[1]Изобретение относится к области дефектоскопии с использованием сверхвысоких частот и может быть использовано для определения дефектов теплозащитных и теплоизоляционных покрытий изделий ракетно-космической техники.
[2]Известен способ обнаружения неоднородностей и дефектов в диэлектрических материалах (авторское свидетельство SU 1739265 от 27.12.1989 г.), заключающийся в облучении электромагнитной волной диэлектрического материала, измерении мощности падающей волны, приеме и измерении отраженной от диэлектрического материала волны, при этом по отношению мощностей падающей и отраженной волн судят о наличии неоднородностей в диэлектрическом материале.
[3]Известен также способ электромагнитной дефектоскопии (патент RU 2146047 от 03.03.1999 г.), заключающийся в том, что контролируемое изделие облучают электромагнитными сигналами под углом к его поверхности, принимают отраженные электромагнитные сигналы, измеряют параметры отраженных электромагнитных сигналов и по результатам измерений определяют наличие дефектов, при этом облучение осуществляют через диэлектрическую пластину, которую устанавливают на поверхности контролируемого изделия.
[4]Недостатком приведенных выше аналогов является невозможность обнаружения дефектов теплозащитных и теплоизоляционных покрытий, наклеенных на металлическую несущую конструкцию.
[5]Наиболее близким аналогом является способ дефектоскопии (авторское свидетельство SU 1748029 от 11.10.90 г.), заключающийся в том, что регистрируют характеристики электромагнитного СВЧ-поля в контролируемом объекте на нескольких частотах и по этим характеристикам определяют параметр дефекта в объекте, при этом для повышения точности определения глубины залегания дефекта воздействуют на контролируемый объект поверхностной электромагнитной волной и измеряют изменение мощности этой волны на двух фиксированных частотах.
[6]Недостатком данного способа является невозможность обнаружения дефектов теплозащитных и теплоизоляционных покрытий, наклеенных на металлическую несущую конструкцию.
[7]Техническим результатом настоящего изобретения является устранение указанного выше недостатка за счет использования многочастотного непрерывного излучения и регистрации отраженного неоднородностями сигнала, который перемножается с опорным сигналом, имеющим постоянную фазу, в результате регистрируется радиоголограмма, которая при последующем восстановлении позволяет выявить неоднородности обследуемого объекта, при этом сигнал, отраженный от плоской подстилающей металлической поверхности, имеющий постоянную фазу, на регистрируемой радиоголограмме отсутствует.
[8]Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа СВЧ-датчик облучает контролируемый объект, представляющий собой слой диэлектрического материала, наклеенного на металлическую несущую конструкцию, непрерывным многочастотным сигналом и построчно сканирует внешнюю поверхность контролируемого объекта, при этом дискретно регистрируется с постоянным шагом для каждой из частот сигнал, отраженный от контролируемого объекта, при регистрации отраженного сигнала происходит его интерференция с опорным сигналом генератора, в результате которой получается радиоголограмма, при последующем восстановлении которой на получаемом изображении выявляются дефекты внутреннего строения контролируемого объекта и поверхностные дефекты на границе раздела контролируемый объект-металл, при этом восстановление радиоголограммы описывается следующими выражениями:
[9]F(kx,ky,ω)=1(2π)2∫∫E(x,y,ω)e−i(kxx+kyy)dxdy
;
[10]S(kx,ky,kz)=F(kx,ky,ω)eikzz0
;
[11]ER(x,y,z)=∫∫∫S(kx,ky,kz)ei(kxx+kyy+kzz)dkxdkydkz
,
[13]E(x,y,ω) - значение сигнала с точке плоскости сканирования с координатами (x,y), зарегистрированного на частоте f;
[14]ER(x,y,z) - восстановленное трехмерное изображение контролируемого объекта;
[15]ω=2πf - угловая частота;
[16]kx и ky - пространственные частоты, соответствующие координатам x и y;
[17]kz=4(ωε/c)2−kx2−ky2
- пространственная частота, соответствующая координате z;
[18]ε - диэлектрическая проницаемость среды;
[19]z0 - расстояние от плоскости сканирования до поверхности контролируемого объекта.
