Датчик контроля толщины теплозащитного материала в процессе его разрушения

(9) 01) 0 21/88 ЗСР"ЕТЕНИ ЛЬСТВУ 24 лунин,-86,227 НЫ ТЕПЛОЕССЕ ЕГО М ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительнойтехнике и можетбыть использовано при измерении уноса асбопластиков, стеклопластиков идр, материалов, применяемых в машиностроении, в доменном производстве,при теплофизических исследованиях материалов в условиях воздействия высокотемпературного газа. Цель изобретения - повышение производительностиконтроля с единицы площади датчика.В датчике, содержащем светопрозрачный стержень 1 в оболочке 2, отражающей световое излучение, введенное13 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, теплозащитным материалом, например пористой полупрозрачной керамикой, Глубина проточек 17336может быть выполнена переменной и монотонно уменьшающейся по направлению от торца стержня к фотодиоду. Измерение уноса теплоэащитного материала производится в момент разрушения пористой керамики, размещенной в проточках, по изменению амплитуды выходного сигнала, 1 з,п, ф-лы, 2 ил.20 Изобретение .огносится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использовано при измерении уноса теплозащитного материала (ТЗМ),(например, асбопластиков, стеклопластиков и др. материалов, применяемых в машиностроении, в доменномпроизводстве, при теплофизических исследованиях материала в условиях воздействия высокотемпературного газа).ЮЦель изобретения - повьшение производительности контроля с единицыплощади датчика,На фиг, 1 изображен предлагаемый15датчик со сквозными кольцевыми проточками; на фиг, 2 - то же, в котором глубина проточек выполнена пере"менной и монотонно уменьшается понаправлению, совпадающему с направлением уноса материала,Датчик содержит светопрозрачныйстержень 1, выполненный, например,из плавленого кварца, сапфира илидругого тугоплавкого светопрозрачного материала, оболочку 2 стержня, отражающую световое излучение, кольцевую проточку 3, заполненную светорассеивающим, ослабляющим световыелучи, теплозащитным материалом (например, пористой керамикой, пористымстеклом, полупрозрачным стеклопластиком и т.п.), корпус 4 датчика, выполненный в виде трубки, котораяпредохраняет стержень и оболочку отповреждений и поломок под действием 35сил и вибраций, инфракрасный фильтр5, когорый задерживает световое излучение в области спектра с длинойволны больше 0,8 микрона, фотодиод6, в котором световой сигнал превра- фщается в электрический, элемент защищаемой конструкции 7, исследуемыйтеплозащитный материал (ТЗМ) 8, который со стороны внешней поверхностигодвергается воздействию высокотемпературного газа, внешнюю разрушаемую поверхность 9 ТЗМ 8,Датчик работает следующим образом.Под действием высокотемпературного газа исследуемый ТЗМ 8 прогревается и при достижении на поверхноститемпературы разрушения начинает уноситься, Так как фронт прогрева опережает фронт уноса, то стержень 1 сначала прогревается, однако световоеизлучение в инфракрасной областиспектра, прошедшее по датчику путеммногократного отражения от оболочки2, задерживается инфракрасным фильтром 5. Когда внешняя поверхность 9в процессе уноса ТЗМ 8 достигает торца стержня 1, то по нему распространяется световое излучение в видимойи ультрафиолетовой области спектра,которое проходит через фильтр 5 ипопадает на фотодиод 6. Излучение,падающее на входной торец прозрачного световода, распространяется по нему (благодаря полным внутренним отражениям) и выходит из противоположного торца, Для уменьшения потерьсвета при внутренних отражениях световоды изготовляют иэ световедущейжилы с высоким показателем п преломления, окруженной изоляционной оболочкой с меньшим показателем по преломления, В таких световодах потерисвета на поверхности раздела стержня(жилы) и оболочки малы даже для лучей, претерпевающих тысячи отражений.С фотодиода снимается электрическийсигнал, время регистрации которогосоответствует уносу ТЗМ 8 на величи-,ну, равную разности между исходнойтолщиной ТЗМ 8 и координатой торцастержня, Стержень затем начинает разрушаться заподлицо с исследуемым ТЗМ8. Процессу разрушения ТЗМ 8 и датчика соответствует уменьшение количества кольцевых проточек 3, запол -ненных светорассеивающим материалом. Интенсивность световой энергии, па дающей на фотодиод 6, при этом увеличивается. Подбирая шаг размещенияпроточек 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 20 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,.заполненными светорассеивающим материалом, по величине З 0 выходного сигнала определяют толщину ТЗМ 8, причем с помощью одного стержня можно проводить несколько из мерений (по количеству проточек в оболочке). Корпус 4 датчика позволя- З 5 ет также закрепить размещенный в проточках светопоглощающий материал,сохранить более стабильными характеристики датчика и предохранить датчик от повреждений и поломок. Приме нение кольцевых проточек с размещенным в них светорассеивающим материалом обеспечивает возможность получать с одного световода повышенный объем информации, Например, при дос таточно большом шаге размещения проточек информация будет иметь дискретный характер, т.е. будет наблюдаться скачкообразное изменение амплитуды выходного сигнала в момент про хождения фронта уноса через очередную 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 светопрозрачному стержню в направлении к фотодиоду, В предельном случае минимальный диаметр внутреннего отверстия проточки из условия хорошего светопропускания сигнала должен превышать примерно 20 длин волн светового сигнала, т,е. превышать примерно 20 микрон. Переменная и монотонно уменьшающаяся глубина проточек позволяет создавать внутри датчика крутые градиенты изменения амплитуды светового излучения, что обеспечивает получение требуемой чувствительности датчика для различных материалов стержня 1 и его выбранной длины,формула и з о б р е т е н и я1. Датчик контроля толщины теплозащитного материала в процессе егоразрушения, содержащий светопрозрачный стержень в оболочке, соединенныйчерез инфракрасный фильтр с,фотодиодом, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения производительности контроля, в оболочке выполненысквозные кольцевые проточки, при этомполость проточек заполнена светорас-.сеивающим теплозащитным материалом.2. Датчик по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что проточки углублены в стержень, при этом глубина проточек выполнена переменной и монотонно уменьшающейся по направлению отторца стержня к фотодиоду,1317336 оставитель Н. Стукоехред А.Кравчук Редактор А. Реви Корректор Л. Пилипенк Заказ 2416/39 Тираж 77 о исн ВНИИПИ Го енного комитета СССР по дел етений и открытий 113035, Моск Раушская наб., д, 4/сударств ам изобр ва, Жоектная, ц горо Производственно-полиграфическое предприятие,