Аппаратура радиоволнового контроля и её свойства
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
История неразрушающего контроля и приборостроения
Руководитель, доц. С.В. Рогович Нормоконтроль С.В. Рогович Студент гр. Фт-140011 А.О. Потапенко 1 АППАРАТУРА, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ В РАДИОВОЛНОВОМ КОНТРОЛЕ 1.1 Некоторые элементы техники СВЧ Для того, что бы передать энергию от источника к приемнику излучения, применяют и волноводные линии, и свободное пространство.
в а– волна типа Н10; б – волна типа Е11; в– волна типа Н11 Рисунок 2 - Вид колебаний в прямоугольном волноводе
прямоугольного или круглого сечения, характеризующиеся поперечными размерами, критическими длинами волны - λкр, длиннее которой волны не распространяются в данном волноводе, и длинами волны в волноводе λв. Волны, которые распространяются по волноводам, определяются видом колебаний и обозначаются с помощью индексов (Emn или TMmn и Hmn), соответствующих числу полуволновых изменений напряженностей Е и Н вдоль широкой (с индекс m) и узкой (с индекс n) стенок волновода (На рисунке 2 приведены конфигурации электрического и магнитного полей в прямоугольном волноводе для колебаний видов типа Н10, Е11, Н11) [1]. В идеальных условиях в волноводах устанавливаются режимы бегущих волн, характеризующиеся тем, что перемещаемый вдоль волновода какой – либо измеритель электрической напряженности полей будет показывать одни и те же значения вне зависимости от его местоположения. Но, как правило, создание идеальных условий распространения не удается, и поэтому полная картина поля образуется из сочетаний различных волн, которые распространяются от генератора к нагрузке, и волн, которые распространяются в обратном направлении – от любой неоднородности к генератору. При этом в волноводе устанавливается режим так называемых стоячих волн. Любая волноводная линия характеризуется коэффициентом стоячей волны напряжения, который в идеальных условиях должен быть равен 1. Практически волноводные линии с коэффициентами стоячей волны напряжения равными 1,02 … 1,03 считаются очень хорошими. Свойства стоячих волн и возможность установления связи между наблюдаемыми явлениями и характеристиками неоднородности, которые вызывают отражение, имеют большое практическое значение. Если принять максимальное напряжение, отмечаемое прибором за U max, а минимальное – за U min то величина, называющаяся коэффициентом стоячей волны напряжения равна: r = U max / U min [1]. Для избегания больших потерь мощности и получения точных результатов измерений, для того, чтобы добиться стабильной работы генератора, необходимо тщательно следить за соединением волноводов с помощью фланцев. Основные требования заключаются в следующем: - одинаковые размеры волноводов; - высокая их соосность и недопущение зазора между фланцами, при условии, если они не имеют специальных согласующих устройств. Благодаря возможности изгибать волноводы в любых плоскостях (изгиб в плоскостях Е или Н) можно создавать приборы, которые обеспечивают проведение контроля в труднодоступных местах. Для достижения хорошего согласования изгибов с волноводным трактом необходимо, чтобы радиус закругления изгиба был больше или равен 2λв. Это справедливо и для так называемых скруток, (волноводных элементов, обеспечивающих поворот плоскости поляризации на 45° или 90°). При этом нужно понимать, что каждый волноводный тракт рассчитывается на диапазон длин волн. Поэтому условия согласования и коэффициент стоячей волны рассчитывают с учетом перестраиваемого диапазона по длинам волн. 1.2 Основные особенности приборов, построенных на различных принципах 1.2.1 Приборы амплитудно-фазовые «на прохождение» В этом случае внутренне состояние ОК определяется по воздействию среды на сигнал, который прошёл через образец. Общая схема метода приведена на рисунке 3. Основа метода – это наличие двух антенн (приемной и излучающей), находящихся с разных сторон от ОК и, чаще всего, соосных между собой. Всего существуют две основные блок-схемы приборов, в которых применен метод «на прохождение» (рисунок 4). Принцип работы схемы, в которой все элементы обозначены сплошной линией, заключается в том, что энергия СВЧ от клистронного генератора 2 подается через вентиль 3 в волновод и аттенюатор 4 к излучающему рупору 5. Энергия проходит через образец 10, принимается приемной антенной 6 и через измерительный аттенюатор попадает на детектор 7, после чего сигнал усиливается и подается на индикаторный прибор 8.
