводящем композиционном материале. Таким образом, можно легко и точно обнаружить нарушение расположения волокон в проводящем композиционном материале.

[0011] В любом аспекте, блок измерения магнитного поля может быть предусмотрен между поверхностью проводящего композиционного материала и обращенной к ней катушкой. Благодаря этому уменьшается расстояние между блоком измерения магнитного поля и поверхностью проводящего композиционного материала, и изменение в магнитном поле может быть обнаружено более точно.

[0012] В любом аспекте, конец катушки, обращенный к поверхности проводящего композиционного материала, может проходить вдоль указанной поверхности. Благодаря этому вихревые токи, порождаемые катушкой, легко создаются на проводящем композиционном материале.

[0013] В любом аспекте, частота тока, текущего в катушку, может находиться в диапазоне 10 кГц - 20 МГц. Благодаря этому вихревые токи, порождаемые катушкой, легко создаются в проводящем композиционном материале.

[0014] Устройство для обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале согласно аспекту настоящего изобретения - это устройство для обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале с использованием проводящих волокон и содержит:

катушку, размещенную в положении, в котором катушка обращена к поверхности проводящего композиционного материала, так что торец катушки перпендикулярен указанной поверхности;

блок измерения магнитного поля, размещенный в положении, в котором блок измерения магнитного поля обращен к указанной поверхности проводящего композиционного материала, так что направление магниточувствительной оси горизонтально относительно указанной поверхности и параллельно торцу катушки; и

детектор для обнаружения участка, на котором имеется нарушение расположения волокон в проводящем композиционном материале, посредством измерения магнитного поля с помощью блока измерения магнитного поля.

[0015] К устройству для обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале могут быть применены те же принцип работы и эффекты, что и к вышеуказанному способу обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале.

[0016] Далее со ссылкой на чертежи будет подробно описан вариант реализации настоящего изобретения. В описании чертежей одинаковым или эквивалентным элементам присвоены аналогичные ссылочные обозначения, и повторное описание таких элементов может быть опущено.

[0017] Устройство 1 для обнаружения изгибов волокон, изображенное на фиг. 1(a) (устройство для обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале) - это устройство, используемое для осуществления способа обнаружения изгибов волокон в проводящем композиционном материале (способа обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале). Как показано на фиг. 1(a), устройство 1 для обнаружения изгибов волокон содержит площадку 2, на которой размещен образец S проводящего композиционного материала, катушку 7 и датчик 8 магнитного поля (средство измерения магнитного поля), которые удерживаются на достаточном расстоянии над образцом S, расположенным на площадке 2, блок 4 подачи тока, подающий ток в катушку 7, приводной механизм 5, перемещающий площадку 2, и контроллер 6. Подача тока в катушку 7, производимая блоком 4 подачи тока, осуществляется в соответствии с командой от контроллера 6. Точно так же, площадка 2 приводится в движение в соответствии с командой от контроллера 6 для приводного механизма 5. Таким образом, катушка 7 и датчик 8 магнитного поля выполнены с возможностью сканирования образца S. Форма нарушения расположения волокон особо не ограничена. В расположении волокон согласно постоянному паттерну участок, на котором паттерн нарушается, например, из-за частичного искривления волокон, соответствует участку, на котором расположение волокон нарушено. Изгиб соответствует состоянию, в котором волокна изогнуты и имеют, таким образом, волнистую форму. В данном варианте реализации настоящего изобретения обнаруживают «изгибы» как пример «нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале», и описание данного варианта реализации построено на этом.

[0018] В данном случае, как показано на фиг. 1(b), образец S спрессован в кубическую форму путем чередующегося наслоения множества препрегов S₁, S₃, …, S_n-1, и S₂, S₄, …, S_n, в которых проводящая волокнистая ткань SS пропитана термопластичной смолой или термореактивной смолой, и между направлениями ориентаций волокон имеется разница в 90°. В данном варианте реализации настоящего изобретения необходимо, чтобы ток протекал в направлениях (показаны продольными линиями) проводящих волокон SE, которые служат объектами проверки того, имеются ли изгибы в проводящей волокнистой ткани SS каждого из множества препрегов S₂, S₄, …, S_n среди множества препрегов S₁-S_n образца S, для чего катушку 7 размещают в положении, в котором она обращена к поверхности образца S, как показано на фиг. 2(a), и в катушку 7 подают ток.

