Сверхвысокочастотный дефектоскоп Советский патент 1984 года по МПК G01N22/00 

1 Изобретение относится к технике неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля дефектов в диэлектрических материалах и изделиях и диэлектрических покрытиях на металле при одностороннем доступе к объекту контроля. Известен сверхвысокочастотный (СВЧ) дефектоскоп, предназначенный для обнаружения дефектов в диэлектрических материалах и изделиях при одностороннем доступе к объекту контроля методом сравнения сигна лов, отраженных от двух соседних участков контролируемого изделия,и содержащий СВЧ генератор, волноводн по схему с СВЧ мостом в виде двойного нолноводного тройника,детектор и устройство индика11ии. Данньм СВЧ дефектоскоп обладает высокой чувствительностью, ограничивae raй уровнем развязки СВЧ моста и позволяет обнаруживать малые локальные изменения свойств или структуры участка контролируемого диэлектрического материала, накодяЕ(егося под одним из излучающих каналов дефектоскопа, по сравнению с параметрами участка, находящегося под другим (соседним) каналом излучения и приема l 1. Недостаток данного СВЧ дефе стоскопа связан с его высокой чувствительностью к параллельности волново ной схемы поверхности контролируемо го объекта и к постоянству его сред ней толщины или свойств. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является СВЧ дефектоскоп, содержа дий СВЧ генератор,соединенный с Н-плечом первого двойного волноводного тройника, к Е-плечу которого подключены последо тельно детектор и индикатор, а также первую и вторую антенны для облvчeния контролируемого объекта Недостатком известного СВЧ дефектоскопа является очень низкая точность, обусловленная оиибками, связанными с перекосом антенн и пе ременной толщиной контролируемых объектов. Це:аью изобретения является повышение точности контроля путем исключения ошибки, обусловленной п рекосом антенн и обеспечения контроля объектов с переменной 2 Указанная цель достигается тем, что в СВЧ дефектоскопе, содержащем СВЧ генератор, соединенный с Н-плечом первого двойного волноводного тройника, к Е-плечу которого подключены последовательно детектор и индикатор, а также первую и вторую антенны для облучения контролируемого объекта, введены третья антенна и трехден 1бельный делитель мощности, выполненный в виде второго двойного волноводного тройника, при этом первая и вторая антенны размещены симметрично относительно третьей антенны, соединенной с одним из симметричных плеч первого двойного волноводного тройника, к другому симметричному плечу которого подключено Н-плечо второго двойного волноводного тройника, а симметричные плечи второго двойного волноводного тройника соединень соответственно с первой и второй антеннами. На чертеже представлена структурная электрическая схема СВЧ дефектоскопа. Дефектоскоп содержит СВЧ генератор 1, первый двойной волноводHbEi тройник 2, детектор 3, индикатор 4, трехдецибельный делитель 5 мощности, выполненный в виде второго двойного волноводного тройника, первую, вторую и третью антенны 6-8 для облучения контролируемого объекта 9. СВЧ дефектоскоп работает следующим образом. Энергия высокочастотных колебаний, генерируемая СВЧ генератором 1, поступает на вход Н-плеча первого двойного волноводного тройника 2 и делится пополам между его двумя симметричн з1ми плечами. К одному из этих плеч первого двойного волноводного тройника 2 присоединен трехдецибельный де питель 5 мощности, например, Н-плечом. Энергия с выходом симметричн -.1х плеч трехд,ецибельного делителя 5 мощности излучается в сторону контролируемого объекта 9 через первую и вторую антенны 6 и 7, расположенных симметрично относительно третьей (центральной) антенны 8, соединенной непосредственно со вторым симметричным плечом первого двойного волноводного тройника 2. Энергия, отраженная от контролируемого объекта 9, принимается

теми же антеннами 6-8 и поступает затем на детектор 3, включенньй в Е-плечо первого двойного волноводного тройника 2. При этом энергия сигналов принимаемых антеннами 6 и 7, предварительно суммируется в Н-плече трехдеи 1бельного делителя 5 мощности, а затем в Е-плече первог двойного волноводного тройника 2 вычитается из сигнала,принимаемого антенной 8,

Выходной сигнал с детектора 3 поступает на вход индикатора 4, в котором осуществляется усиление, необходимая обработка и регистрация выходной йнформаи 1И СВЧ дефектоскопа .

