Способ определения толщины и показателя преломления материала трещин в полимерах Советский патент 1991 года по МПК G01N21/41 G01B11/06 

Изобретение относится к (мерительной технике, а именно к способам определения параметров трещин в полимерах, и может быт использовано для оценки прочностных своиств материалов.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений.

На фиг.1 представлена схема устройства для реализации способа; на фиг.2 - зависимость интенсивное и отраженного от трещины изтчченин от угла падения at С©) ри различны/, величинах деформации полиме ппметакри- лата.

Способ осуществляют c. it. упчиич образом.

Образец облучают линейно-лоляри зованным излучением под различными углами падения на трещины в диапазоне 60-85 и измеряют зависимость интенсивности отраженного от трещин излучения от угла падения облучающего излучения, по которой определяют параметры трещин. Указанный диапазон измерений - обеспечивает регистрацию максимальной интенсивности отраженного от образовавшейся трещины излучения. Расп ространение трещин в полимерных материалах перпендикулярно направлению приложения нагрузки, поэтому с учетом геометрии расположения трепнш в образце интегральная интенсивность отраженного от трещин сереГфа (креи-

он) излучения равна I 10р(

- «« 5

(I)

10 - интенсивность облучающего

излучения;

г - энергетический коэффициент отражения света от поверх- ности образца, который для параллельной поляризации равен

4 sin

rf-l(n,-

sin

V

(2)

n ( cos + t n - sin и/, s i n ot с о s (X.

15

-ГТ 1 n 4- sin

n ., и n

геометрический фактор, 0 определяющий непосредственно падающее на трещины излучение (пят-20 но облучающего излуче- ния) ;

Х - угол падения света на образен, связанный с углом падения на тре- 25 типу & соотношением sinoi n cos & ; - показатели преломления полимерного материала и материала тре- о щины соответственно;

R - энергетический коэффициент отражения излучения от трещины, зависящий от угла падения 0 (оО , толщины трещины h0 и показателя преломления материала трещины п/2 N - количество трещин,попадающих в область облучения при нормальном падении света на образец

Энергетический коэффициент отражения оптического отражения света RO от пленки толщиной h и показателем преломления n2, находящейся в среде с показателем преломления п, определяется в виде

-7th

HO - - -, (

- 2 cos

obh

+ е

2 тП -- l

пЛв1пйв- С)2 п

(5)

Ч - фаза отраженной волны для поляризации света, лежащей в плоскости падения, определяемая в виде

Изобретение относится к измери- тельной технике. Цель изобретения - расширение диапазона измерений, опре- деление параметров трещин в началь- ный момент их возникновения-и роста. Трешины в полимерах облучают линейно поляризованным излучением под различными углами падения в диапазоне 60-85 1, измеряют интенсивность отраженного от трещин излучения, по которой определяют параметры трещин При этом регистрируется интегральная интенсивность отраженного излучения в условиях, обеспечивающих максимальную чувствительность. 2 ил. § сл

( () + (24) cosftS)- 8 (sinC6- (DS)2)4 C08«0

cos 2 --- ---- -- (sin 6 ()ft + (SS) )2

С учетом экспериментальных данных вить в виде клина, для которых энер- для объяснения взаимодействия света гетический коэффициент отражения свес трещинами серебра в полимерных ма-40 та R равен териалах эти трещины можно предстаbhofl - Ч

Для малых значений 1 I, при которых , и с учетом

1 + bh,., - ----, выражение (7) преобразуется к виду

В выражении (7) содержатся три неизвестные величины (N, n, h0) о Однако ввиду сложности выражения для R аналитическое решение уравне ний (1) при различных углах & не

R1 hh0

. о/л /nl rifQ представляется возможным. Поэтому

-/г hnn j tsinKO - ( ) (о),J

yt ° лnt. задачу определения п0и по. можно

(6)

2 И 1+с5в 2Ч

(7)

В выражении (7) содержатся три неизвестные величины (N, n, h0) о Однако ввиду сложности выражения для R аналитическое решение уравне- ний (1) при различных углах & не