[0019] Говоря конкретнее, катушка 7 размещена в положении напротив поверхности Sa образца S, как показано на фиг. 2(a). Катушка 7 размещена в положении, удаленном от поверхности Sa образца S (в данном случае положении, отстоящем кверху от поверхности Sa). Катушка 7 намотана вокруг оси CL намотки, проходящей вдоль поверхности Sa. Ось CL намотки катушки 7 проходит параллельно поверхности Sa, и в данном случае проходит в направлении, перпендикулярном направлению каждого из проводящих волокон SE, которые являются объектами проверки того, имеются ли изгибы. Торцы 7е катушки 7 размещены так, чтобы быть перпендикулярными поверхности Sa образца S. Однако упоминаемая в данном случае «перпендикулярность» может означать не строго 90°, а угол, содержащий погрешность или что-либо подобное, связанную с монтажом. Торцы 7е катушки соответствуют противоположным концевым сторонам в направлении оси CL намотки среди сторон катушки 7.

[0020] Как показано на фиг. Fig. 2(b), катушка 7, создающее магнитное поле, приближается к поверхности Sa, в результате чего вокруг катушки 7 возникают вихревые токи из-за эффекта электромагнитной индукции. Возникает вихревой ток (с вращением по часовой стрелке на фигуре) с центром в положении одной стороны (верхней стороны на фигуре) оси CL намотки относительно катушки 7, и вихревой ток (с вращением против часовой стрелки на фигуре) с центром в положении другой стороны (нижней стороны на фигуре) оси CL намотки. Вихревые токи, возникшие в двух местах области поверхности Sa, обращенной к катушке 7, сливаются и проходят в направлении одной стороны (левой стороны на фигуре). Как описано выше, вихревые токи возникают на поверхности Sa образца S, которая относится к области, обращенной к катушке 7, и ток Е течет в направлении, приблизительно параллельном торцам 7е катушки (направлении, приблизительно перпендикулярном оси CL намотки). При взгляде сверху торцы 7е катушки и проводящие волокна SE могут быть не идеально параллельны друг другу и расходиться, например, в пределах -45-+45°. В данном варианте реализации настоящего изобретения катушка 7 выполнена путем намотки проводящей проволоки вокруг оси CL намотки с обеспечением приблизительно прямоугольной формы. Таким образом, каждый из четырех концов катушки 7 проходит по прямой линии. В частности, конец 7а (в данном случае нижний конец) катушки, который обращен к поверхности Sa образца S, проходит параллельно вдоль поверхности Sa. Как показано на фиг. 3(a), конец 7а катушки 7 отстоит от поверхности Sa образца S на размер L2. Размер L2 может быть задан равным, например, 0-5 мм. Внутри катушки 7 может быть размещен сердечник 9. Сердечник 9 может быть выполнен из феррита, листовой электротехнической стали и т.п.Частота тока, текущего в катушку 7, находится в диапазоне 10 кГц - 20 МГц. Проводимость углепластика в плоскости различна для разных материалов и составляет в данном примере около 25000 См/м. С учетом скин-эффекта, глубина скин-слоя становится 30 мм, когда частота тока, текущего в катушку 7, равна 10 кГц, и становится 300 мкм, когда указанная частота равна 100 МГц. Соответственно, частота тока, текущего в катушку 7, может находиться в диапазоне 10 кГц - 100 МГц.

[0021] Датчик 8 магнитного поля - это датчик для измерения магнитного поля. Более конкретно, в качестве датчика 8 магнитного поля может быть выбран магнитоимпедансный датчик, датчик на основе гигантского магнетосопротивления, датчик на основе туннельного магнетосопротивления, датчик на основе анизотропного магнетосопротивления, магнитный датчик, элемент Холла, СКВИД-датчик, катушка и т.п. Датчик 8 магнитного поля размещен в положении, в котором он обращен к поверхности Sa образца S. В данном варианте реализации настоящего изобретения датчик 8 магнитного поля предусмотрен между поверхностью Sa и обращенной к ней катушкой 7. Датчик 8 магнитного поля предусмотрен на нижней стороне конца 7а катушки 7, который обращен к поверхности Sa образца S. Как показано на фиг. 3(a), нижний конец датчика 8 магнитного поля отстоит от поверхности Sa образца S на размер L1. Размер L1 может быть задан равным, например, 0-5 мм.

