Основная  часть

 

     Вывод: из проведенного анализа следует, что самое актуальной проблемой в данной области науки является регистрация микроразрушений железнодорожных колес и рельс, тех дефектов, которые еще даже не возникли, но есть предпосылки их возникновения. Этому есть логическое объяснение: ежегодно компании, обслуживающие ж/д транспортную систему стран и регионов, терпят значительные убытки за счет простоев вагонов во время осмотров и проверок. Поэтому настолько актуально развитие динамической дефектоскопии, оптимизация и минимизация издержек процесса проверки ж/д транспорта на пригодность перевозок. Но это достаточно наукоемкая отрасль. Также заметны такие тенденции как бесконтактный контроль дефектов, измерение дефектов в динамике и соответственно повышение надежности и точности измерений.

 

 

 

 

      

Вывод: из проведенного анализа следует, что самое актуальной проблемой в данной области науки  является регистрация микроразрушений  железнодорожных колес и рельс, тех дефектов, которые еще даже не возникли, но есть предпосылки их возникновения. Этому есть логическое объяснение: ежегодно компании, обслуживающие ж/д транспортную систему стран и регионов, терпят значительные убытки за счет простоев вагонов во время осмотров и проверок. Поэтому настолько актуально развитие динамической дефектоскопии. Но это достаточно наукоемкая отрасль.

 
 
 
 
      

 

     Патент для анализа

     Патент  на полезную модель № RU81577 «

     Устройство для обнаружения активных дефектов в металлических изделиях»

     Реферат:

     Полезная  модель относится к устройствам для обнаружения локальных дефектов в твердых телах с использованием акустической эмиссии и направлено на увеличение чувствительности устройства и повышение его технологических и технических возможностей. Указанный технический результат достигается тем, что устройство содержащее генератор когерентных поляризованных электромагнитных волн СВЧ и последовательно соединенные приемник отраженных когерентных поляризованных электромагнитных волн СВЧ, блок выделения спектральных составляющих отраженных электромагнитных волн СВЧ и блок электронного осциллографа-самописца, снабжено генератором ультразвуковых колебаний (УЗК), содержащего последовательно соединенные блок задающих генераторов СВЧ, блок усилителей УЗК и контактные излучатели, а также персональным компьютером, при этом блок задающих генераторов УЗК соединен с блоком электронного осциллографа-самописца и с блоком усилителей УЗК, связанного с контактными излучателями, а персональный компьютер подключен к выходу блока электронного осциллографа-самописца.

     Полезная  модель относится к устройствам  для обнаружения локальных дефектов в твердых телах с использованием акустической эмиссии (АЭ) и может  найти применение для выявления  механических дефектов в металлических  изделиях, находящихся в статическом состоянии и в движении или вращении.

     Известно  устройство, с помощью которого осуществляется способ регистрации сигналов АЭ в  металлах (а.с. СССР №1578636, опубл. в Б.И. №26-1990 г., МПК G01N 29/04. Прототип). Это устройство состоит из генератора когерентных поляризованных электромагнитных волн СВЧ и приемника отраженных когерентных поляризованных электромагнитных волн СВЧ, снабженных соответствующими антеннами и блоками питания, устройства для усиления, анализа и выделения полезных электромагнитных сигналов или устройства для выделения спектральных составляющих отраженных волн СВЧ и устройства для регистрации и обработки полученных полезных электромагнитных сигналов или электронного осциллографа-самописца, также снабженных блоками питания.

     Принцип работы устройства состоит в следующем. Исследуемое или анализируемое металлическое изделие облучают электромагнитными волнами СВЧ и одновременно инициируют в нем механические напряжения. При наличии в изделии активного дефекта, в последнем генерируются волны АЭ. Эти акустические волны, распространяясь по изделию, вызывают колебания поверхности изделия, которые в виде дифракционной картины влияют на отраженные электромагнитные волны, улавливаемые приемником СВЧ, после чего они усиливаются, регистрируются и обрабатываются с помощью специальной аппаратуры.

     Недостатки  устройства: низкая чувствительность, ограниченные технологические и  технические возможности при  использовании.

