Способ определения дефектов в диэлектрических материалах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 63957 19) 51)5 6 22 02 ОПИСАН ТЕ ОБ стребов шающего контроСправочник под .: МашиностроеЕФЕКТОВ АЛАХ скохозяйости к сподефектовщими наратора неИЯ Д ТЕРИ к сел частн нних битаю гене вавшетеля. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКН 1 СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Приборы для неразруля материалов и изделий,ред. В,В, Клюева, кн. 1, - Мние, 1976, с, 216,218.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНВ ДИЭЛ Е КТРИЧ ЕСКИ Х МА(57) Изобретение относитсяственному производству, всобам выявления внутрезерна, образуемых скрытосекомыми-вредителями. О Изобретение относится к неразрушающим способам контроля диэлектрических материалов и, в частности, может быть использовано для определения дефектов.".ерна, вызванных действием скрытообитэющих насекомых-вредителей. Известны различные неразрушающие способы определения скрытых дефектов зерна и его зараженности насекомыми-вредителями,Так, например, известен рентгенографический анализ дефектов зерна и наличия в нем вредителей, позволяющий определять внутренние полости, повреждения и личиночные стадии развития некоторых вредителей, О других стадиях развития (имаго, куколка) здесь можно судить лишь ориентировочно по характеру, размерам и очерптниям полости дефекта зерна, образополяризованного СВЧ-излучения сантиметрового диапазона через волноводный симметричный разветвитель СВЧ-волны направляются по двум волноводам к микроволноводным линзам, при помощи которых они фокусируются в пучки с площадью поперечного сечения, соизмеримой с площадью контролируемых зерен. Эти пучки СВЧ-волн проходят по двум волноводным каналам, где помещаются эталонное (без дефектов) зерно и контролируемое зерно. Измеряя величину разностного сигнала от обоих детекторов прошедших СВЧ-волн, определяютхарактердефекта в контролируемом зерне, 1 ил., 1 табл. езультате деятельности вредиОднако с помощью рентгенографичеФВйй ского способа нельзя точно определить, является ли обнаруженный в зерне вредитель 4 живым или мертвым, что необходимо знать О для принятия рЕшения о дальнейших мерах Сф) защиты при хранении зерна и нормах высе- К) ва семян. Кроме того, рентгенографические (Л устройства явгяются сравнительно дорогими и громоздсими и требуют соблюдения специальных мер по технике безопасности, а также значительного времени для обработки пленок или фотобумаги при получении рентгенограмм или фотоотпечатков,Принципиальный недостаток рентгенографического способа (невозможность точно различать живых и погибших вредителей в зерне) устраняется з другом известном способе обнаружения скрытообитающихвредителей в зерне - в акустическом способе, основанном на фиксации слабых звуковых сигналов, издаваемых живыми насекомыми внутри зерна, когда они грызут его, двигаются и т.п, Способ применим для 5 экспрессной диагностики и обладает высокой чувствительностью.Однако акустическому способу свойственны свои, специфические недостатки. Так, этим способом невозможно обнару жить неактивных вредителей, а также выявить различие в стадиях развития активных вредителей и наличие поврежденных зерен с внутренней полостью, но без вредителей, Кроме того, чтобы живые вредители приоб рели в зерне активность, его необходимо дополнительно подогреть до 20 - 25 С,Как известно из литературных данных, живые скрытообитающие насекомые-вредители на различных стадиях развития име 25 30 35 40 45 50 ют по сравнению с незараженным зерном значительную собственную влажность. превышающую влажность зерна в 3 - 4 (и более) раза. Кроме того, различные стадии развития насекомого существенно отли,аются содержанием воды в теле вредителя, Так, например, в теле живых имаго вредителей запасов зерна содержится 47-54% воды, а в личинках - 62 - 67 , в то время как зерно при хранении и меет влажность около 13- 15. Следовательно, для выявления различных стадий развития вредителей зерна необходимо применять способ, позволяющий с высокой чувствительностью и точностью определять содержание воды в зерне в пределах от 10 до 70-80,.