[0022] Направление D магниточувствительной оси датчика 8 магнитного поля проходит вдоль поверхности Sa и пересекает ось CL намотки (в данном случае перпендикулярно ей). Направление D магниточувствительной оси датчика 8 магнитного поля горизонтально относительно поверхности Sa и параллельно торцам 7е катушки. Направление D магниточувствительной оси приблизительно совпадает с направлением протекания тока. В данном случае направление D магниточувствительной оси датчика 8 магнитного поля совпадает с направлением, в котором проходят проводящие волокна SE (направлением протекания тока). Направление D магниточувствительной оси может быть не абсолютно параллельно торцам 7е катушки (то есть быть не абсолютно перпендикулярно оси CL намотки) и отличаться от параллельного, например, в пределах -6-+6°.

[0023] Предпочтительно, направление D магниточувствительной оси датчика 8 магнитного поля параллельно торцам 7е катушки (в данном случае совпадает с направлением, в котором проходят проводящие волокна SE), что будет описано со ссылкой на фиг. 5. Фигура 5 иллюстрирует результаты графического моделирования распределения интенсивности магнитного поля в направлении по каждой оси на поверхности образца, исходя из условия, что ток подан в направлении по оси Y образца, имеющего участок изгиба. По сравнению с вариантом реализации настоящего изобретения, эта модель отчасти не создает вихревые токи с использованием катушки, но вызывает протекание тока, имеющего однородную интенсивность по оси X, в направлении по оси Y. На фиг. 5(a) показано распределение интенсивности Нх магнитного поля вдоль оси X, а на фиг. 5(b) показано распределение интенсивности Ну магнитного поля вдоль оси Y. На фиг. 5(c) показано распределение интенсивности Hz магнитного поля вдоль оси Z. Участок на фигурах, обозначенный штриховкой, - это участок, на котором абсолютное значение интенсивности магнитного поля велико. В правом конце каждой фигуры показаны направления проводящей волокнистой ткани SS и проводящих волокон SE. Направление оси Y - это направление волокон, а направление оси Z - это направление наслоения. Направление оси X - это направление, перпендикулярное направлению волокон. Проводящие волокна SE проводящей волокнистой ткани SS изгибаются в центральном положении по оси Y. Фигура 5(d) - это график интенсивности магнитного поля в направлении по каждой оси на линии DL, обозначенной на каждой фигуре. Как результат представлены графические значения интенсивности магнитного поля, полученные путем моделирования. Что касается результатов на фиг. 5, были рассмотрены участки, на которых наблюдалось изменение в интенсивности магнитного поля по каждой оси. Было ли изменение интенсивности магнитного поля, решалось по тому, образован ли участок, на котором абсолютное значение интенсивности магнитного поля (участок, обозначенный штриховкой) больше, чем в окружающей области, судя по распределению цветов на фиг. 5(a), 5(b) и 5(c). В качестве альтернативы, было ли изменение интенсивности магнитного поля, решалось по тому, возрастал или убывал локально график интенсивности магнитного поля на фиг. 5(d), и соответственно, имелась ли точка максимума или минимума, значение которой больше или равно заданному абсолютному значению. В соответствии с результатами на фиг. 5, изменение интенсивности магнитного поля наблюдается на участке изгиба вместе с Hy и Hz. Однако интенсивность Hz магнитного поля меняется на концах А и В, показанных на фиг. 5(c), независимо от указанного изгиба (было отмечено, что абсолютное значение интенсивности магнитного поля локально повышено). Таким образом, за направление D магниточувствительной оси датчика 8 магнитного поля предпочтительно принять направление оси Y, то есть направление протекания тока (направление, приблизительно параллельное торцам 7е катушки).

