Датчик контроля толщины теплозащитного материала в процессе его разрушения Советский патент 1987 года по МПК G01N21/88 

13

в исследуемый материал, оптический фильтр 5 для задержки инфракрасного излучения и фотодиод 6, в оболочке выполнены сквозные кольцевые проточки, при этом полости проточек заполнены светорассеивающим, ослабляющим световые лучи, теплозапщтным материалом, например пористой полупрозрачной керамикой. Глубина проточек

1

Изобретение .относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении уноса теплбзащитного материала (ТЗМ), (например, асбопластиков, стеклопластиков и др, материалов, применяемых в машиностроении, в доменном производстве, при теплофизических исследованиях материала в условиях воздействия высокотемпературного газа).

Цель изобретения - повыиение производительности контроля с единицы площади датчика.

На фиг, 1 изображен предлагаемый датчик со сквозными кольцевыми проточками; на фиг, 2 - то же, в котором глубина проточек выполнена переменной и монотонно уменьшается по направлению, совпадающему с направлением уноса материала.

Датчик -содержит светопрозрачный стержень I, выполненный, например, из плавленого кварца, сапфира или другого тугоплавкого светопрозрачно- го материала, оболочку 2 стержня, отражающую световое излучение, кольцевую проточку 3, заполненную светорассеивающим, ослабляющим световые лучи, теплозащитным материалом (например , пористой керамикой, пористым стеклом, полупрозрачным стеклопластиком и т.п,), корпус 4 датчика, выполненный в виде трубки, которая предохраняет стержень и оболочку от повреждений и поломок под действием сил и вибраций, инфракрасный фильтр .5, который задерживает световое излучение в области спектра с длиной волны больше 0,8 микрона, фотодиод 6, в котором световой сигнал превращается в электрическийJ, элемент за7336

Может быть выполнена переменной и монотонно уменьшающейся по направлению от торца стержня к фотодиоду. Измерение уноса теплозащитного материала производится в момент разрущения пористой керамики, размещенной в проточках, по изменению амплитуды выходного сигнала, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

O

5

0

5

0

5

0

2

щищаемой конструкции 7, исследуемый теплозащитный материал (ТЗМ) 8, который со стороны внешней поверхности подвергается воздействию высокотемпературного газа, внешнюю разрушаемую поверхность 9 ТЗМ 8.

Датчик работает следующим образом.

Под действием высокотемпературного газа исследуемьш ТЗМ 8 прогревается и при достижении на поверхности температуры разрушения начинает уноситься. Так как фронт прогрева опережает фронт уноса, то стержень 1 сначала прогревается, однако световое излучение в инфракрасной области спектра, прощедшее по датчику путем многократного отражения от оболочки 2, задерживается инфракрасным фильтром 5, Когда внешняя поверхность 9 в процессе уноса ТЗМ 8 достигает торца стержня 1, то по нему распространяется световое излучение в видимой и ультрафиолетовой области спектра, которое проходит через фильтр 5 и попадает на (ютодиод 6, Излучение, падающее на входной торец прозрачного световода, распространяется по нему (благодаря полным внутренним отражениям) и выходит из противоположного торца. Для уменьщения потерь света при внутренних отражениях световоды изготовляют из световедущей жилы с высоким показателем Пс преломления , окруженной изоляционной оболочкой с меньшим показателем п преломления, В таких световодах потери света на поверхности раздела стержня (жилы) и оболочки малы даже для лучей , претерпевающих тысячи отражений, С фотодиода снимается электрический сигнал, время регистрации которого