     Указанные недостатки объективны и обусловлены следующими факторами:

     - амплитуда механических поперечных колебаний поверхности металлического изделия, вызванных АЭ, составляет всего лишь 20-30 Ангстрем,

     - для регистрации таких малых  колебаний необходимо использовать  электромагнитные волны СВЧ с  частотой 200-300 гГц,

     - длительность сигналов АЭ находится в пределах нескольких десятков наносекунд,

     - чистота поверхности металлического  изделия должна быть не ниже 14 класса,

     - люфт устройства крепления СВЧ  сенсора над поверхностью изделия  должен быть не более нескольких  десятков Ангстрем,

     - динамический диапазон регистрирующей аппаратуры, работающей в нормальных условиях (температура 300 градусов Кельвина)должен быть не хуже 140 дБ/(Вт*мГц),

     - невозможность исследования движущихся  и вращающихся изделий.

     Поставлена  задача - увеличить чувствительность устройства и уровень его технологических и технических возможностей.

     Эта задача решена следующим образом. В  соответствии с прототипом устройство для обнаружения активных дефектов в металлических изделиях содержит генератор когерентных поляризованных электромагнитных волн СВЧ, приемник отраженных когерентных поляризованных волн СВЧ, блок выделения спектральных составляющих отраженных электромагнитных волн СВЧ и блок электронного осциллографа-самописца, при этом выход приемника отраженных когерентных поляризованных электромагнитных волн СВЧ соединен с входом блока выделения спектральных составляющих отраженных электромагнитных волн СВЧ, а выход блока выделения спектральных составляющих отраженных электромагнитных волн СВЧ соединен с первым входом блока электронного осциллографа-самописца.

     Согласно  полезной модели устройство снабжено генератором ультразвуковых колебаний, содержащим блок задающих генераторов  ультразвуковых колебаний, блок усилителей ультразвуковых колебаний и контактные излучатели ультразвуковых колебаний, и персональный компьютер, при этом первый выход блока задающих генераторов ультразвуковых колебаний соединен со вторым входом блока электронного осциллографа-самописца, второй и третий выходы блока задающих генераторов ультразвуковых колебаний соединены с входами блока усилителей ультразвуковых колебаний, выходы блока усилителей ультразвуковых колебаний связаны с контактными излучателями ультразвуковых колебаний, а персональный компьютер подключен к выходу блока электронного осцилографа-самописца.

     Далее, сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема устройства для обнаружения активных дефектов в металлических изделиях.

     Однако прежде чем изложить сущность полезной модели, необходимо пояснить следующее. Теоретическими и экспериментальными исследованиями в конце 90-х годов прошлого века было обнаружено (установлено) явление, которое заключается в том, что при неоднородных деформациях металла (внутри или на поверхности), скин-слой испытывает динамические изменения. Сущность этого явления состоит в том, что при наличии в металле зоны с достаточно высоким градиентом деформации, на поверхности металла регистрируется появление соответствующего дополнительного электрического заряда, величина которого прямо пропорциональна этому градиенту. Очевидно, что этот дополнительный поверхностный заряд приводит к изменению поверхностной электрической проводимости скин-слоя, и если градиент деформации носит периодический характер, то и проводимость скин-слоя станет периодически меняться, т.е. будет динамической (Источники информации: В.Васильев и В.Любошитц. Теорема вириала и некоторые свойства электронного газа в металлах. Успехи физических наук, 4(264), С.367-374, 1994 г.; В.И.Торбунов, В.А.Суторихин. Возможности контроля предела упругих деформаций СВЧ методом. Дефектоскопия, №7, 1999 г, С.75-80).

     Эту динамическую составляющую поверхностного слоя можно регистрировать, используя СВЧ поле сравнительно «низкой» частоты (10-40 гГц), поскольку скорость распространения изменения проводимости скин-слоя равна скорости света. Поэтому ее регистрация возможна практически в любой точке исследуемого металлического изделия.

     Это дополнительное качество динамических свойств скин-слоя позволяет не только «мгновенно» регистрировать наличие  или отсутствие активных дефектов в исследуемом изделии, но и с 100% надежностью регистрировать дефекты, относящиеся к механическим микроразрушениям, которые имеют значительный градиент деформации. Как известно, в прототипе возникновение дифракционной картины происходит со скоростью ультразвука, причем любой мешающий ультразвуковой сигнал, рождающий соответствующую дифракционную картину, может быть принят как полезный сигнал.