Способ дефектометрии плоских диэлектрических материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N27/24 

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля материалов и изделий путем исследования характеристик газового разряда в электрическом поле высокой напряженности и может быть использовано для решения широкого класса задач дефектоскопии в самых различных областях народного хозяйства.

Известен способ дефектометрии плоских диэлькометрических материалов, основанный на воздействии на материал сильного (вызывающего ионизацию) импульсного электрического поля и электромагнитного излучения. Промодулированный электромагнитный сигнал сравнивают с импульсами электрического поля и по результатам совместных измерений определяют наличие дефектов и их кооодинаты в плоскости материала.

Однако данный способ не позволяет определять глубины залегания дефектов.

Цель изобретения - расширение возможностей способа путем определения глубины залегания дефектов .

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - основные геометрические соотношения, используемые при определении координаты дефекта.

Способ дефектометрии плоских диэлектрических материалов реализуют следующим образом.

На исследуемый образец с двух сторон устанавливают электроды, подсоединенные к импульсному источнику высокого напряжения, т.е. помещают исследуемый материал в электрическое поле. Амплитуду напряжений устанавливают такой, чтобы

Ov О, 00 XI

к

СЛ

ND

рабочая точка по напряженности находилась в области сильных полей (поле высокой напряженности), вызывающих ионизационный эффект в пространстве локальных нео- дно родностей.

Один электрод имеет меньшую площадь по сравнению с другим и выполнен с профилированной поверхностью, что позволяет сформировать однородное электрическое поле в зоне исследования.

С одной стороны исследуемый плоский диэлектрический образец облучают электромагнитным излучением и регистрируют параметры сигнала, прошедшего через образец. Электрическое поле возбуждают импульсным сигналом. Промодулированный сигнал, прошедший через образец, сравнивают с импульсным сигналом возбуждения электрического поля и -по результатам совместных измерений определяют параметры дефекта. Частоту следования импульсов изменяют от нижнего до верхнего значений, которые связаны с исследуемым размером дефекта. Находят зависимость времени затухания газового разряда (т) от характерного размера дефекта (d), т.е. протяженной координаты объема дефекта (d). При частоте электрического поля F, превышающей значение 1/г для конкретного дефекта, наблюдается эффект устойчивого снижения проводимости. Однако при F 1/г возникает параметрическая модуляция, которая является информативным признаком дефекта, Информация- о дефекте выделяется в результате сравнения двух частотных сигналов.

После определения наличия дефекта и определения его координаты на плоскости образца определяют глубину значения. Для этого возбуждают совместно акустические и электромагнитные волны, измеряют супер- позицию электромагнитных волн, прошедших через материал и отраженных от его поверхности и определяют глубину залегания дефекта по результатам измерений на нескольких частотах акустического воздействия. При этом используется ранее построенная координатная номограмма.

Устройство для реализации способа содержит генератор 1 электромагнитных волн, излучатель 2, электроды 3 и 4, расположенные на поверхности исследуемого диэлектрического материала с дефектом, приемник 5, детектор 6 электромагнитного излучения, частотный детектор 7, источник 8 высокого импульсного напрях ения, регистратор 9, блок 10 перестройки частоты,возбуждающий элемент 11, генератор 12

акустических сигналов, блок 13 перестройки частоты и блок 14 сравнения.

Между электродами 3 и 4, соединенными с источником 8 высокого импульсного

напряжения, помещают исследуемый диэлектрический материал с дефектом. Излучатель 2, подключенный к генератору 1, и приемник 5 расположены на одном уровне с одним из электродов 3 малого размера,

0 выполненного профилированным с формой электрода Роговского, у противоположных его сторон. Частота следования импульсов высокого напряжения задается блоком 10 перестройки частоты, первым выходом сое5 диненным с входом источника 8 высокого импульсного напряжения. Выход детектора 6 электромагнитного излучения соединен с измерительным входом частотного детектора 7, на опорный вход которого подается

0 сигнал с второго выхода блока 10 перестройки частоты. Входы регистратора 9 соединены с выходом частотного детектора 7 и третьим выходом блока 10 перестройки частоты. Возбуждающий элемент 1-1 располо5 жен на поверхности образца и подключен к выходу генератора 12 акустических сигналов, к управляющему входу которого подключен блок 13 перестройки частоты. К второму выходу детектора б электромагнит0 ного излучения подключен блок 14 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

Плоский диэлектрический материал по5 мещают между электродами 3 и 4 с излучателем 2 и приемником 5 электромагнитного излучения. Частота генерации электромагнитного излучения выбирается такой, чтобы длина волны в материале не превышала уд0 военной его толщины, Последнее условие следует из условий распространения электромагнитного излучения в волноводе, заполненном диэлектриком. При отсутствии дефекта в объеме диэлектрического матери5 ала на выходе детектора 6 электромагнитного излучения устанавливается постоянный уровень сигнала. Этот сигнал с выхода детектора 6 электромагнитного излучения поступает на измерительный вход частотного

0 детектора 7, на опорный вход которого поступает переменный опорный сигнал с второго выхода блока 10 перестройки частоты. Частота опорного сигнала равна частоте перестройки выходного напряжения на выхо5 де источника 8 высокого импульсного напряжения. На выхбде частотного детектора 7 сигнал в этом случае отсутствует, так как информационный сигнал постоянен.

