Способ дефектометрии плоских диэлектрических материалов

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК й 27/2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И,ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИЕ ИЗ ЕТЕНИЯ(71) Центральное конструкторскоеопытным производством АН БССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1550407, кл, 6 01 М 27/24; 1988. ро у(54) СПОСОБ ДЕ ДИЭЛ ЕКТРИЧ Е (57) Изобретени разрушающего делий путем и газового разряд Из раз руш делий газовог сокой н зовано дефект народн обретение относится к мета ающего контроля материало путем исследования характ о разряда в электрическом и апряженности и может быть для решения широкого класс оскопии в самых различных о ого хозяйства. ам виизеристик оле вы- испольа задач бластяхспособ дефектометрии плоских ческих материалов, основанйствии нэ материал сильного ионизацию) импульсного злекля и электромагнитного излучелированный электромагнитный вают с импульсами злектричео результатам совместных изделяют наличие дефектов и их плоскости материала,Известен диэлькометри ный на возде (вызывающего трического по ния. Промоду сигнал сравни ского поля и и мерений опре коао.аинаты в ФЕКТОМЕТРИИ ПЛОСКИХСКИХ МАТЕРИАЛОВе относится к методам неонтроля материалов и изследования характеристика 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,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, чтобырабочая точка по напряженности находилась в области сильных полей (поле высокой напряженности), вызывающих иониэационный эффект в пространстве локальных нео- днородностей.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 импульснь 1 м 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 (д), т.е, протяженной координаты обьема дефекта т =1(б). При частоте электрического поля Р, превышающей значение 1/т для конкретного дефекта, наблюдается эффект устойчивого снижения проводимости, Однако при Р 1/т 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 отракенных 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 напряжения, регистратор 9, блок 10 перестройки частоты, возбуждающий элемент 11, генератор 12акустических сигналов, блок 13 перестройки частоты и блок 14 сравнения,Между электродами 3 и 4, соединенными с источником 8 высокого импульсного напрякения, 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, выполненного профилированным с формой электрода Роговского, у противоположных его сторон, Частота следования импульсов высокого напряжения задается блоком 10 перестройки частоты, первым выходом соединенным с входом источника 8 высокого 20 30 35 40 45 50 55 импульсного напряжения, Выход детектора 6 электромагнитного излучения соединен с измерительным входом частотного детектора 7, на опорный вход .которого подается 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 расположен на поверхности образца и подключен к выходу генератора 12 акустических сигналов, к управляющему входу которого подключен блок 13 перестройки частоты, К второму выходу детектора 6 электромагнитного излучения подключен блок 14 сравнения.Устройство работает следующим образом.Плоский диэлектрический материал помещают 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 удвоенной его толщины, Последнее условие следует из условий распространения электромагнитного излучения в волноводе, заполненном диэлектриком, При отсутствии дефекта в объеме диэлектрического материала на выходе детектора 6 электромагнитного излучения. устанавливается постоянный уровень сигнала. Этот сигнал с выхода детектора 6 электромагнитного излучения поступает на измерительный вход частотного 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 выходе источника 8 высокого импульсного напряжения, На выходе частотного детектора 7 сигнал в этом случае отсутствует, так как информационный сигнал постоянен.Устройство при наличии дефекта работает в следующем режиме, 16987255 10 15 20 25 30 12 = Ч 2 111 Ч 1 + Ч Ь тр 35 40 45 50 55 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 6 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 0 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 т 1 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 экустических 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 где Ч 1 - скорость поверхностной акустической волны; Ч; - скорость акустической волны в материале; Ь 1 - зона нулевых биений на временном интервале;1 - расстояние между возбуждающим элементом 11 и излучателем 2;12 - расстояние до дефекта от возбуждающего элемента 11;1 з - расстояние от излучателя 2 до электрода 3;Ь - глубина залегания дефекта.Измерения повторяют на различных частотах акустического воздействия, что позволяет определять глубины нескольких дефектов одновременно при обычной процедуре совокупных измерений,Формула изобретения Способ дефектометрии плоских диэлектрических материалов по авт,св. М 1550407, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения воэможностей способа путем определения глубины залегания дефектов, на материал дополнительно воздействуют электромагнитными и акустическими волнами на нескольких частотах, измеряют супер- позицию электромагнитных волн, 1698725прошедыих через материал и отраженных от его поверхности, и по результатам совокупных измерений судят о глубинах дефектов.