Способ свч-дефектоскопии

(5) ГОСУДАРСТВЕН ПО ИЗОБРЕТЕН ПРИ ГКНТ СССР ЫЙ КОМИТЕТЯМ И ОТКРЫТИЯМ(54) СПОС (57) Изоб разрушаю пользов материал ние точно ния деф поверхно частоты в ствующем рам дефе ФЕКТОСКОПИИ ится к средствам неля и может быть ис- Ч-дефектоскопии бретения - повышения глубины залегачет возбуждения а двух частотах. Эти диапазоне, соответо возможным размеинам залегания, 1 ныи универТретьяк 2,ающий конт 9, с. 61 - 127,АВТОРС(ОМУ СВИДЕТ(56) Заявка Франции ч. 22065кл. О 01 Я 3/00, 1978,Технологический неразруроль пластмасс, Л.: Химия, 19 Изобретение относится к дефектоскопии и может быть использовано для определения глубины залегания диэлектрического тела в проницаемой для электромагнитных волн среде,Известен способ определения места нахождения тела, расположенного в диэлектрическом полупространстве, с помощью подповерхностной радиолокации. Способ заключается в облучении контролируемого объекта электромагнитным импульсом и измерении разности времен прихода импульсов, отраженных от поверхности диэлектрического полупространства и включения, Погрешность определения места нахождения тела составляет несколько длин волн и определяется возможностями аппаратуры.Однако ввиду небольших расстояний от поверхности контролируемого объекта до дефекта (от миллиметров до деСятков сантиметров) этот способ требует излучения ОБ СВЧ-ДЕ етение относ щего контра но для СВ в, Цель изо сти определе екта за с тной олны ыбираются в максимальн та и его глуб очень коротких импульсов и высокого временного разрешения, Соответствующая ап- Б паратура является недостаточно развитой и чрезмерно дорогостоящей.аЪНаиболее близким к изобретению является способ СВЧ-дефектоскопии, заключа. ющийся в том, что измеряют коэффициент отражения плоской электромагнитной вол- ф ны от контролируемого объекта и по его величине определяют наличие и параметры дефекта, в том числе и координаты залега- О ния этого дефекта. Измерения коэффициента отражения проводят в широком диапазоне частот(от 30 до 40 ГГц), В результате обработки на микропроцессорном устройстве . частотной зависимости коэффициента отражения определяется глубина залегания дефекта,Способ применим для обнаружения дефектов, размеры которых больше длинь 1 волны, Точное определение глубины залегания дефекта возможно лишь при использо25 30 45 50 55 вании для зондирования плоских электра- магнитных волн и бесконечно большого частотного диапазона. В реальных условиях использование неплоских волн и конечного частотного диапазона приводит к появлению методической ошибки в определении глубины залегания дефекта, которая в ряде случаев может достигать десятков процентов от истинного значения. Крометого, для реализации этого способа требуется слокная математическая обработка результатов измерений.Цель изобретения - повышение точности определения глубины залегания дефекта,Рассмотрим однородное диэлектрическор полупространство, в котором на расстоянии к = Ь от поверхности расположено тело с диэлектрической проницаемостью, отличной от диэлектрической проницаемости полупространства, Характерный линейный размер тела (например, для тела с формой шара- зто диаметр) обозначен через а, Пусть от поверхности полупространстьа в, зуждается поверхностная электромагнитная волна, В диэлектрическом полупрострэнстве амплитуда поверхностной волны меняется с глубиной г по закону Еехр(-6,28318 у МС), где безразмерный коэффициент досчитается известным. Коэффициент у нетрудно вычислить исходя из величины диэлектрической проницаемости полупространства и способа возбуждения поверхностной волны. Частота т этой волны удовлетворяет двум условиям, Ва-первых, С/(100 а)1 : С/(10 а), где С = 3 10 в (м/с) - скорость света в вакууме, т.е. длина волны электромагнитного полл на порядок больше характерного линейного размера тела, Во-вторйх амплитуда поверхностей волны на максимально возможной глубине залегания дефекта (которую обозначим через Ьмакс) не более чем на два порядка меньше амплитуды этой поверхностной волны на поверхности диэлектрического палуг,ространства, т.е, 1С/(ЗЬмакс у). Объединяя оба условия, получим С/(100 э)Г (С/(10 а), С/(ЗЬмакс ) или С/(100 а)1С/(ЗЬмакс так как обычно Ьмакс 10 а/(3 У).Из уравнения Максвелла следует, чта в такой ситуации рассеянное дефектом злектромагни ое поле Ег на расстоянииа СЛ от дефекта опись Вается приближенным выражениемЕг." (3 а) ехр(-3 у Ь)/Щ;= 6,283181/С,Коэффициент пропорциональности в этом выражении зависит от формы и материала дефекта, расположения точки наблюдения иопределяется экспериментально,Из вышеприведенного выражения и закона сохранения энергии нетрудно получить, что разность между мощностямиповерхностной волны в начале (Р,) и в конце(Рк) распространения пропорциональнаРн - Рк фа) ехр(-21 у Ь)Й, Здесь коэффициент пропорциональности слабо зависитот размеров дефекта и частоты поверхностной электромагнитной волны и не зависитот глубины залегания дефекта, Находя разность мощностей повепхнастнь 1 х воли надвух фиксированных частотах из вышеуказанного интервала и вычисляя отношениеэтих разностей, можно определить глубинузалегания дефекта Ь,Ря- Рк 1 1= - ехр(-12,5664 у Ь(г 1- т 2)/С)РВ 2 Ркг 12где нижним индексом "1" обозначены величины, измеренные на частоте т 1, а индекс "2"- на частоте 12. Видно, что отношение интенсивностей рассеянных дефектов электромагнитных полей на двух различныхчастотах оказывается не зависящим от размеров, формы и материала дефекта. Обращая последн ою фоомулу относительноглубины залегания дефекта, получимЬ = С 4 пР 1;2)- пРВ 1 - Рк 1)/(Р-Рк/12,5664 ) (11 - 12.