Такой способ может быть основан на применении поглощения электромагнитных волн сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, где диэлектрические характеристики я и тцд зерна и воды значительно отличаются по величине (более чем в 20-30 раз). Так, например, на 3-сантиметровых волнах для сухого зерна пшеницы диэлектрическая проницаемость к, = 2, а для воды е ==-61,5 и, соответственно, тангенс угла диэлектрических потерь для зерна тц дз = 0,025 и для воды щдв = 0 5Известен способ определения дефектов диэлектрических материалов с помощью электромагнитных колебаний СВЧ-дианазона,основанный на погло цении СВЧ-волн в исследуемом и эталонном образцах одновременно и измерении разности прошедших сигналов. по которой судят о наличии дефекта, Однако такой способ, используемый для контроля дефектов в листовых диэлектриках, не применим для контроля дефектов зерна, так как площадь зерна, облучаемая СВЧ-энергией отизлучающих головок, во много раз меньшеплощади самих головок, Поэтому более 90излучаемой ими СВЧ-энергии будет проходить мимо контролируемого зерна, т,е. схема не может точно определять не толькодефекты в зерне, но и наличие самого зернав электромагнитном поле, Кроме того,здесь, как и во всех дефектоскопах, используется когерентное поляризованное СВЧизлучение, что применимо для контролядефектов в листовых диэлектриках и не может быть использовано при определениискрытых дефектов в зерне, Объясняется этотем, что при применении поляризованныхволн форма и расположение дефекта в зерне воспринимаются схемой соизмеримо сизменением влагосодержания зерна и вредителя в зерне, что искажает полезную информацию о характере дефекта, снижаяэтим точность и чувствительность определения дефекта.Целью изобретения является повышение точности определения дефектов в образцах с малыми размерами,Положительный эффект заключаетсякак в повышении точности и чувствительности способа при контроле дефектов в зерне,что повышает достоверность контроля, таки в значительном улучшении производительности контроля, что обеспечивает экономическую эффективность разработанного способа,Для этого в способе определения дефектов в диэлектрических материалах, заключающемся в облучении электромагнитными волнами исследуемого и эталонного образца, измерении разности прошедшего сигнала через исследуемый и эталонныйобразцы, по которой судят о наличии дефекта, облучение осуществляют сфокусированными неполяризованными электромагнитными волнами с поперечными размерамипотока, соизмеримыми с размерами образца,На чертеже приведена функциональнаясхема устройства для осуществления предлагаемого способа,Устройство содержит источник неполяризованных СВЧ-волн сантиметрового диапазона 1, волноводный разветвитель 2 иволноводные тракты 3 и 4 для контролируемого и эталонного зерна. В каждом из трактов установлены передающие рупорные5 антенны 5 и 6 с микроволноводными линзами 7 и 8, создающими сфокусированные потоки СВЧ-волн, и приемные детекторныесекции 9. и 10 с патронами 11 и 12, прозрачными для СВЧ-волн,в которые помещаютконтролируемое 13 и эталонное 14 зерно, В) 0 043 лр 35 40 45 50 55 детекторных секциях установлены СВЧ-детекторы прошедшего сигнала 15 и 16 и регулирующие поршни 17 и 18. К выходам СВЧ-детекторов подкл ючается контрол ьноизмерительная схема 19, а преобразуемый в ней разностный сигнал подается на вход цифрового многошкального индикатора 20,Способ осуществляется следующим образом.Из контролируемой партии зерна отбирается навеска в несколько зерен, из которой выбирают зерна, не имеющие зараженности вредителями (эталонные зерна). Эти зерна в процессе работы остаются постоянно в эксплуатации для данной партии зерна, Затем из испытуемой партии зерна берут мерочным стаканом в любом месте необходимое количество контролируемого зерна - не менее 50 зерен для продовольственного зерна и не менее 200 зерен для семенного зерна,Включив СВЧ-генератор 1. проверяют его работу при отсутствии зерен в контролируемом 3 и эталонном 4 трактах. В этом случае цифровой многошкальный индикатор 20 не должен фиксировать какие-либо показания, В противном случае подстройка осуществляется регулировкой положения поршней 17 и 18.