Способ неразрушающего контроля Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

обходимость большого числа коммута- ций, увеличение массогабаритных показателей, которые могут отрицательно сказаться нв режиме работы самого исследуемого элемента или конструкции, увеличение числа соединений, что приводит к снижению надежности в целом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является теневой способ, при котором через контролируемый объект пропускает информационную акустическую волну и принимают прошедшую через объект волну, а о качестве изделия судят по изменению одного из параметров амплитуды, фазы и др., прошедшей через изделие акустической волны.

Недостатком известного способа является то, что к поверхности контролируемого объекта требуется всесторонний доступ, что делает невозможным контроль в труднодоступных зонах.

Целью изобретения является расширение области использования за счет контроля трудодоступных зон.

Указанная цель достигается спо- собом, при котором через контролируемые зоны объекта пропускают информационную акустическую волну, а о качестве объекта судят по изменению параметров прошедшей через него акустической волны, согласно изобретению формируют опорное оптическое излучение, распространяющееся в оптическом волноводе, предварительно уложенном в труднодоступных зонах объекта , а об изменении параметров про шедшей через объект акустической волны судят по изменению параметров опорного излучения как результату воздействия прошедшей акустической волны на оптические и геометрические параметры оптического волновода.

Использование в. качестве приемника акустических волн оптического световода как континуального чувствительного приемника дает ряд преимуществ: одинаковую чувствительнос по всей длине световода , широкопол ность, невосприимчивость к внешним электрическим и магнитным полям. Причем световод может быть выполнен сколь угодно большой протяженности и уложенным на поверхности контроли

dg/da

руемого объекта по любой траектории в один или несколько слоев, а особо малые габариты световода делают возможным его укладку в труднодоступных зонах как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации.

Кроме того, предлагаемый способ обладает достаточно высокой чувст- вителностью, так как преобразование прошедших акустических волн происходит за счет прямой модуляции параметров передаваемого оптического излучения, вызванной изменением основных

характеристик световода: длины, показателя преломления и диаметра. При этом результат внешнего воздействия проявляется в виде Сдвига фазы, изменения амплитуды или поляризации

оптического излучения на выходном торце световода.

На примере измерения сдвига фазы оптического излучения Р под воздействием акустического давления Р, определяемого по формуле

Ґ-1-« Ф

1-}-20г

Е

0 dg/da

5

I

L ft,

где Р - акустическое давление в радиальном направлении, длиа взаимодействия световода с акустической волной; радиус сердцевины световода;

длина волны оптического из- лучения1,

градиент константы распро-, странения по радиусу сердцевины световода; фотоупругие константы стекла световода} коэффициент Пуассона1, Е - модуль упругости, можно показать, что под воздействием акустичесчого давления в радиальном направлении изменение фазы оптическо- го излучения обусловлено в основном изменением показателя преломления (фотоупругий эффект) и изменением длины световода. Как показывают резул-ь- таты экспериментальных исследований,. величины вкладов названных механизмов различны по знаку, но определяющим является вклад за счет фотоупругого эффекта. В случае действия акустиче5

Р« и /V

} .

5

ского давления в продольном направлении определяющим будет вклад за счет изменения длины световода, при этом противоположность знаков сохраняется. Как в первом, так и во втором случаях влияние изменения диаметра световода на сдвиг Лазы не является значительным.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для осуществления способа неразрушающего контроля.

Устройство содержит излучатель 1 акустических волн, связанный с генератором 2, оптический световод 3, входной k и выходной 5 торцы которого оптически связаны с источником 6 и приемником 7 оптического излучения соответственно, кроме того имеется электронный блок 8 обработки и отображения информации, оптически связанный с приемником оптического излучения.

Способ контроля осуществляется следующим образом.

С помощью излучателя 1 акустических волн возбуждают в контролируемом объекте 8 с частотой генератора 2 информационную акустическую волну, которая, пройдя объект, попадает на оптический световод 3, уложенный по требуемой траектории на поверхности объекта и имеющий с ней акустическую связь. Опорное оптическое излучение от источника 6 оптического излучения через входной торец k вводится в световод 3, распространяется по нему, взаимодействует в среде световода с прошедшей информационной акустической волной, которая изменяет параметры оптического излучения в результате воздействия на оптические и геометрические параметры оптического волновода, и далее через выходной торец 5 поступает на приемник 7 оптического излучения, электрический сигнал с которого поступает на вход электронного блока 8 обработки и отображения информации. Наличие дефектов в контролируемом объекте вызовет изменение параметров проше шей информационной акустической волны, а следовательно, и изменение параметров модуляции оптического излучения, что выделится электронным блоком 8, и полученная информация будет отображена в удобной для восприятия форме.

