Волоконно-оптические методы и средства дефектоскопии деталей и узлов транспорта

• Автор: Плетнев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 159 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ
В МАШИНОСТРОЕНИИ
1.1. Состояние и развитие волоконно-оптических датчиков
1.2. Основные параметры и характеристики оптического волокна
1.3. Волоконно-оптическая техника и технология в программно-аппаратных системах и комплексах
1.4. Постановка задачи исследований
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО
МЕТОДА КОНТРОЛЯ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ ТРАНСПОРТА
2.1 Моделирование световодного тракта передачи оптической информации
2.2. Синтез световодной системы передачи и преобразования оптической
информации
2.3 Методика расчета и выбор параметров элементов световодного тракта.
2.4. Расчет спектральных характеристик световодного тракта с учетом спектральных особенностей элементов системы передачи оптической информации
2.5. Учет влияния потерь в элементах волоконно-оптического тракта
3. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
3.1. Влияние состояния поверхности на выбор геометрических параметров оптической системы..................У..Д. г
3.2. Выбор оптико-волоконных схем возбуждения оптической информации
и оптимизации параметров
3.3. Выделение сигнала дефекта оптической системой интроскопа
3.4. Моделирование элементарного дефекта и источников информации
о нарушении поверхностной сплошности
3.5. Датчик интенсивности на волокнах с прямыми торцами
3.6. Датчик интенсивности на волокнах с косыми торцами
4. МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ОБ ИЗМЕНЕНИЯХ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ
4.1. Структура формирования оптической информации фильтра оптических сигналов
4.2. Характеристики волоконно-оптических фильтров формирования оптической информации об изменениях пространственного положения
деталей
4.3. Модели усилительных приемников
4. 4. Модель сдвигающего элемента
4.5. Модель элемента с линейчатой весовой функцией
4.6. Модель оптического элемента с прямоугольной весовой функцией
4.7. Модель оптического элемента с круглой весовой функцией

