Эллипсометрический способ дефектоскопии

 

Изобретение относится к контролю электропроводящих материалов и может быть использовано в машиностроительной.авиационной промышленности для обнаружения дефектов и определения их координат. Цель изобретения - повышение точности определения координат дефекта. Эллипсометрический способ дефектоскопии заключается^в создании электрического поля путем подачи постоянных токов и напряжений токовыми и потенциальными зондами в измерительные точки, расположенные на поверхности материала. Дополнительно подают одинаковые токи в четыре измерительные точки,.расположенные в вершинах и середине гипотенузы равнобедренного прямоугольного треугольника, а одинаковые напряжения подают в средние точки его катетов, измеряют 3 .относительно этих точек величины токов ^ по направлениям катетов четырех треу- С/1 гольников, образованных совокупностью ^ измерительных точек, и находят координа- ^^ ты дефекта из системы уравнений. 2 ил.3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Is»s G 01 И 25/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4760090/28 (22) 29.09.89 (46) 23.02,92. Бюл. N 7 (71) Институт технической теплофизики

AH УССР и Опытное конструкторско-технологическое бюро с эксперименталь: ым. производством теплофизического приборостроения Института технической теплофизики АН УССР (72) В.В, Платонов, К.В. Трубицын и В.Г. Мишутин (53) 531.717.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 230289, кл..G 01 N 27/02, 1968.

2. Патент ФРГ

¹ 1062813. кл. G 01 N 25/72, 1969. (54) ЭЛЛИПСОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ

ДЕ Ф Е КТО СКОП И И (57) Изобретение относится к контролю электропроводящих материалов и может быть использовано в машиностроительной, Изобретение относится к контролю электропроводящих материалов и. может быть использовано в машиностроительной, авиационной промышленности для обнаружения дефектов и определения их к@ординат.

Известен способ исследования локальной области неоднородного материала путем задания токов в точках ее границы (11;

Недостаток способа заключается в том, что он позволяет. находить TQflbK0 направление распространения дефекта в материале.

Известно устройство для контроля степени анизотропии удельного электросопротивления листовых электропроводных материалов. в котором создают электриче !Ц, 1714479 А1 авиационной промышленности для обнаружения дефектов и определения их координат. Цель изобретения — по вы ше ние точности определения координат дефекта, Эллипсометрический способ дефектоскопии заключается- в создании электрического поля путем подачи постоянных токов и напряжений токовыми и потенциальными зондами в измерительные точки, расположенные на поверхности материала. Дополнительно подают одинаковые токи в четыре измерительные точки, расположенные в вершинах и середине гипотенузы равнобедренного прямоугольного треугольника, а одинаковые напряжения подают в средние точки его катетов, измеряют относительно этих точек величины токов по направлениям катетов четырех треугольников, образованных совокупностью измерительных точек, и находят координаты дефекта из системы уравнений. 2 ил. ское поле токовыми и потенциальными зондами, расположенными попарно в четырех 4Ъь измерительных точках в вершинах квадрата фь на поверхности материала, с помощью кото- 4 рых определяют степень анизотропии ани- сО зотропного материала с известными главными направлениями анизотропии (2).

Недостаток способа, реализуемого в известном устройстве заключается в том, что с его помощью невозможно с высокой точHocTblo определить координаты дефекта в материале, с его помощью можно определить только направления распространения дефекта.

Цель изобретения состоит в повышении точности определения координат дефекта.

1714479

Поставленная цель достигается твм, что при эллипсометрическом способе дефектоскопии, заключающемся в создании электрического поля путем подачи постоянных токов и напряжений токовыми и потенциальными зондами в измерительные точки, расположвннцв на поверхности материала, подают одинаковые токи в чвтырв измерительные точки, расположенные в вершинах и середине гипотенузы равнобедренного прямоугольного треугольника, а одинаковые напряжения подают в средние точки его катетов, измеряют относительно этих точек величины токов по направлениям катетов четырех треугольников, образованных совокупностью измерительных точек, и находят координаты дефекта из системы уравнений у-у (о) - (х-xi®) щ уi, l=1,2,...,п, (1) где х,у — щординаты дефекта, м; х у — координаты средних точек катетов равнобедренного прямоугольного треугольника,м; =сц +e, l=1.2, (2) () где а - углы направлений на дефект иэ средних точек катетов равнобедренного прямоугольного треугольника, град.; (о) а1 . — углы базовых направлений из средних точек катетов равнобедренного прямоугольного треугольника в декартовой системе координат. град„ () () (i) а1 = arctg

211 2 3

i i, l = 1,2, (3) 2 13 () () () где И,I2 .1з — величины измеренных токов, А.

На фиг. 1 приведена блок-схема реализации способа; на фиг. 2 — равносторонний прямоугольный треугольник, поясняющий формулы для вычисления углов й.

Способ реализуется следующим образом.

Устанавливают (фиг. 1) четыре источника 1 тока и.два источника 2 напряжения, подключенные выходами соответственно к измерительным точкам 3-6 и 7, 8, находящимся в вершинах, середине гипотенузы и средних точках катетов равностороннего прямоугольного треугольника, расположенного на поверхности материала 9. После включения источников тока 1 и напряжения

0)

2 в,работу измеряют величины токов 11ц(фиг.