[0024] Далее со ссылкой на фиг. 8 будет описана точка, в которой направление D магниточувствительной оси может отклоняться от торцов 7е катушки в пределах -6-+6°. Фигура 8(a) - это график интенсивности магнитного поля на участке изгиба. Фигура 8(a) - это график интенсивности магнитного поля на участке изгиба (образован в положении, обозначенном «D», которое соответствует точке максимума кривой «Ну» на фиг. 5(d)). На фиг. 8(a) сплошная линия обозначает интенсивность магнитного поля вокруг оси X, а пунктирная линия - интенсивность магнитного поля вокруг оси Y. Ось ординат на фиг. 8(a) обозначает интенсивность магнитного поля, а ось абсцисс - отклонение 6 направления D магниточувствительной оси от оси Y. Отклонение 9 направления D магниточувствительной оси - это угол, показанный на фиг. 8(b). Как показано пунктирной линией, интенсивность магнитного поля вокруг оси Y при «θ=0°» равна интенсивности магнитного поля в точке максимума «D», показанной на фиг. 5(d). Когда θ возросло до «θ=90°», направление магниточувствительной оси не содержит компонента направления оси Y независимо от измерения интенсивности магнитного поля вокруг оси Y, и интенсивность магнитного поля, таким образом, обращается в 0. Как показано сплошной линией, интенсивность магнитного поля вокруг оси X при «θ=0°» обращается в 0 независимо от измерения интенсивности магнитного поля вокруг оси X, поскольку направление магниточувствительной оси не содержит компонента направления оси X. Когда 0 возросло до «θ=90°», интенсивность магнитного поля соответствует интенсивности магнитного поля в «С», показанной на фиг. 5(d). Интенсивность магнитного поля для сплошной линии возросла и описывает синусоиду. Будучи построены, эти графики пересекаются при «θ=6°». Из этих графиков видно, что когда 0 превышает 6°, магнитное поле вокруг оси X становится преобладающим над магнитным полем вокруг оси Y независимо из измерения интенсивности магнитного поля вокруг оси Y. Соответственно, если направление D магниточувствительной оси находится в пределах -6-+6° относительно торцов 7е катушки, то магнитное поле вокруг оси Y может стать преобладающим над магнитным полем вокруг оси X.

[0025] Если в качестве объектов проверки того, имеются ли изгибы, служит множество препрегов S₁, S₃, …, S_n-1, то ток течет в направлениях (направлениях, перпендикулярных изображенным продольным направлениям) проводящих волокон SE в каждой из проводящих волокнистых тканей SS. В связи с этим, направления катушки 7 и датчика 8 магнитного поля изменяют на 90° на случай, когда в качестве объектов проверки того, имеются ли изгибы, служит множество препрегов S₂, S₄, …, S_n. Однако катушка 7 может быть установлена и так, что вихревые токи возникают вдоль проводящих волокон SE, если говорить об объектах измерений, и угол между каждым из препрегов S₁, S₃, …, S_n-1 и каждым из препрегов S₂, S₄, …, S_n может быть равен 0° или ±45°.

[0026] Далее будет описан порядок выполнения способа обнаружения изгибов волокон, в котором выполняется проверка того, имеются ли изгибы проводящих волокон SE в образце S с использованием устройства 1 для обнаружения изгибов волокон. Сначала, когда блок 4 подачи тока подает ток в катушку 7, размещенную в положении, в котором она обращена к поверхности Sa образца S, ток течет в направлениях проводящих волокон SE (направлении жирной стрелки на фиг. 3(a)) в каждой из проводящих волокнистых тканей SS множества препрегов S₂, S₄, …, S_n, являющихся объектами проверки того, имеются ли изгибы.

[0027] Датчик 8 магнитного поля, направление D магниточувствительной оси которого совпадает с направлением жирной стрелки на фиг. 3(a), сканирует образец S по указанной стрелке вместе с катушкой 7 за счет перемещения площадки 2, на которой размещен образец S в этом режиме. При этом, как показано на фиг. 3(b), датчик 8 магнитного поля отстоит от образца S на размер L1 (выдерживает вертикальный зазор L1) и сканирует образец S.