соответствует уносу ТЗМ 8 на величину, равную разности между исходной толщиной ТЗМ 8 и координатой торца стержня. Стержень затем начинает разрушаться- заподлицо с исследуемым ТЗМ 8, Процессу разрушения ТЗМ 8 и датчика соответствует уменьшение количества кольцевых проточек 3, заполненных светорассеивающим материалом. Интенсивность световой энергии, падающей на фотодиод 6, при этом увеличивается. Подбирая шаг размещения проточек с поглощающим материалом (например, пористой керамикой), можно добиться заданного закона изменения интенсивности световой энергии. Амплитуда электрического сигнала, который проходит к системе регистрации выходного сигнала (не показана), будет увеличиваться. Многократное переотражение световой энергии от оболочки 2 достигается подбором материалов стержня и оболочки, а также величины ..апертурного угла на входе в стержень. Зная тарировочную зависимость интенсивности оптического сигнала (амплитуда электрического сигнала) от длины стержня в оболочке с проточками, .заполне.нными светорассеивающим материалом, по величине выходного сигнала определяют толщину ТЗМ 8, причем с помощью одного стержня можно проводить несколько измерений (по количеству проточек в оболочке). Корпус 4 датчика позволя- ет также закрепить размещенный в проточках светопоглощающий материал, сохранить более стабильными характеристики датчика и предохранить датчик от повреждений и поломок. П риме- некие кольцевых проточек с размещенным в них светорассеивающим материалом обеспечивает возможность полу

1. Датчик контроля толщины теплозащитного материала в процессе его разрушения, содержащий светопрозрач- ный стержень в оболочке, соединенный через инфракрасный фильтр с,фотодиодом, отличающийся тем, что, с целью повьшения производительности контроля, в оболочке выполнены сквозные кольцевые проточки, при этом полость проточек заполнена светорас-. сеивающим теплозащитным материалом.

чать с одного световода повышенный объем информации. Например, при дос- 45 i таточно большом шаге размещения про-2, Датчик по п. 1,отличаюточек информация будет иметь дискрет- щ и и с я тем, что проточки углубле- ный характер,- т.е. будет наблюдать-ны в стержень, при этом глубина прося скачкообразное изменение амплиту- точек выполнена переменной и монотон- ды выходного сигнала в момент про- 50 но уменьшающейся по направлению от хождения фронта уноса через очеред-торца стержня к фотодиоду.

O

5

5 0

0

5

0

ную проточку. Если же проточки в оболочке выполнить более часто, то можно добиться более плавного изменения амплитуды выходного сигнала. Именно для второго случая важную роль при расшифровке выходного сигнала будет играть тарировочная зависимость.

Из фиг. 2 видно, что каждая проточка со светорассеивающим материалом располагается не только в оболочке, но и внутри светопрозрачного стержня. Диаметр внутреннего отверстия проточки выполняется достаточно большим, чтобы пропускать световое излучение по све.топрозрачному стержню в направлении к фотодиоду. В предельном случае минимальный диаметр внутреннего отверстия проточки из условия хорошего светопропускания сигнала должен превьшгать примерно 20 длин волн светового сигнала, т.е. превьш1ать примерно 20 микрон. Переменная и монотонно уменьшающаяся глубина проточек позволяет создавать внутри датчика крутые градиенты изменения амплитуда светового излучения, что обеспечивает получение требуемой чувствительности датчика для различных материалов стержня 1 и его выбранной длины.

Формула изобретения

1. Датчик контроля толщины теплозащитного материала в процессе его разрушения, содержащий светопрозрач- ный стержень в оболочке, соединенный через инфракрасный фильтр с,фотодиодом, отличающийся тем, что, с целью повьшения производительности контроля, в оболочке выполнены сквозные кольцевые проточки, при этом полость проточек заполнена светорас-. сеивающим теплозащитным материалом.

5 i 2, Датчик по п. 1,отличаюРедактор А. Ревин

Составитель Н, Стукова Техред А.Кравчук

Заказ 2416/39 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг. 2

Корректор Л, Пилипенко

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении уноса асбоштастиков, стеклопластиков и др. материалов, применяем 1х в машиностроении, в доменном производстве, при теплофизических исследованиях материалов в условиях воздействия высокотемпературного газа. Цель изобретения - повышение-производительности контроля с едини1да площади датчика. В датчике, содержащем светопрозрач- ный стержень 1 в оболочке 2, отражающей световое излучение, введенное (Л со VI 00 со Од ffcucmcfte ftetucmaouuu etmoaHoto cutHOM ФиН