представляется возможным. Поэтому

сформулировать следующим образом. Найти (подобрать) такие их значения при которых опытные данные R(6;)/ /R(6 const) Р-, ЭКс наилучшим образом совпадают с теоретическими (расчетными) Pj Ttop При наилучшем совпадении сумма квадратов отклонений экспериментальных значений от теоретических минимальна, поэтому задача сводится к определению минимума функции

Ф(Ь0, пй) Z ;3KC- Р(Теор)г (9) i

Из экспериментальной зависимости интенсивности отраженного от трещины излучения от угла падения в диапазоне 60-85 ° определяем значения Р;экс и с использованием ЭВМ находим параметры Ь0 и п, соответствующие минимуму функции f(h0, n). Уменьшение угла меньше 60° приводит к уменьшению регистрирующей интенсивности за счет понижения энергетического коэффициента отражения оптического излучения от трещин. Увеличение угла выше 85 приводит к уменьшению регистрирующей интенсивности ia счет уменьшения пятна облучающего трещину излученич.

Устройство для реализации способа содержит источник 1 оптического излучения, гютярочд 2, фокусирующую линзу 3, фотоприемник 4, индикатор 5 гониометрическое устройство 6. При этом источник излучения и регистрирующая часть (фокусирующая линза 3, фотоприемник 4 и индикатор 5) располагаются симметрично относительно направления приложения нагрузки ( обеспечивается равенство углов падения и отражения от трещин, которые расположены перпендикулярно к направлению приложения нагрузки. Исследуемый образец 7 с трещинами облучают оптическим излучением 8 от источника I под различными углами падения на трещины в диапазоне 60-85°(что соответствует изменению угла падения на образен 5-50°) и измеряют зависимост интенсивности отраженного от трещины излучения от угла падения облучения, которое фокусируется линзой 3 на фо- топриемник 4, фототок 9 которого регистрируется индикатором 5. По полученной зависимости с использованием расчетных формул (1) и (9) опре-

279376

деляют толщину и показатель преломления материала трещин.

Пример осуществления способа. Образцы из полиметилметакрилата предварительно прикрепляли зажимами нагружающего устройства и механически нагружали на различные величины дег формации, что обеспечивало воэникно-

JQ вение трещин с- различными параметра - ми« Образцы с трещинами устанавливали на гониометрическое устройство и облучали оптическим излучением от источника - лазера ЛГИ-105 (длина

15 волны fl 0,6328 мкм, мощность 1 мВт) под различными углами падения на трещины и с использованием фотопри- емника ФД-7К и вольтметра В7-21А регистрировали зависимость интенсив-

20 ности отраженного от трещин излуче - ния, которая существенно превышала нулевое ччаченис в диапазонj 60-85 (см. фиг.2). По полученным зависимостям рассчитывали толщину и показатель

25 приломчения материала трещин, которая состазляла для кривой 10 (величина предварительной деформации Ј, 1,4%) 1 ,35 и h0 0,06 мкм, кривой 11 (Ј$ 1,8%) - п«2 1,20 и

30 h0 0,11 мкм, кривой 12 (.Јь 2,1%) - п % - 1,20 и h о 0,22 мкм (см. таблицу). Известным же способом толщина трещины определялась только при величине предварительной деформации исследуемого образца 2,1%.

Изобретение позволяет расширить диапазон измерений параметров трещин - определять толщину и показатель преломления материала трещины

40 в начальный момент ее возникновения и роста за счет регистрации интегральной интенсивности отраженного от трещин излучения в диапазоне углов падения на трещину облучающего из-

45 лучения (60-85°) соответственно максимальной чувствительности.

35

формула изобретения Способ определения толщины и показателя преломления материала трещин в полимерах, еес - ящии в облучении образца оптическим излучением и регистрации отраженного от трещин излучения, о v л ,{ ч а ю щ и и с я

тем что, с целью расширения диапазона измерений, облучают образец линейно-поляризованным излучением под различными углами падения на трещины в диапазоне 60-85 и измеряют эавиФиг.Г 5 3. отн. ед

7 10 20 30 НО 50 d° (в5)(03) (77) (71) (65) (60) (в) фиг.Z

V