[0028] Что касается сканирования, то когда изгибы проводящих волокон SE отсутствуют, ток течет ровно вдоль гладкого расположения проводящих волокон SE на поверхности образца S, как показано на фиг. 4(a). Итак, поскольку ток течет ровно, в магнитном поле М, создаваемом вихревыми токами, отсутствуют нарушения. Поэтому датчик 8 магнитного поля не обнаруживает изменений в магнитном поле М. Если же имеются изгибы проводящих волокон SE, то ток течет вдоль участка, на котором имеется нарушение расположения проводящих волокон SE на поверхности образца S, и, таким образом, претерпевает отклонение на указанном участке, как показано на фиг. 4(b). В этом случае, поскольку ток претерпевает локальное отклонение, нарушение происходит и в магнитном поле М, создаваемом вихревыми токами. Таким образом, когда в магнитном поле М происходит нарушение, датчик 8 магнитного поля обнаруживает изменение магнитного поля М. Обнаружение любого состояния как «изменение магнитного поля» особо не ограничено. Например, если датчик 8 магнитного поля обнаруживает пиковое значение интенсивности магнитного поля, это может быть идентифицировано как то, что происходит изменение магнитного поля М. В этом случае, если обнаружена интенсивность магнитного поля, длина волны которого меньше заданного порога, а абсолютное значение - больше заданного порога, это может быть идентифицировано как то, что произошло изменение магнитного поля. В качестве альтернативы, если форма волны интенсивности магнитного поля, обнаруженная датчиком 8 магнитного поля, искажена и амплитуда изменения цикла формы волны больше или равна заданному порогу, это может быть идентифицировано как то, что произошло изменение магнитного поля М.

[0029] Контроллер 6 идентифицирует участок, на котором датчик 8 магнитного поля обнаружил изменение магнитного поля, как участок, на котором произошел изгиб проводящих волокон SE из множества препрегов S₂, S₄, …, S_n, являющихся объектами проверки того, имеются ли изгибы изгибов. Таким образом, участок изгиба можно обнаружить путем его сканирования катушкой 7 и датчиком 8 магнитного поля, которые можно перемещать без их контакта с образцом S. А значит, можно обнаружить изгибы проводящих волокон SE или проверять состояния проводящих волокон SE во всем образце S без частичного или ежеминутного разрезания образца S.

[0030] Далее будут описаны принцип работы и эффекты способа обнаружения изгибов волокон в проводящем композиционном материале в соответствии с данным вариантом реализации настоящего изобретения.

[0031] Согласно способу обнаружения изгибов волокон в проводящем композиционном материале в соответствии с данным вариантом реализации настоящего изобретения, катушку размещают в положении, в котором она обращена к поверхности Sa проводящего композиционного материала, так что торцы 7е катушки перпендикулярны указанной поверхности, благодаря чему в проводящем композиционном материале могут быть созданы вихревые токи. Таким образом, катушка 7 размещена в положении, в котором она обращена к проводящему композиционному материалу, и благодаря этому в проводящем композиционном материале может быть наведен ток. То есть больше не требуется работы или нечто подобного по прикреплению электродов к проводящему композиционному материалу. Соответственно, можно легко обнаружить изгибы (нарушения расположения) волокон проводящего композиционного материала. В данном случае, в результате серьезных исследований авторы настоящего изобретения обнаружили, что датчик 8 магнитного поля был размещен таким образом, что направление D магниточувствительной оси было горизонтально относительно поверхности Sa проводящего композиционного материала и параллельно торцам 7е катушки, что позволяло точно обнаружить участок изгиба волокон в противоположность случаю, когда направление магниточувствительной оси было ориентировано иначе. Способ обнаружения изгибов волокон в проводящем композиционном материале в соответствии с данным вариантом реализации настоящего изобретения включает этап размещения датчика 8 магнитного поля в положении, в котором датчик 8 магнитного поля обращен к поверхности Sa проводящего композиционного материала, так что направление D магниточувствительной оси горизонтально относительно поверхности Sa и параллельно торцам 7е катушки. Соответственно, датчик 8 магнитного поля измеряет магнитное поле, что позволяет точно обнаружить участок изгиба проводящего композиционного материала. То есть можно легко и точно обнаружить изгибы волокон проводящего композиционного материала. Устройство 1 для обнаружения изгибов волокон в соответствии с данным вариантом реализации настоящего изобретения может обнаруживать те же принцип работы и эффекты.