Затем в патрон 11 помещают контролируемое зерно 13, а в патрон 12 - эталонное зерно 14, включают С ВЧ-генератор 1 и фиксируют показания цифрового индикатора 20, поочередно заменяя контролируемые зерна, При этом производительность контроля зависит от навыка и может быть доведена до 20 - 30 зерен в минуту, В конце контроля снимают показания цифрового индикатора 20, отмечая общее количество прошедших зерен, число зерен по шкале"полость" (без вредителя). "имаго" (живые или мертвые), "личинки" (живые или мертвые), "куколки" (живые или мертвые) и общее число дефектных зерен,При испытании новой партии зерен эталонное зерно выбирается из этой партии и все операции повторяются в указанной последовательности с новыми контролируемыми зернами.Разработанный способ определения дефектов в диэлектрических материалах отвечает всем основным требованиям, предьявляемым к условиям качественного контроля зерна при его скрытой зараженности насекомыми-вредителями.В таблице приведены результаты расчетов, подтверждающие высокую точность и чувствительность разработанного способа ко всем видам дефектов в зерне. полученные на основании вычисления массового ос 5 10 15 20 25 30 лабления СВЧ-волн 3-сантиметрового диапазона в зерне пшеницы по формуле где гп - ослабление СВЧ-волн, дБ/г/см;2, 1=3,2 см - дл и на С В Ч-вол н ы", р=1 г/см плотность воды и зерна; я - относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества (для воды яв =61,5, рв =1: для зерна к,=2,р =1), т 9 д - тангенс угла диэлектрических потеоь вещества (для воды щдв= =0,5, для зерна щдз = 0,025),При этом учтены следующие средние значения массы: для зерна пшеницы Мз=4 г, для живого имаго вредителя Ми=1,5 г, для мертвого высохшего вредителя Мыс=0,5 г. Средние значения относительной влажности равны: для хранимого зерна с/ =15%, для живого имаго вредителя рж =50%, для мертвого вредителя ум=20%.Высокая чувствительность и точность определения дефектов в зерне при помощи предлагаемого способа объясняется большой концентрацией СВЧ-энергии на зернах благодаря ее фокусировке в пятно, соизмеримое с облучаемой полощадью зерна, и применением неполяризованных СВЧ- волн, нечувствител ных к форме и расположению дефекта. а только фиксирующих изменение его влагосодержания. Применение двухканальной дифференциальной схемы измерения также повышает точность и чувствительность измерения дефектов данным способом,Использование данного способа определения дефектов зерна на практике обеспечивает также более безопасные и менее утомительные условия труда как по сравнению с рентгена рафическим способом, так и по сравнению с широко применяемым в настоящее время визуальным рассмотрением деструктированных зерен под микроскопом,Формула изобретения Способ определения дефектов в диэлектрических материалах, заключающийся в облучении электромагнитными волнами исследуемого образца и эталонного образца, измерении разности прошедшего сигнала через исследуемый и эталонный образцы, по которой судят о наличии дефекта, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения дефектов в образцах с малыми размерами, облучение осуществля1763957 Массовое ослабление СВЧ-волн 3-сантиметрового диапазона в зерне пшеницы с дефектами и без нихи разностный сигнал на выходе диффер.нциальной схемы ыид дефекта в зерне ыив ая Составитель И.ЯстребовРедактор Г.Бельская Техред М.Моргентал Корретор В.Петра аказ 3453 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4,5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгэрод, ул.Гагарина, 1 ют сфокусированными неполяризованными элекгромагнитными волнами с поперечныЗерно без дефектов (абсолютн 3 б ф ( ранимое5 о )й вредит ми размерами потока, соизмеримыми с размерами образна.