Способ обнаружения и измерения длины трещины в тонкостенных металлических конструкциях Советский патент 1984 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к контролю прочности тонкостенных металлических конструкций и может быть использовано для обнаружения н измерения длины трещин в металлических оболочкарс летательных аппаратов при наземных и летных испытаниях Известен способ измерения длины трещины, заключающийся в TOIM, что накладной токовихревой преобразователь (индуктор , выполненный в виде катушки, размещают на поверхности конструкции вблизи концетратора механических напряжений, В поверхности им возбуждают вихревые токи. Возникновение трещины и ее размер определяют в момент приложения максимальной нагрузки по сигналу преобразователя (индуктора), реагирующего на изменение сопротивления поверхности вихревому току С 3 Однако известный способ позволяет контролировать только участок поверх ности небольшой протяженности, находящийся непосредственно под торцом катушки или требует перемещения индуктора, что занимает много времени и кроме того, это не всегда можно ос ществить. .Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ обнаружения и измерения длины трещины в тонкостенных металлических конструкциях, заключающийся в том, что вдоль поверхности конструкции располагают индуктор в виде линии с распределенными постоянными и на поверхности конструкции возбуждают индуктором токи сверхвысокой частоты. Согласно известному способу возбуждают стоячую волну СВЧ тока и о дефекте (трещине ) судят по напряжению высокой частоты, снимаемому при взаимодействии дефектного участка на поверхности изделия с пучностью электромаЛитного поля .21 , Известный способ позволяет контролировать участок поверхности большой протяженности, однако обладает недостаточной чувствительностью, поскольку не позволяет регистрировать мощность сигнала относительно нулевого начального уровня и, следовательно, регистрировать очень слабые сигналы. Целью изобретения является повышение чувствительности контроля. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обнаружения и.измерения длины трещины в тонкостенных металлических конструкциях, заключающемуся в том, что вдоль поверхности конструкции располагают индуктор в виде линии с распределенными постоянными, возбуждают на поверхности конструкции индуктором токи сверхвысокой частоты, в рабочей зоне возбуждают бегущую волну продольного тока сверхвысокой частоты, вдоль границы рабочей зоны параллельно индуктору располагают приемную линию с распреде,пенными постоян- . ными, а появление трещины и ее величину определяют по изменению мощности сигналу в приемной линии. На чертеже представлена структурная схема устройства для реализяции предлагаемого способа. Устройство для реализации способа обнаружения и измерения длины трещины в тонкостенных металлических конструкциях содержит индуктор 1 в виде линии с распределенными постоянными, приемную линию 2 с распределенными постоянньсми, генератор 3 сверхвысоких частот, измерительное устройство А, согласованные, нагрузки 5 и 6. Индуктор I подключен одним своим концом к генератору 3 сверхвысоких частот, а другим - к согласованной нагрузке 5. Приемная линия 2 включена между согласованной нагрузкой 6 и измерительным устройством 4, настроенными на частоту генератора 3. Способ осуществляется следующим образом. Индуктор 1 в виде динии с распределенными постоянными располагают вдоль поверхности конструкции в местах концентрации механических напряжений. От генератора 3 сверхвысоких частот в индукторе 1 возбуждается квазипоперечиая волна мощности Р. .Согласованная нагрузка .5 обеспечивает в индукторе 1 режим бегущей волны. Электромагнитное поле этой волны возбуждает в контролируемой поверхности бегущую волну продольного тока. Указанный ток- сосредоточен в рабочей зоне в узкой зоне поверхности, ширина которой меньше минимальной длины трещины, подлежащей регистрации. Это условие обеспечивается тем, что толщина изоляции проводника от поверхности много меньше длины волны электромагнитных колебаний. и относительная электрическая постоянная значительно больше 1,

Вдоль грани1Ц 1 рабочей зоны с током сверхвысокой частоты параллельно индуктору I располагают приемную линию 2 с распределенными постоянными, вьшолненную аналогично индуктору 1.

В исходном состоянии (трещины нет электромагнитная связь между индуктором 1 и линией 2 практически отсутствует, так .ак приемная линия расположена за пределами-рабочей зоны, где протекает ток, возбужденный индуктором 1. При этом измерительное устройство 4 измеряет в линии 2 начальный уровень мощности Рд близкий к уровню собственных шумов. Малая величина Рд обеспечивается также тем, что индуктор I и приемная линия 2 представляют собой направленный ответвитель с распределенной связью, в котором теоретически РО 0. В реальных линиях это свойства характеризуется коэффициентом изоля1щи V Р/РО

При возникновении трещины, перерезающей линию индуцированного тока сверхвысокой частоты, в ней возбуждается этим током электромагнитное поле, которое распространяется по трещине, как по щелевой линии передачи. При достижении трещиной приемной линии 2 в последней полем трещины -индуцируются электромагнитные коле(бания, и измерительное устройство 4 показывает новое значение мощности Р-. включающей мощность, переданную

по трещине.

По превьтении этой мощности указанного уровня РО фиксируется возникновение трещины, проходящей под проводниками индуктора 1 и линии 2.

Дальнейший рост трещины фиксируется по изменению мощности в приемной линии 2, которая достигает максимума при трещине, примерно равной половине длины волны электромагнитных колебаний, возбужденных генератором 3. Максимальная длина контролируемого участка поверхности L и превышение сигнала над начальным уровнем t РС /Рр определяются коэффициентами изоляции л) , затухания и и коэффициентом передачи мощности по тре1цине oi , где Р - мощность бегущей волны в индукторе 1 у трещины; Р - мощность, переданная по трещине в приемную линию 2, и связаны соотношением

.

Изобретение позволяет в приемной линии 2 регистрировать мощность сигнала относительно нулевого начального уровня, что позволяет регистрировать очень слабые сигналы и, следовательно, повысить чувствительность контроля.

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕ- . РЕНИЯ ДЛИНЫ ТРЕЩИНЫ В ТОНКОСТЕНШЛХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЯХ, заключающийся в том, что вдоль поверхности конструкции располагают индуктор в виде линии с распределенными постоянными, возбуждают на поверхности конструкции индуктором токи сверхвысокой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в рабочей зоне возбуждают бегущую волну продольного тока сверхвысокой частоты, вдоль границы рабочей зоны параллельно индуктору располагают приемную линию с распределенными постоянными, а появление трещины и ее величину определяют по изменению мощности сигнала в приемной линии. ск