[0032] Согласно способу обнаружения изгибов волокон в проводящем композиционном материале в соответствии с данным вариантом реализации настоящего изобретения, датчик 8 магнитного поля предусматривают между поверхностью Sa и обращенной к ней катушкой 7. Таким образом, датчик 8 магнитного поля может более точно обнаружить изменение в магнитном поле.

[0033] Согласно способу обнаружения изгибов волокон в проводящем композиционном материале в соответствии с данным вариантом реализации настоящего изобретения, концы катушки 7, обращенные к поверхности Sa проводящего композиционного материала, проходят вдоль указанной поверхности. Таким образом, вихревые токи, порождаемые катушкой 7, легко создаются в проводящем композиционном материале.

[0034] Согласно способу обнаружения изгибов волокон в проводящем композиционном материале в соответствии с данным вариантом реализации настоящего изобретения, частота тока, текущего в катушку 7, находится в диапазоне 10 кГц - 20 МГц. Таким образом, вихревые токи, порождаемые катушкой 7, легко создаются в проводящем композиционном материале.

[0035] Настоящее изобретение не сводится к вышеописанному варианту его реализации.

[0036] В вышеописанном варианте реализации настоящего изобретения проиллюстрирован образец S, выполненный путем чередующегося наслоения множества листов препрегов S₁, S₃, …, S_n-1, и S₂, S₄, …, S_n, в которых направления ориентации волокон различаются на 90°. В качестве альтернативы, например, может быть выбран образец, выполненный путем чередующегося наслоения множества листов препрегов, в которых угол между направлениями ориентации волокон составляет ±45°, или образец, выполненный путем наслоения множества листов препрегов, все из которых имеют одинаковое направление ориентации волокон.

[0037] Расположение датчика магнитного поля не сводится к вышеописанному варианту реализации настоящего изобретения. Например, в соответствии с фиг. 7(a), если катушка 7 имеет концы 7b, 7с и 7d помимо конца 7а, то датчик магнитного поля может быть предусмотрен на этих краях 7b, 7с и 7d, как показано пунктирной линией. Датчик магнитного поля может быть предусмотрен не на стороне внешней периферии катушки 7, а на стороне внутренней периферии катушки 7, как показано пунктирной линией на фигуре. Для одной катушки 7 может быть предусмотрено множество датчиков магнитного поля. Форма катушки не сводится к приблизительно прямоугольной, как в данном варианте реализации, и может быть любой другой. Например, может быть выбрана катушка 17 овальной формы, как показано на фиг. 7(b). В других случаях может быть выбрана форма эллипса, полной окружности, других многоугольников и т.д.

[0038]

[Примеры]

Далее на базе примеров будет описан способ обнаружения изгибов волокон в проводящем композиционном материале в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, однако этот способ не сводится к нижеприведенным примерам.

[0039] Как показано на фиг. 6(a), был приготовлен образец, в котором проводящим волокнам были искусственно приданы изгибы. Толщина образца была 2 мм, и проводящие волокнистые ткани были наслоены друг на друга так, чтобы направления проводящих волокон различались на 90° от слоя к слою. Катушка и датчик магнитного поля были размещены как показано на фиг. 3(b). В качестве катушки была использована катушка возбуждения с толщиной проволоки 1 мм и внешними размерами 5.2 мм × 4.2 мм. В качестве датчика магнитного поля был использован магнитоимпедансный датчик. Рабочая частота была задана равной 1 МГц, а напряжение, приложенное к катушке, было задано равным ±20 В. Сигнал магнитного поля, обнаруженный датчиком магнитного поля, был обнаружен синхронным усилителем, и измерены амплитуда и фаза сигнала. Фаза была отрегулирована относительно обнаруженного сигнала так, чтобы выходной сигнал был усилен до максимума на участке появления изгиба. Сканирование было выполнено датчиком магнитного поля и катушкой вдоль траектории, показанной на фиг. 3(a). Скорость сканирования была задана равной 50 мм/с, шаг сканирования в поперечном направлении был задан равным 1 мм, а шаг регистрации в продольном направлении был задан равным 0.5 мм.

