Диэлектрическая проницаемость, ε
|
Тангенс диэлектрических потерь, tg δ·10-3
|
Контролируемые участки
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
4,5
|
4,75
|
5
|
5,25
|
5,5
|
11
|
16
|
21
|
26
|
31
|
2.
Процесс прохождения (отражения) радиоволн ОК
Рассмотрим амплитудный метод контроля для РНП И РНО. Для РНП
метод заключается в определении внутреннего состояния объекта контроля по воздействию
среды на электромагнитную волну, проходящею через него. Основой метода является
наличие двух антенн (излучающей и приёмной), находящихся по разные стороны
объекта контроля, и, как правило, соосных. Принципиальная схема метода
приведена на рис.1.
Рис. 1. Схема амплитудного метода в РНП
- излучающая антенна, 2 - приемная антенна, 3 - изделие, 4 -
дефект.
На рисунке 1 приняты следующие обозначения: l1 - расстояние от края
излучающего рупора до первой поверхности, l2 - расстояние от второй
поверхности до края приёмного рупора, r1,2 - коэффициенты отражения от
первой и второй границ, g1,2 - коэффициенты прозрачности первой и второй границ,
E1 - излучённая волна, E2 - волна внутри объекта
контроля, E3 - принимаемая волна.
Изменяя расстояния l1, l2, для данной толщины
объекта контроля, добиваются максимального (минимального) значения сигнала на
качественном участке контролируемого объекта. Изменение расстояний позволяет
настраивать прибор на максимальную чувствительность.
Для РНО (см. рис.2) метод заключается в определении
внутреннего состояния объекта контроля по воздействию среды на электромагнитную
волну, отражённую от дефекта (аномалии) или поверхности объекта контроля.
Основой метода является наличие двух антенн (излучающей и приёмной) или одной
совмещенной (приёмно-излучающей), находящихся (находящейся) по одну сторону
объекта контроля.
Рис. 2. Схема амплитудного метода в РНО
- излучающая антенна, 2 - приемная антенна, 3 - изделие, 4 -
дефект.
На рисунке 2 приняты следующие обозначения: l1 - расстояние от края
излучающего рупора до первой поверхности; r1,2 - коэффициенты отражения от
первой и второй границ; g1,2 - коэффициенты прозрачности первой и второй границ;
E1 - сигнал связи приёмной и
излучающей антенн; E2 - волна, отражённый от первой границы, E3 - волна, отражённая от
второй границы; E4 - волна, отражённая от дефекта.
Изменение расстояния l1, как и в приведённом выше
рассмотрении приводит к аналогичному эффекту.
Существует две разновидности приборов, работающих в РНО:
одноантенный и двух антенный. Основной особенностью приборов является
существование конструктивной связи между излучающим и приёмным трактами. В
одноантенном варианте связь существует за счёт попадания части мощности
генератора в детекторную секцию по внутренним волноводным трактам. В двух
антенном варианте связь наблюдается за счёт попадания части излучённой мощности
из излучающей антенны в приёмную антенну, величина которой (E1) зависит от
конструктивного исполнения антенн.
Для различных задач эта связь может быть полезной или
мешающей. При использовании её, конструктивная связь рассматривается как
опорный сигнал, с которым суммируется отражённый сигнал. Такой подход позволяет
увеличивать чувствительность прибора.
В случае, когда необходимо регистрировать сигнал от дефекта
(аномального участка) другие компоненты общего сигнала (в первую очередь от
рассматриваемой связи - E1 и E2) должны быть исключены.
Тогда выявляемость дефекта зависит только от чувствительности приёмника и на
показание прибора не влияет изменение расстояния l1 от образца до антенны,
которое может приводить к изменению E2.
3. Получение
расчётного выражения
Затухание электромагнитной волны, прошедшей сквозь слой
диэлектрика толщиной h c потерями в первом приближении определяется по
известной формуле:
I=I0·e-k·h, (1)
где: I0 - интенсивность падающей волны, k - коэффициент поглощения
среды.
Рассмотрим связь между коэффициентом отражения и
диэлектрическими параметрами ОК. В качестве ОК рассмотрим бетонную плиту
толщиной h = 50 мм. Рабочая длина волны излучателя в воздухе λ0 = 3 см.
В случае контроля при одностороннем доступе к изделию в РНО
регистрируется излучение, отражённое от объекта, численно характеризуемое
энергетическим коэффициентом отражения. Для нормального падения на плоский
диэлектрик толщиной h в воздухе энергетический коэффициент имеет вид:
(2) где:
(3)
b = (2·π·k) /λ0, (4)
(6) . (7)
где: ε - диэлектрическая проницаемость
(действительная часть), tg δ - тангенс угла диэлектрических потерь, λ0 - длина
волны в воздухе. Наличие аномалий в материале изделия, которые проявляются
через изменение ε и tg δ приводит к изменению амплитуды
коэффициента отражения.
Коэффициент контрастности рассчитывается по формуле:
К = |R1 - Rn| / R1,
(8)
где: R1 - коэффициент отражения для участка ОК без аномалий, Rn - коэффициент отражения для аномального
участка ОК.
4.
Проведение расчетов
Рассчитаем значение k по формуле (7) для
каждого из 5-ти участков:
,
,
Рассчитаем значение n по
формуле (6) для каждого из 5-ти участков:
Рассчитаем значение a по
формуле (5) для каждого из 5-ти участков:
a1 = (2·π·n1) /λ0
= 0,444
a2 = (2·π·n2) /λ0
= 0,456
a3 = (2·π·n3) /λ0
= 0,468
a4
= (2·π·n4) /λ0 = 0,479
a5
= (2·π·n5) /λ0 = 0,491
Рассчитаем значение b по
формуле (4) для каждого из 5-ти участков:
b1
= (2·π·k1) /λ0 = 0,0025
b2
= (2·π·k2) /λ0 = 0,0036
b3
= (2·π·k3) /λ0 = 0,0048
b4
= (2·π·k4) /λ0 = 0,0061
b5
= (2·π·k5) /λ0 = 0,0075
Рассчитаем значение R1 по формуле (3) для каждого из 5-ти
участков:
Рассчитаем значение R по
формуле (2) для каждого из 5-ти участков: R1 =
0,029, R2 = 0, 207, R3 = 0,317, R4 =
0,283, R5 = 0,146
По полученным значениям R рассчитаем значения коэффициента контрастности К по формуле
(8).
К1 = |R1 - R1| / R1 = 0, К2 = |R2 - R1|
/ R1 = 6,13, К3 = |R3 - R1| / R1 = 9,93,
К4 = |R4 - R1| / R1 = 8,75, К5 = |R5 - R1| / R1 = 4,03
Построим график зависимости К = f (R n). (построить самим).
Заключение
Из приведенных расчетов следует:
. Зависимость величины коэффициента отражения Rn от диэлектрических
параметров ОК.
2. Зависимость величины коэффициента контрастности
(выявляемости) К от диэлектрических параметров ОК.
Таким образом, разные участки ОК с разными диэлектрическими
параметрами, будут выявляться по разному.
Литература
1.
Берлинер М.А. Измерение влажности. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергия,
1973. - 400 с.
.
Потапов А.И., Пеккер Ф.П. Неразрушающий контроль конструкций из композиционных
материалов. - Л.: Машиностроение, 1977. - 190 с.
.
Технологический неразрушающий контроль пластмасс/Потапов А.И., Игнатов В.М.,
Александров Ю.Б. и др. - Л.: Химия, 1979. - 288 с.
.
Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник/ Под ред.
В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1976. т. 1, - 391 с.