32152

Надежный акустический контакт све- товода с поверхностью контролируемого объекта можно обеспечить, например, . при помощи эпоксидной смолы или другого вещества, при этом не нужно принимать дополнительных мер по закреплению световода на поверхности. Пример. В качестве оптическоЮ го световода используют одномодовое волокно из плавленого кварца (диаметр сердцевины 4-1(Г€м, диаметр оболочки 1,), длиной 0,8 м. часть которого приклеивают к поверх15 ности исследуемого образца из алюминиевого сплава. Световод укладывают в плоскости образца в три слоя вплотную друг к другу. Источником оптического излучения служит He-Ne лазер с

20 длиной волны ft 0,63 10 м. При этом исследуют поляризационную модуляцию оптического излучения посредством поляризационно чувствительного фотоприемника в режиме фотоде25 тектирования. Для возбуждения информационного пучка продольных волн используют Фокусирующий пьезоэлектрический преобразователь с резонансной частотой 2.,5 МГц, расположенный

30 с противоположной стороны образца, перемещаемый вдоль траектории укладки волоконного приемника. Толщина исследуемого образца составляет

5

0

5, . Дефекты имитируются в виде плоских подрезов, перпендикулярных направлению пучка информационных акустических волн и располагаются в середине образца. В результате эксперимента установлено, что изменение интенсивности оптического

5

излучения, проходящего через анализатор и падающего на фотоприемник в бездефектной зоне, составляет 25- 30%. При наличии дефекта на пути информационного пучка акустических волн сигнал на выходе фотоприемника изменяется.

Оценки чувствительности предлагаемого способа контроля проводят путем 0 сравнения с классическим вариантом теневого акустического способа контроля с двумя соосно расположенными с противоположных сторон пьезо- преобразователями с той же резонансной частотой 2,5 МГц. Эксперименты показали, что чувствительность одногс и другого способов примерно одинако- ва, В обоих случаях уверенно выявляются в образце дефекты площадью S

717

k мм2, Однако, с технической точки зрения реализация контроля по предлагаемому способу существенно проще в случае контроля труднодоступных зон объектов.

Такик образом, предлагаемый способ контроля расширяет область применения акустических методов контроля. Применение заданных алгорит- мов обработки сигналов позволяет производить по предлагаемому способу контроль качества конструкций в процессе их испытаний и эксплуатации.

Формула изобретений

Способ неразрушающего контроля, при котором через контролируемые зоны объекта пропускают информацион

5

528

ную акустическую волну, а о каче- стве объекта судят по изменению параметров прошедшей через него акустической волны, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования за счет обеспечения контроля труднодоступных зон, формируют опорное оптическое излучение, распространяющееся в оптическом волноводе, предварительно уложенном в трудодоступных зонах объекта, а об изменении параметров прошедшей через объект акустической волны судят по изменению параметров опорного излучения как результаты воздействия прошедшей акустической волны на оптические и геометрические параметры оптического волновода.

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний элементов и узлов конструкций. Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения контроля труднодоступных зон. Информационную акустическую волну пропускают через контролируемые зоны объекта с предварительно уложенным в Изобретение относится к неразрушающим испытаниям элементов и узлов конструкций и может найти применение для контроля и встроенной диагностики труднодоступных зон в машиностроении, авиационной и автомобильной технике. Известен ряд способов неразрушающего контроля, основанных на излучении и приеме прошедших акустических волн: теневой, временной теневой, зеркально-теневой, велосимметриче- ской. них оптическим волноводом, через который распространяется опорное оп- тическое излучение. В результате воздействия прошедшай акустической волны на оптические и геометрические параметры волновода изменяются параметры опорного излучения, по изменению которых судят об изменениях параметров прошедшей акустической волны, вызванных акустическими неодно- родностями, по которым, в свою очередь судят о качестве объекта. Возможность контроля труднодоступных зон обеспечивается тем, что оптический волновод может быть выполнен сколь угодно большой протяженности при особо малых габаритах, что дает возможность уложить его в трудодоступных зонах как в процессе изготовления объекта, так и в процессе его эксплуатации по любой требуемой траектории в один или несколько слоев. 1 ил. Однако в реальных условиях методика известных способов контроля предполагает наличие всестороннего доступа к поверхности изделия для сканирования, что не всегда возможно. Другой вариант - использование большого числа последовательно установленных излучателей и приемников акустических волн, опрашиваемых в процессе контроля, ограничивается целым рядом экономических и технических факторов. К ним следует отнести сравнительно высокую стоимость, неi L J w frO IS

8