Способ неразрушающего контроля и устройство для его осуществления

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Могилевский машиностроительный институт(73) Патентообладатель Могилевский машиностроительный институт 1. Способ неразрушающего контроля, при котором через контролируемые зоны объекта пропускают информационную акустическую волну, которая воздействует на волоконный световод с распространяющейся по нему оптической волной, и о качестве объекта судят по изменению параметров оптической волны как результату воздействия прошедшей акустической волны на оптические и геометрические параметры волоконного световода, отличающийся тем, что информационную акустическую волну после прохождения через объект контроля трансформируют в поверхностную. 2. Устройство для неразрушающего контроля, содержащее разнесенные в пространстве источник, сопрягаемый при контроле с объектом и формирующий акустическую волну, а также приемник информационных акустических волн, в качестве которого используют волоконный световод, отличающееся тем, что содержит вспомогательную пластину, в плоскости которой закреплен волоконный световод под углом больше 0 градусов относительно направления распространения информационной поверхностной акустической волны,а ее поверхность параллельна обратной поверхности объекта, при этом пространство между объектом контроля и вспомогательной пластиной заполняется жидкостью, вспомогательная пластина располагается на расстоянии 1 от обратной поверхности объекта контроля, которое выбрано из соотношения 1 ж , где ж - скорость распространения волн в жидкости, - частота информационной акустической волны, а толщина вспомогательной пластины 2 выбрана из соотношения ж 22 при выполнении условий С,3295 1 ж,где С - скоротъ распространения информационной акустической волны в материале объекта контроля,скорость распространения поверхностной волны в материале вспомогательной пластины, а также равенства,ж где- угол падения акустической волны на границу раздела сред объекта контроля с жидкостью,- угол преломления акустической волны, падающей на границу раздела этих сред. Настоящее изобретение относится к неразрушающим испытаниям элементов и узлов конструкций и может найти применение для автоматизированного контроля в машиностроении, авиационной и автомобильной технике. Преимущественно данное изобретение предназначено для контроля изделий из материалов с низким волновым сопротивлением. Известен теневой (амплитудный) способ, основанный на излучении и приеме акустических волн, при котором признаком обнаружения дефектов служит ослабление амплитуды информационной акустической волны, прошедшей через объект 1. Устройство для осуществления известного способа содержит источник и приемник, расположенные соосно с противоположных сторон контролируемого объекта, контактирующие с ним через слой жидкости 1. Недостатками известного способа и, соответственно, устройства для его осуществления являются многократные отражения акустической волны в контролируемом объекте и слоях иммерсионной жидкости, наличие помех, связанных с интерференционными явлениями, а также необходимость перед проведением контроля выполнять юстировку на соосность и жестко закреплять источник относительно приемника. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ неразрушающего контроля 2, при котором через контролируемые зоны объекта пропускают информационную акустическую волну, а о качестве объекта судят по изменению параметров оптической волны, распространяющейся в волоконном световоде, предварительно уложенном в определенных зонах объекта, при этом модуляция параметров оптического излучения происходит под воздействием прошедших акустических волн. Устройство для осуществления данного способа содержит волоконно-оптический преобразователь акустического давления, который может быть реализован по интерферометрической схеме с фазовой модуляцией 3. Использование в качестве приемника акустических волн волоконного световода как континуального чувствительного элемента дает ряд преимуществ одинаковую чувствительность по всей длине световода, широкополосность, невосприимчивость к внешним электрическим и магнитным полям, однако не устраняет перечисленные выше недостатки классического варианта теневого акустического способа контроля. Задачей настоящего изобретения является отстройка от мультипликативных помех теневых методов контроля за счет преобразования информационной акустической волны в поверхностную. Другой задачей изобретения является упрощение настройки за счет исключения операции юстировки на соосность источника и приемника. Указанная задача решается тем, что предложен способ неразрушающего контроля, при котором через контролируемые зоны объекта пропускают информационную акустическую волну, которая воздействует на волоконный световод с распространяющейся по нему оптической волной, и о качестве объекта судят по изменению параметров оптической волны как результату воздействия прошедшей акустической волны на оптические и геометрические параметры волоконного световода, согласно изобретению, информационную акустическую