2). Затем по формуле(3) вычисляют углы а1 и (о) а . Регистрируют величины углов а1 и (о) се базовых направлений в декартовой. системе координат и по формуле (2) находят углы 1 и ф направлений на дефект,.Иэ системы уравнений (1) определяют координаты дефекта.

Пример. Координаты дефекта определяются в изотропном материале. Так как предполагается, что иэотропный материал имеет дефекты, то его следует рассматривать как аниэотропный материал, обладаю15 щий главным направлением анизотропии.

По условию предложенного способа измерительные точки располагаются в вершинах равносторонних прямоугольных треугольников, т.е, по линии окружности, в центре

2р которой задается базовое напряжение. Тогда согласно закону Ома для произвольной точки, лежащей на окружности, относительно ее центра справедливо соотношение (4) U=lR, 25 где R — электрическое сопротивление, опре-, деляемое удельным электрическим сопротивлением и толщиной исследуемого

30 плоского материала, радиусом окружности и площадью сектора, прилегающего к заданной точке окружности. которая представляется в следующем виде:

45 д В A/С вЂ” BID

1+ DCp (6) 50 Второе слагаемое является уравнением окружности и поэтому (A/Ñ-В/О)/(1+ p)= Л R sin а, С

О а 2л; . (7)

Обозначим в (6) B/D=Rp и подставим его значение в формулу (4). Имеем

0=Я=!йо+! ЬR sIA G =Uo+ «.l U Рп й. (8) Независимой переменной величиной в, 35 формуле (4) является электрическое сопротивление. Иэ теории цепей в общем случае сопротивление R как функцию электропроводности р листовогб материала можно представить дробно-линейной зависимо40 ctblo = З+Л .

С+ар

1714479

225о 315оо

Подставив (11) в формулу (3), получаем а1 =вгсщ

I2 — !3

arctg(=1)= 45О, 10 (2), (2) (2)

211 — !2 — Is аг.= arCtg т

12 — !3 т9(1)=45о

Так как, например, базовое направление из точки 7 выбрано на точку 6, то иэ (9) получаем

I1()=!О+ Л1 sin а, и (12()=1,+ Л!.э1п(а+90 )=!о+ Л! cosа, !

З()=to+ Л 1 sin(a +270 )=4- ф I cos а. (10)

Отсюда получаем...

211()-I2(— 1з()=2 Al sin a, (1) lз(1)=2 Л! cos а.

Поделив первое равенство на второе, пол(1) (1) (1)

2I1 . — Iг — !з

tga—

V-у(()=(!()) т9

1=1,2„.„n, г — lз

Следовательно, формула (3) справедлива, 45 где х,у — координаты дефекта, м; что и требовалось доказать. Х ") у(() — координаты средних точек ка;

1-!а ф 2 пРиведен пРимеР когда де тетов равнобедренного прямоугольного фект 0 расположен на линии, соединяющей треугольника м точки 7 и 8. В этом случае получить координаты дефекта из уравнений (1) невозможно, 50 (о) так как tg y1 =тцуг. В этом критическом у, =аi +а;; случае надо равносторонний прямоугольный треугольник на поверхности материала a; — углы направлений на дефект из сдвинуть или повернуть на некоторый про - средних точек катетов равнобедренного извольный угол. Однако и в этом критиче- 55 прямоугольного треугольника, град.; ском случае оценить положение дефекта (1) (0) а) — углы базовых направлений из можно путем сравнения величин !1 и 12

Из фиг. 2 вытекают следующие соотно- средни) точек катетов равнобедренного прямоугольного треугольника в декартовой шения:

1 (1) 1 (1) (2) (2)

11 =s, 1 =2 системе координат, рад.,:

Полученное соотношение определяет закон распределения потенциала по линии окружности е àíèýîòðîïèîì листовом материале под воздействием распределенного по линии концентрической окружности источника тока.

Пользуясь соотношением (8), легко можно получить расчетные формулы для определения углов у(направления лучей иэ середин сторон равнобедренных прямоугольных треугольников на дефект. ДФН этого рассмотрим фиг. 2, Здесь в точки 7 и 8, являющиеся центрами окружностей радиуса ro, подается постоянное напряжение О, а в измерительные точки, расположенные по линии окружности, подается ток I. Тогда для величин токов, направленных к центрам окружностей, из (8) получаем зависимость т

i=I, + Л s;n а, 0 à <а à <. л. (91

Подставив в формулу (2), находим у1=-180, уг =360, что подтверждает работоспособность предложенного способа.

Формула изобретения

Эллипсометрический способ дефектоскопии, заключающийся в создании злект25 рического поля путем подачи постоянных токов и напряжений токовыми и потенциальными зондами в измерительные точки, расположенные на поверхности материала, .отличающийся тем, что, с целью

30 повышения точности определения координат дефекта, подают одинаковые токи в четыре измерительные точки, расположенные в вершинах и середине гипотенузы равнобедренного прямоугольного треугольника; а

35 одинаковые напряжения подают в средние . точки его катетов, измеряют относительно этих точек величины токов по направлениям катетов четырех треугольников, образовант ных совокупностью измерительных точек, и

40 находят координаты дефекта из выражений

1714479

Фиа

Составитель В.Мишутин

Редактор О.Юрковецкая Техред М;Моргентал Корректор Л.Бескид

Заказ 688 Тираж Подйисное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул. Гж арина, 101 () 0» О

Э1 -t2 - З

Q =arctg

11 1,lг@,4@ — величины измеренных токов, А.