Устройство при наличии дефекта работает в следующем режиме.

С выхода источника высокого импульсного напряжения на электроды 3 и 4 подается последовательность импульсов, амплитуда которых такова, что напряженность электрического поля в газовой полости дефекта превышает пробойное значение. Частота повторения импульсов задается блоком 10 перестройки частоты. В дефекте в виде замкнутой полости газ ионизируется и проводимость его резко возрастает. Если время повторения импульсов высокого напряжения меньше времени рекомбинации заряженных частиц внутри полости дефекта и на его стенках (время затухания газового разряда), то в диэлектрическом материале постоянно существует область высокой проводимости. В противном случае область высокой проводимости (на дефекте) возникает в соответствии с частотой повторения импульсов высокого напряжения. Область высокой проводимости вызывает дополнительные потери электромагнитной энергии и, естественно, изменяется уровень сигнала электромагнитного излучения, принимаемого приемником 5. В первом случае (область высокой проводимости постоянно существует) на выходе детектора б уровень сигнала изменится (по сравнению с бездефектной областью), но останется постоянным, и сигнал на выходе частотного детектора 7 будет по прежнему отсутствовать. Во втором случае периодическое появление области высокой проводимости вызывает периодическое изменение уровня сигнала электромагнитного излучения на приемнике 5.

Таким образом, на выходе детектора 6 электромагнитного излучения появляется амплитудно-модулированный сигнал с частотой, равной частоте следования ионизирующих полость дефекта импульсов высокого напряжения. В этом случае на выход частотного детектора 7 подаются переменные сигналы одинаковой частоты и на его выходе появляется сигнал максимальной амплитуды. Этот сигнал поступает на первый вход регистратора 9 и разрешает запись значения частоты повторения импульсов высокого напряжения, поступающей на второй вход регистратора 9 с третьего выхода блока 10 перестройки частоты. При наличии нескольких дефектов различных размеров, формируя пачки импульсов высокого напряжения с различной частотой повторения (уменьшая частоту), можно проводить селекцию дефектов по размерам с привлечением предварительно полученной тарировочной кривой зависимости между размерами дефекта и временем (частотой) затухания газового разряда.

По окончании измерения размеров дефекта включают генератор 12 акустических сигналов и через возбуждающий элемент 11 возбуждают в образце акустические волны. При

постоянной частоте генератора 12 акустических волн через время ti на детекторе 6 электромагнитного излучения устанавливаются нулевые биения, которые фиксируются блоком 14 сравнения. При изменении частоты колебаний генератора 12 акустических сигналов по управляющему сигналу с блока 10 перестройки частоты из-за конечной скорости акустических волн на детекторе 6 электромагнитных колебаний появляется

пачка импульсов.

Измерив в блоке 14 сравнения частоты длительность пачки импульсов, зная координаты на плоскости дефекта и возбуждающего элемента и скорость распространения акустических волн, рассчитывают глубину залегания дефекта.

Основные геометрические соотношения, используемые при построении координатной номограммы, изображены на фиг. 2, Номограмма рассчитывается по формуле

(h+|3)2

l2 V2li/Vi + Vt A tp,

где Vi-скорость поверхностной акустической волны;

Ј - скорость акустической волны в материале;

Д tp - зона нулевых биений на временном интервале;

И - расстояние между возбуждающим элементом 11 и излучателем 2;

2 - расстояние до дефекта от возбужда- ющего элемента 11;

1з - расстояние от излучателя 2 до электрода 3;

h - глубина залегания дефекта. Измерения повторяют на различных ча- стотах акустического воздействия, что позволяет определять глубины нескольких дефектов одновременно при обычной процедуре совокупных измерений.

Формула изобретения

Способ дефектометрии плоских диэлектрических материалов по авт.св. № 1550407, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей способа путем

определения глубины залегания дефектов, на материал дополнительно воздействуют электромагнитными и акустическими волнами на нескольких частотах, измеряют супер- позицию электромагнитных волн,

прошедших через материал и отраженных купных измерений судят о глубинах дефек- от его поверхности, и по результатам сово- тов.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля материалов и изделий путем- исследования характеристик газового разряда в электрическом поле высокой напряженности и может быть использовано для решения широкого класса задач дефектоскопии в различных областях народного хозяйства. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа дефектоскопии, когда кроме наличия размеров и положения дефекта определяется дополнительно глубина залегания дефекта. Для этого после определения наличия дефекта в листовом материале по известному способу возбуждают совместно акустические и электромагнитные волны, измеряют суперпозицию электромагнитных волн, прошедших через материал и отраженных от его поверхности, и определяют глубину залегания дефекта по результатам измерений на нескольких частотах акустического воздействия. 2 ил. (Л С