[0040] На фиг. 6(b) представлены результаты измерений, полученные методом вышеописанного исследования. На фиг. 6(b) представлены результаты измерений, когда интенсивность магнитного поля была измерена в направлении по оси Y в пределах квадрата со стороной 275 мм от конца образца. Искусственный изгиб внесен в окрестности середины образца по оси Y. Напряжение сигнала мало на участке отсутствия изгибов, и этому участку придан темный цвет. И наоборот, напряжение сигнала велико на участке наличия изгибов, и этому участку придан бледный цвет. Из сказанного очевидно, что изгибы проводящих волокон можно обнаружить способом согласно данному примеру.

Список ссылочных обозначений

[0041]

1 Устройство для обнаружения изгибов волокон

6 Контроллер (детектор)

7, 17 Катушка

8 Датчик магнитного поля (блок измерения магнитного поля)

S Образец (проводящий композиционный материал)

SS Проводящая волокнистая ткань

Sa Поверхность

D Направление магниточувствительной оси

CL Ось намотки

Группа изобретений относится к области обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале. Способ обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале с использованием проводящих волокон включает этап размещения катушки в положении, в котором катушка обращена к поверхности проводящего композиционного материала, так что торец катушки перпендикулярен указанной поверхности; этап размещения блока измерения магнитного поля в положении, в котором блок измерения магнитного поля обращен к поверхности проводящего композиционного материала, так что направление магниточувствительной оси горизонтально относительно указанной поверхности и параллельно торцу катушки; и этап обнаружения участка, на котором имеется нарушение расположения волокон в проводящем композиционном материале, посредством измерения магнитного поля с помощью блока измерения магнитного поля. Технический результат – повышение точности обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале с использованием проводящих волокон, включающий:

этап размещения катушки в положении, в котором катушка обращена к поверхности проводящего композиционного материала, так что торец катушки перпендикулярен указанной поверхности;

этап размещения блока измерения магнитного поля в положении, в котором блок измерения магнитного поля обращен к поверхности проводящего композиционного материала, так что направление магниточувствительной оси горизонтально относительно указанной поверхности и параллельно торцу катушки; и

этап обнаружения участка, на котором имеется нарушение расположения волокон в проводящем композиционном материале, посредством измерения магнитного поля с помощью блока измерения магнитного поля.

2. Способ по п. 1, в котором блок измерения магнитного поля предусмотрен между поверхностью проводящего композиционного материала и обращенной к ней катушкой.

3. Способ по п. 1, в котором конец катушки, обращенный к поверхности проводящего композиционного материала, проходит вдоль указанной поверхности.

4. Способ по п. 2, в котором конец катушки, обращенный к поверхности проводящего композиционного материала, проходит вдоль указанной поверхности.

5. Способ по п. 1, в котором частота тока, текущего в катушку, находится в диапазоне 10 кГц - 20 МГц.

6. Способ по п. 2, в котором частота тока, текущего в катушку, находится в диапазоне 10 кГц - 20 МГц.

7. Способ по п. 3, в котором частота тока, текущего в катушку, находится в диапазоне 10 кГц - 20 МГц.

8. Способ по п. 4, в котором частота тока, текущего в катушку, находится в диапазоне 10 кГц - 20 МГц.

9. Устройство для обнаружения нарушений расположения волокон в проводящем композиционном материале с использованием проводящих волокон, содержащее:

катушку, размещенную в положении, в котором катушка обращена к поверхности проводящего композиционного материала, так что торец катушки перпендикулярен указанной поверхности;

блок измерения магнитного поля, размещенный в положении, в котором блок измерения магнитного поля обращен к указанной поверхности проводящего композиционного материала, так что направление магниточувствительной оси горизонтально относительно указанной поверхности и параллельно торцу катушки; и

детектор для обнаружения участка, на котором имеется нарушение расположения волокон в проводящем композиционном материале, путем измерения магнитного поля с помощью блока измерения магнитного поля.