[20]Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых:
[21]- на фиг.1 представлен образец теплоизоляции с тремя искусственно заложенными дефектами (поз.1 обозначен искусственный дефект);
[22]- на фиг.2 приведен результат восстановления радиоголограммы образца теплоизоляции с тремя искусственно заложенными дефектами (поз.1 показано изображение искусственного дефекта);
[23]- на фиг.3 представлен образец теплоизоляции с металлическими спицами, воткнутыми в пенополиуретановое покрытие образца (поз.1 и 2 обозначены спицы, поз.3 - лист алюминиевого сплава АМгб толщиной 5 мм, поз.4 - слой полиуретана толщиной 42 мм);
[24]- на фиг.4 приведен результат восстановления радиоголограмм в эксперименте со спицами.
[25]Заявленный способ осуществляют следующим образом.
[26]Для технической реализации способа был изготовлен образец теплоизоляции с искусственно заложенными дефектами 1 (фиг.1), представляющий собой пакет теплоизоляции, полученный методом напыления пенополиуретана ППУ-17Н толщиной 42 мм на лист алюминиево-магниевого сплава АМгб толщиной 5 мм с нанесенным подслоем, с последующей механической обработкой поверхности ППУ-17Н до заданной толщины.
[27]Для проведения экспериментов использовался голографический подповерхностный радиолокатор «РАСКАН-5/15000» с рабочим диапазоном частот 13.8-14.6 ГГц, обладающий высокой разрешающей способностью и чувствительностью к неоднородностям исследуемых объектов. Данный прибор обеспечивал регистрацию реальной и мнимой части сигнала одновременно на пяти частотах (f=13.8, f=14, f=14.2, f=14.4, f=14.6 ГГц). Для регистрации составляющих сигнала Е в качестве опорного сигнала используется сигнал генератора СВЧ-колебаний, проходящий напрямую к приемнику. Относительно этого сигнала определяется реальная и мнимая части. Выбор этого прибора обуславливался тем, что пенополиуретан ППУ-17Н обладает низким коэффициентом поглощения электромагнитных волн и диэлектрической проницаемостью, мало отличающейся от единицы. При проведении экспериментов по обследованию образцов теплозащитных покрытий использовался метод ручного построчного сканирования поверхности. Поверхность образцов являлась плоскостью сканирования (x,y). Перпендикуляр к поверхности образца принят за ось координат z. В ходе сканирования происходит дискретная регистрация составляющих поля. Минимальный шаг дискретизации определялся энкодером. Шаг дискретизации задавался исходя из требований к минимально обнаруживаемому дефекту. Применительно к изделиям РКТ использовался шаг, равный 0.5 см. Результаты обследования образца теплоизоляции с искусственно заложенными дефектами представлены на фиг.2. На восстановленной радиоголограмме хорошо видны все три искусственно заложенных дефекта.
[28]Для лучшего понимания процессов, происходящих в относительно прозрачных диэлектрических средах, расположенных на металлической поверхности, были проведены эксперименты со спицами, которые втыкались в боковую поверхность образца теплоизоляции (фиг.3). В образец теплоизоляции были воткнуты две металлические спицы 1 и 2. Спица 1 была погружена параллельно поверхности металла на глубину 13 см на расстоянии от поверхности покрытия 20 мм. Вторая спица была погружена в ППУ-17Н на глубину 13.5 см под небольшим углом к поверхности. При этом на наклонной спице при регистрации голограмм должен наблюдаться так называемый эффект «зебры», когда контраст объекта меняется по мере изменения расстояния между антенной и объектом. На фиг.4 показан результат восстановления радиоголограмм в эксперименте со спицами.
[29]Проведенные эксперименты показали, что предлагаемый способ обследования теплозащитных и теплоизоляционных покрытий, расположенных на металлической основе, с помощью топографических подповерхностных радиолокаторов позволяет обнаруживать неоднородности и дефекты в их толще.
[30]Анализ, проведенный заявителем по известному ему уровню техники, показал, что предлагаемое изобретение, обладающее новизной и промышленной применимостью, отвечает в отношении совокупности его существенных признаков требованию критерия «изобретательский уровень», из уровня техники не известен также механизм достижения технического результата, раскрытого в материалах заявки.
