Оптические методы контроля

Эти методы получили широкое применение для наружного контроля. Применение инструментов типа луп, микроскопов, эндоскопов и бороскопов для осмотра внутренних полостей изделий, проекционных устройств, лазеров, оптической голографии расширяет возможности оптического метода.

Пример визуального контроля с помощью оптической трубки - бороскопа показан на рис. 21.

Для возможности визуального наблюдения конструкция объекта контроля должна иметь соответствующие полости (лючки и т. п.), позволяющие проводить осмотр. Применяются оптические трубки, дающие увеличение в два-три и более крат, с диаметром поля зрения 3—20 мм.

Изображение передается с помощью системы линз и призм (или зеркал), смонтированных в оптической трубке. Место осмотра освещается через оптико-волоконный кабель.

С помощью визуального наблюдения обнаруживают повреждения и разрушения поверхности, коробление, трещины, перегрев, износ и т. п.

Рисунок 21. Схема бороскопа:

1 - рабочие лопатки, подлежащие осмотру; 2 - трубка бороскопа; 3 - окуляр; 4 - глаз наблюдателя; 5 - стекловолоконный кабель; 6 - источник света; 7 - корпус компрессора

Радиоволновой контроль

Радиоволновый диапазон электромагнитного спектра излучения занимает область длин волн от 1 до 1000 мм – диапазон сверхвысокой частоты (СВЧ).

Радиоволновые методы и средства применяют для контроля качества и геометрических размеров изделий из диэлектрических материалов (строительные материалы, стеклопластики и пластмассы, резина, термозащитные материалы, теплоизоляционные материалы, бумага, фибра, фанера), для измерения влажности материалов (песок, древесностружечные материалы), толщины металлического листа и т.п.

Исследуемые материалы и тела влияют на прохождение, отражение, поглощение и рассеяние радиоволн. При этом происходит изменение амплитуды, фазы, поляризации и т.п. По степени изменения указанных параметров можно судить о характерных свойствах самого материала, а также об отклонениях от номинала. Нарушение сплошности и структуры тел почти всегда сопровождается изменением их электромагнитных параметров, а, следовательно, и результатов взаимодействия электромагнитных волн с ними. На этом основаны радиоволновые методы неразрушающего контроля состояния и структуры тел.

Электромагнитная волна представляет собой совокупность быстропеременных электрического Е и магнитного Н полей (рис 22.). В свободном пространстве электромагнитная волна поперечна, т.е. векторы Е и Н перпендикулярны направлению распространения волны z.

Рисунок 22. Схема распространения плоскополяризованной
электромагнитной волны

При радиоволновом контроле диэлектрических материалов необходимо знать диэлектрическую постоянную ε и тангенс угла диэлектрических потерь tg δ (обычно для диэлектриков магнитная проницаемость μ = 1), для полупроводниковых и магнитных материалов необходимо учитывать ε и μ, для металлов в основном имеет значение величина проводимости σ.

Для передачи энергии источника к приемнику излучения применяют как волноводные линии, так и свободное пространство. Волновод, по которому распространяется электромагнитная волна, представляет собой металлическую трубу прямоугольного или круглого сечения.

Приборы радиоволнового контроля могут быть классифицированы по различным признакам.

По информативному параметру различают приборы: амплитудные; фазовые; амплитудно-фазовые; поляризационные; резонансные; лучевые; частотные; преобразовательные (вид волны); спектральные.

По схемам расположения приемника и излучателя энергии СВЧ относительно контролируемого образца могут быть: на прохождение (двусторонний доступ) (рис. 23); на отражение (односторонний доступ); комбинированные.

Различают следующие формы образования сигнала: аналоговую; дифракционную; оптическую.

Основными физическими параметрами в приборах являются коэффициенты отражения, прохождения, поглощения, преломления, поляризации, преобразования.

Рисунок 23. Схема радиоволнового дефектоскопа «на прохождение»:

1 – блок питания; 2 – генератор; 3 – волноводный тракт; 4 – аттенюатор (ослабление сигнала); 5, 6 – излучающая и приемная антенны; 7 – детектор; 8 – усилитель; 9, 10 – регистрирующие устройства.

Тепловой метод контроля

Тепловой метод контроля основан на регистрации инфракрасного излучения, исходящего от поверхности нагретого тела. Тепловым источником нагревают контролируемый объект. В зоне несплошности отвод теплоты происходит с иной интенсивностью по сравнению с однородным материалом. Возникающие температурные градиенты в несколько десятых градуса предопределяют различие в тепловом инфракрасном излучении этих участков, которое регистрируется соответствующим приемником и затем преобразуется в электрические сигналы. Этот метод позволяет выявлять как поверхностные, так и внутренние дефекты в виде расслоений, пустот, раковин и других дефектов.

Этот метод предусматривает дистанционное исследование тепловых полей излучения объектов в инфракрасном диапазоне. При обследовании технического состояния металлических конструкций метод можно использовать для исследования напряженно-деформированного состояния элементов. Контроль возможен везде, где есть градиент температур. Чувствительность теплового приемника такова, что удается зарегистрировать разницу температур поверхности 0,1°С.

Различают активный метод контроля, когда источник (один или несколько) нагревает контролируемый участок до температуры 100°С, и пассивный - основанный на использовании собственного теплового излучения нагретого агрегата.

Инфракрасное излучение является низкоэнергетическим и для глаза человека невидимо, поэтому для его изучения созданы специальные приборы - тепловизоры (термографы), позволяющие улавливать это излучение, измерять его и превращать его в видимую для глаза картину.

Тепловизоры относятся к оптико-электронным приборам пассивного типа. В них невидимое глазом человека излучение переходит в электрический сигнал, который подвергается усилению и автоматической обработке, а затем преобразуется в видимое изображение теплового поля объекта для его визуальной и количественной оценки.

На экране тепловизора мы видим значения мощности инфракрасного излучения в каждой точке поля зрения тепловизора, отображенные согласно заданной цветовой палитре (черно-белой или цветной).

Высокая чувствительность тепловизоров реализуется благодаря наличию высокочувствительных полупроводниковых приемников излучения из антимонида индия InSb, ртуть-кадмий-теллура Hg-Cd-Te и др.

Чувствительность приемника к тепловому излучению тем выше, чем ниже его собственная температура. Для охлаждения применяют либо жидкий азот или элементы Пельтье (полупроводники, дающие перепад температур при пропускании через них тока). Изготавливаются также «неохлаждаемые тепловизоры», имеющие низкие характеристики.