волну после прохождения через объект контроля трансформируют в поверхностную. Решение указанной задачи достигается также тем, что предложено устройство для неразрушающего контроля, содержащее разнесенные в пространстве источник, сопрягаемый при контроле с объектом и формирующий в нем акустическую волну, а также приемник информационных акустических волн, в качестве которого используют волоконный световод, согласно изобретению, устройство содержит вспомогательную пластину, в плоскости которой закреплен волоконный световод под углом больше 0 градусов относительно направления распространения информационной поверхностной акустической волны, а ее поверхность параллельна обратной поверхности объекта, при этом пространство между объектом контроля и вспомогатель 2 3295 1 ной пластиной заполняется жидкостью, вспомогательная пластина располагается на расстоянии 1 от обратной поверхности объекта контроля, которое выбрано из соотношения 1 ж , где Сж - скорость распространения волн в жидкости,- частота информационной акустической волны, а толщина вспомогательной пластины 2 выбрана из соотношения ж 22 при выполнении условий,ж,где С - скорость распространения информационной акустической волны в материале объекта контроля,скорость распространения поверхностной волны в материале вспомогательной пластины, а также равенства,ж где- угол падения акустической волны на границу раздела сред объекта контроля с жидкостью,- угол преломления акустической волны, падающей на границу раздела этих сред. Сущность изобретения поясняется чертежом. На нем представлена функциональная схема устройства для осуществления неразрушающего контроля предлагаемым способом. Устройство содержит источник 1 акустических волн, иммерсионную среду 2, вспомогательную пластину 3 с закрепленным на ней оптическим световодом 4. Способ контроля осуществляется следующим образом. С помощью источника 1 акустических волн возбуждают в контролируемом объеме объекта 5 информационную акустическую волну, которая при наклонном падении из объекта преломляется и, пройдя слой жидкости 2, разделяющий объект 5 и вспомогательную пластину 3, трансформируется в поверхностную волну и, распространяясь по границе жидкости 2 с пластиной 3, попадает на оптический световод 4, закрепленный в плоскости вспомогательной пластины 3 и имеющий с ней надежный акустический контакт. Оптическое излучение, распространяющееся по волоконному световоду 4, взаимодействует с трансформированной информационной акустической волной поверхностного типа, которая изменяет параметры оптического излучения в результате механического воздействия на оптические и геометрические параметры световода. Наличие дефектов в контролируемом объекте 5 вызовет изменение параметров прошедшей, а следовательно, и трансформированной акустической волны, что приведет к изменению параметров оптического излучения. Возможность осуществления способа и устройства для его реализации подтверждается следующими сведениями. Если твердое тело 3 граничит с жидкостью 2, скорость звука в которой Сж меньше скорости поверхностных волнв твердом теле, то существует слабозатухающая волна, распространяющаяся преимущественно в жидкости со скоростью, несколько меньшей Сж. Следовательно, чувствительный элемент 4 - волоконный световод - должен быть закреплен на поверхности твердого тела 3. В жидкости поверхностная волна локализована в слое толщиной, значительно большей Сж/, а в твердом теле - в слое толщиной ж/(2), гдечастота ультразвука. Отсюда следует, что. 2 Возбуждение поверхностных волн будет происходить при условии, если акустические волны, падающие из объекта контроля 5 на границу раздела с жидкостью 2, преломляются под углом , равнымж,причем Сж. Необходимый угол падениянаходится из выражения где С - скорость ультразвука в объекте контроля 5. Аналогично. Последние два неравенства являются определяющими при выборе иммерсионной среды 2 и материала вспомогательной пластины 3. 3 3295 1 Рассмотрим отношение амплитуды преломленных волн в предлагаемой схеме к амплитуде прошедших волн при контроле традиционным теневым методом с нормальным падением волн на границу раздела сред объекта и контактной жидкости, оно будет равно отношению соответствующих коэффициентов прохожденияжж здесьи ж - плотности материала объекта контроля и иммерсионной среды, соответственно. Выразим соотношение / в децибелах Результаты исследований предлагаемого способа и устройства для его реализации при контроле объекта из алюминия (С 3080 м/с), с использованием медной вспомогательной пластины (С 3520 м/с), а в качестве иммерсионной среды - воды (Сж 1490 м/с), сведены в таблицу. отн. ед. Б 25 61 1,739 4,807 Анализ сравнительного отношения амплитудпрошедших через объект контроля поперечных волн показывает, что возникающие потери соизмеримы с уровнем помех, достигаемых в производственных условиях, 46 Б, и, следовательно, значительно не ухудшают энергетических характеристик информационной акустической волны, а компенсируются повышенной чувствительностью волоконного световода. град. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4