Для обеспечения правильной работы СВЧ дефектоскопа электрические длины первой, второй и третьей антенн 6-8 относительно первого двойного волноводного тройника 2 должны быть одинаковыми, что достигается выравниванием электрических длин.

В качестве трехдецибельного делителя 5 мощности, помимо второго двойного волноводного тройника могут быть использованы и другие узлы, например 3-дБ, направленный ответвитель, щелевой или кольцевой мосты. Однако в некоторых из этих узлов при делении мопдюсти сигналы в выходных каналах находятся не в фазе, а в квадратуре или даже в противофазе, что требует обязательной установки дополнитапьньрх фазовращателей как для вьгравнивания электрических длин каналов, так и для осуществления суммирования отраженных сигналов.

Высокочастотный сигнал на детекторе 3, включенном в Е-плечо первого двойного волноводного тройника 2 в таком СВЧ дефектоскопе может быть записан в виде ,

Г,+Г,

F -li-r -- Г -1-Г U-fi- Г - Ъ- 2 т 4 Vb 81 2 V т

Е. амплитуда волны,

де поступающей от СВЧ генератора 1 в Н-плечо первого двойного волноводного тройника 2;

Г.« комплексные коэффициенты отражения от контролируемого объекта 9 с учетом

зазора между схемой и образцом в первой, второй и третьей антеннах 6-8 (волноводная схема предполагается хорошо согласованной). Из приведенного соотношения видно, что при равенстве коэффициента отражения Гг -, . что соответЬ г С5

ствует бездефектному, и однородному объекту и постоянному зазору, ,} О и сигнал на выходе СВЧ дефектоскопа отсутствует. При появлен1Ш локально5го либо границы протяженного дефекта пол. о, :,ним из канапов СВЧ дефектоскопа, баланс моста нарушается ( ) и на выходе устройства появляется сигнал, свидетельствующий о

0 наличии дефекта в контролируемом объекте 9.

Максимальная величина полезного сигнала как для случая амплитудного, так и чисто фазового локальных дефек5тов, в точности эквивалентна известной двухканальной дифференциальной схеме, т.е. чувствительность СВЧ дефектоскопа сохраняется.

Преимуществом предложенного уст0ройства является его существенно меньшая чувствительность к линейным перекосам волиоводной схемы относительно контролируемой поверхностилибо к линейному изменению средней

5 толщины объекта контроля, приводящим к линейному изменению фазы коэффициента отражения.

tjav

Пусть Tj,: Г. е , - . а -,- ,

Tg. где 4Я411/Л , а лЬ характеризует

0

изменение воздушного зазора между крайними приемо-излучаю1щими каналами СВЧ дефектоскопа по сравнению с центральным каналом и контролируемой поверхностью (перекос).

5 Тогда

50

При малых л h

1г 1 cJc;г т 9

55

В двухканапьнон ди(1х|)ерен1шальной схеме при той же вепичино перекоса имеем F.O г(1-еП -4Y:,.4 in Таким образом, степень подавле помехи от перекоса на величину дЬ (на базе СВЧ дефектоскопа) пропор 22 fTMWT циональна В таблице приведены величины, характеризующие повышение помехоустойчивости предлагаемого устрой для длины волны СВЧ генератора 1 А 30 мм. Таким образом, в типичных выигрьш в отстройке от такой помехи, а следовательно-, и улучшение дефектоскопической чувствительности, лежит в интервале от 3 до 50 раз. Снижение требований к точности выставления волноводной схемы СВЧ дефектоскопа относительно объекта контроля позволяет повысить производительность контроля, особенно в условиях производства.

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП, содержащий СВЧ генератор, соединенньй с Н-плечом первого двойного волноводного тройника, к Е-плечу которого подключены последовательно детектор и индикатор, а также первую и вторую антенны для облучения контролируемого объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля путем исключения ошибки, обусловленной перекосом антенн и обеспечения контроля объектов с переменной толш 1ной, в него введены третья антенна и трездецибельньй делитель мощности, вьшолненньш в виде второго двойного волноводного тройника, при этом первая и вторая антенны размещены симметрично относительно третьей антенны, соединенной с одним из симметричных плеч первого 5 двойного волноводного тройника, к другому симметричному плечу которого подключено Н-плечо второго двойного волноводного тройника, а симметричные плечи второго двойного волноводного тройника соединены соответственно с первой и второй антеннами.

16

48

2,А

3,2

4,8

9,5