l0 – длина рупора; l1 – расстояние от края излучающего рупора до первой поверхности; l2 – расстояние от второй поверхности до приемного рупора; h – толщина контролируемого изделия; r1,2 – коэффициент отражения от первой и второй границ; g1,2 – коэффициент прозрачности первой и второй границ;Е1 – излученная волна; Е2 – волна в образце; Е3 – принимаемая волна Рисунок 3 - Принципиальная схема образования сигнала в схеме «на прохождение»
1 – блок питания; 2 – источник энергии СВЧ; 3 – развязывающий элемент (ферритовый вентиль); 4 – аттенюатор; 5 – излучающая антенна;6 – приемная антенна; 7 – детектор; 8 – блок обработки информации;9 – фазовращатель; 10 – объект контроля Рисунок 4 - Блок-схема амплитудно-фазовых приборов, работающих по схеме «на прохождение»
Эта схема позволяет проводить контроль свойств материала по величине затухания энергии СВЧ в образце, отсчитываемого по шкале аттенюатора, с помощью которого величина сигнала индикаторного устройства прибора поддерживается на постоянном уровне [1]. Схему, с частью пунктирных элементов, часто называют интерферометром с открытым плечом. В такой схеме прошедший сигнал сравнивается по амплитуде и фазе с опорным, подаваемым через аттенюатор 4 и фазовращатель 9. Такая схема обладает более высокой информативной емкостью, чем первая, но в ряде случаев, когда ОК имеет большие размеры, она трудноосуществима. Для исключения влияния такого явления как переотражение, необходимо согласовать границы раздела с приемной и излучающей антеннами, то есть. исключить появление стоячей волны. 1.2.2 Приборы «на отражение» Внутреннее состояние ОК определяется по воздействию среды на сигнал, отраженный от дефекта или поверхности образца. Схема метода приведена на рисунке 5. Основа метода – приёмная и излучающая антенны расположены по одну сторону от ОК.
l0 – длина рупора; l – расстояние от среза рупора до поверхности; h – толщина образца; Е1 – сигнал связи приемной и излучающей антенн; Е2 – сигнал, отраженный от первой границы; Е3 – сигнал, отраженный от второй границы; Е4 – сигнал, отраженный от дефекта Рисунок 5 - Принципиальная схема образования сигнала в амплитудно-фазовых приборах, работающих по схеме «на отражение»
Есть две блок-схемы приборов, которые работают по методу «на отражение» (рисунок. 6).
Принцип работы таких схем заключается в том, что энергия СВЧ клистронного генератора 2 через вентиль 3 подается на излучающую антенну 5. Отраженный сигнал (обычно сумма всех отраженных сигналов) попадает либо на ту же антенну (рисунок 6, а) и с помощью соответствующих волноводных элементов подается на детектор 6, либо в другую приемную антенну 5 (рисунок 6, б), детектируется, обрабатывается и подается на индикаторный прибор 7 [1]. а) б) а – однозондовый вариант; б – двуантенный вариант: 1 – блок питания; 2 – источник энергии СВЧ; 3 – развязывающий элемент; 4 – узел разделения излучаемого и принимаемого сигала (двойной волновой тройник, направленный ответвитель, щелевой мост и т.п.); 5 – излучающая (приемная)антенна; 6 – детектор; 7 – индикаторный прибор; 8 – ОК Рисунок 6 - Блок-схема амплитудно-фазовых приборов, работающих «на отражение»
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Мищенко С. В., Н. А. Малков Н. А.М18 Проектирование радиоволновых (СВЧ) приборов неразрушающего контроля: Учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2003. 128 с. 2 ГОСТ 7.32-2001. Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления. Введ. 01.07.2002. М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. 22 с.
|