Эта формула определяет процедуру обработки результатов измерений,На чертеже изображена установка, с помощью которой.реализуется предлагаемыйспособ,Установка состоит из двухступенчатогогенератора 1, соединенного через делитель2 мощности с измерителем 3 мощности иустройством 4, возбуждающим поверхностные электромагнитные волны, Последнеечерез устролство 5, направляющее поверхностные водны, соединено с прлемником 6поверхностных волн, который соединен сизмерителем 7 мощности,Установка работает следующим обраЗОМ,Устройства 5, направляющее поверхностные волны, приводится в контакт с исследуемым изделием 8, содержащим дефект 9.С помощью генератора 1 возбуждаютсяэлектромагнитные колебания на частоте 11,Мощность этих колебаний делится поровнуна делителе 2 мощности и направляется визмеритель 3 мощности и устройство 4, возбуждающее поверхностные электромагнитные волны. Мощность поверхностнойволны, возбуждаемой устройством 4, равнамоЩности РВ 1, РегистРиРУемой измеРителем 3 мощности, Поверхностная электромагнитная волна, распространяясь попоВерхности исследуемого изделия 8 Вдольустройства 5, направляющего поверхностные волны, взаимодействует с дефектом 9, из-за чего уменьшается ее мощность, После взаимодействия с дефектом поверхностная волна попадает на приемник б поверхностньх волн, который поеобразует ее в электромагнитные колебания, мощность которых Рк 1 регистрируется измерителем 7 мощности. Затем генератором 1 возбуждаются электромагнитные колебания на частоте т 2 и измеряются мощности поверхностной электромагнитной волны в начале распространения (Рнг) с помощью измерителя 3 мощности и в конце распоостранения (Рк 2) с помощью измерителя 7 мощности. Измеренные величины подставляются в формулуф - 2) - и РИ - Рк/Рн 2 - Р 212, 5669 ) 1 - , 2 по которой определяется глубина залегания дефекта,Проведено математическое моделирование процесса измерений, Предложено, что в однородном диэлектрическом полу- пространстве, моделирующем изделие, на глубине г = 0,0124 м расположен диэлектрический шар диаметром а =. О;003 м и диэлектрической проницаемостью4 ед. СГСЕ, моделирующий дефект, Вдоль поверхности полупространства распростоанялась поверхностная волна с0,5, В результате математического моделирования процесса измерений получено, что на частоте 11 = 101 О Гц разность мощностей поверхностной волны в начале и в конце распространения вдоль полупространства равна ЛР 1 = 36 10 з Вт, э на частоте 12= 211- ЛР 2=5,43 10 Вт. Подставляя расчетные значения в формулу для определения глубины залегания дефекта, получим Ь = 0,0123 м, Таким образом, относительная погрешность способа составила 0,5%.Из вышеизложенного следует, что предлагаемый способ позволяет: определять глубину залегания дефектов с размерами, на порядок меньшим длины волны, с относительной ошибкой порядка 1%, в то время как в прототипе погрешность определения глубины залегания дефекта составляет 10- 20%; упростить по сравнению с прототипом обработку результатов измерений, исключив необходимость численного решения интегрального уравнения, Кроме того, предлагаемый способ не требует абсолют ных измерений мощности поверхностнойволны, а лишь разности мощностей этой волны в начале и в конце ее распространения вдоль поверхности исследуемого изделия, позволяет также устранить вредные 10 .условия труда, обусловленные излучениемпространственных электромагнитных волн,Формула изобретения Способ СВЧ-дефектоскопии заключающийся в том, что регистрируют характери стики электромагнитного СВЧ-поляконтролируемом объекте на нескольких частотах и по этим характеристикам определякт параметр дефекта в объекте, от л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 20 точности определения глубины залеганиядефекта, воздействуют на контролируемый объект поверхностной электромагнитной волной и измеряют изменение мощности этой волны при взаимодействии с дефектом 25 на двух фиксированных частотах в диапазоне С/(100 а)1С/(3 у Ьас), а глубину залегания дефекта определяют согласно выражению30 4 п - Г 2) - ДРн - Ри 1 /Рн 2 - Рк 2 Д12, 59994 )6 12 где Т 1, т 2 - значение фиксиоованных частот,Гц;35 С=3,10 м/с-скоростьсветаввакууме;8у - безразмерный коэффициент, зависящий от спосооа возбуждения поверхностной электромагнитной волны;,Рн 1 и Р 1 - мощности поверхностной 40 волны в начале и в конце ее распространения вдоль поверхности исследуемого обьекта на частоте б 1;Рн 2 и Рк 2 - мощности поверхностнойволны в начале и в конце ее распростране ния вдоль поверхности исследуемого объектэ на чэстоте т 2,Ь - глубина залегания дефекта, м;Ьмакс максимально Возможнэя глубиназалегания дефекта, м;50 а - мэксимальныйлинейный размердефекта, м.Редакто роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аказ 2499 ВНИИПИ Составитель А,Яровойандура Техред У,Моргентал Корректор А.Вороьич Подписноетениям и открытиям приская наб 4/5 Тиражсударственного комитета по изобре ГКНТ СССР113035, Москва, )К, Рауш