4.8. Модель оптического элемента с колокольной весовой функцией
4.9. Модель формирования оптической информации с весовыми функциями, изменяющимися во времени
4.10. Определение характеристик дефектов на выходе оптической системы
4.11. Модель преобразования двухмерного светового сигнала в сигнал, зависящий от времени
4.12. Преобразование случайных сигналов моделью формирования оптической
информации об изменениях пространственного положения деталей
4.13 Согласование волокна с источником света
5. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ ТРАНСПОРТА
5.1. Особенности волоконно-оптических методов и средств дефектоскопии транспортных средств
5.2. Моделирование дефектов
5.3. Оценка качества оптического изображения эндоскопа
5.4. Структура и эргономика универсального авиационного эндоскопа
5.5. Методика волоконно-оптического контроля внутренних каналов корпусных деталей
5.6. Объективы для эндоскопов
5.7. Роль волоконно-оптического жгута при создании интроскопа
5.8. Влияние элементов волоконно-оптической системы на точность
измерений и контроля
5.8.1. Характеристики источников излучения для волоконно-оптических
систем
5.8.2. Шумовые характеристики волоконно-оптического контура
5.8.3. Шумовые характеристики фотодетекторов
6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВЕТОВОДОВ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ ДЕФЕКТОСКОПИИ ДЕТАЛЕЙ
И УЗЛОВ ТРАНСПОРТА
6.1. Экспериментальные исследования характеристик рассеяния света поверхностью шероховатых изделий
6.2. Экспериментальное исследование дефектов в волоконно-оптическом
жгуте
6.3. Экспериментальное исследование макетов волоконных концентраторов
света
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
При эксплуатации, испытаниях и ремонте различных объектов необходима информация об их фактическом состоянии с целью установления качества изготовления, ремонтопригодности, ресурса работы, объема ремонтных работ и т.д. Работоспособность и характерные особенности отдельных деталей, узлов и блоков технического объекта определяется путем выявления неисправностей или отказов, отыскания неисправного участка, его месторасположения и параметров.
Важное значение имеет контроль качества готовой продукции в условиях их производства, капитального ремонта и разработки, особенно корпусных литых блоков, имеющих многоуровневые с различной траекторией каналы и полости.
Визуальный контроль обеспечивает высокую достоверность и позволяет "своими глазами" оценить контролируемую зону или область интересующую испытателя. Он основывается на оптических методах поиска и распознавания различных дефектов. Возможность таких методов и средств осуществить визуальное восприятие информации о дефектах с последующей обработкой по определенной программе расширяет практическую применимость оптико-электронных средств для диагностики и дефектоскопии функциональных блоков и деталей транспортных средств.
Методы и средства оптико-волоконной эндоскопии расширяют области применения и технические возможности визуального контроля. Однако, в каждом конкретном случае технические характеристики, структура и состав эндоскопической системы определяются технологическими требованиями контроля и спецификой объектов.
В работе, в качестве объектов контроля используются транспортные средства, имеющие ряд специфических технологических и эксплуатационных отличий и сходств от других устройств и процессов. Как более сложные и весьма трудоемкие с жесткими требованиями по достоверности и безопасности выбраны детали, узлы, блоки и сами средства подвижного состава автомобильного и железнодорожного транспорта, как наиболее массовые и часто используемые. Изделия авиационного, трубопроводного и других видов транспорта обслуживаются специально разрабатываемой контрольнодиагностической техникой.
Эффективное использование современных дорогостоящих технических средств и технологий неразрывно связано с достижениями приборостроения и информационноизмерительных систем и комплексов.
В процессе создания и совершенствования существующих машин и аппаратов, а также при переходе к эксплуатации по их текущему состоянию (не по рессурсонара-ботке) требуются мобильные и оперативные контрольно-диагностические приборы и системы, обеспечивающие наиболее рациональную реализацию информационных процессов при обеспечении потребительской стоимости и конкурентоспособности. Они преимущественно связаны с переходом к получению и обработке больших потоков первичной информации в ограниченное время и высокой достоверностью при упрощении обслуживания и пользования полученными данными.
Достижения оптико-электронной, микропроцессорной и информационноизмерительной техники создают предпосылки для решения практических задач кон-

/г = 6,626196-10-34 Дж -с — постоянная Планка, с = 2,9979250 • 10 8 м /с —- скорость света в вакууме, к= 1,380622 • 10'23 Дж/К—постоянная Больцмана Т — абсолютная температура тела в К.
При этом спектральная плотность энергетической яркости, так абсолютно черное тело можно рассматривать как источник излучения, подчиняющегося закону Ламберта, т.е. как абсолютно диффузную поверхность с постоянной яркостью, независимой от направления измерения. Следовательно, из (2.1) получим
, 2 c2h Вт „ ^
LeA, ~ tr . і’ 2 '
Я ^ехр(/?с / AkTj - 1J м • ср-м
Выражение (2.2) можно преобразовать в спектральную плотность энергетической яркости Л^, выражаемую не в ваттах, а в числе фотонов с данной частотой ц так как Ме;=іе/ку. В результате получим полезный аналог формулы (1.2) для квантовой величины
__________2с________________ квант ^
А^ехр(/гс / АкТ) - і] с • щ2 • ср-м
В том случае, если расчеты производить в зависимости не от длины волны, а от частоты излучения v, спектральная плотность энергетической яркости ЬеЛ выразится, в соответствии с выражением (2.2), как
2 hv^ Вт
Lev = Лг п ’ 7 • (2-4)
с [exp(/zv/AT)-l] м ■ср-Гц
В соответствии с приближением Релея-Джинса, когда hv«kT вместо выражения (2.4) получим
2kTv^ Вт
Lev ~ -у-, ~2----------------• (2-5)
с м • ср-Гц
Укажем, для удобства расчетов, значения некоторых постоянных, входящих в соотношения (2.1) - (2.5):
2nc2h = 3,7418-10“16, Вт-м
2c2h = 1,1911 • 10'16, Вт -м2/ср,
2 с = 5,9958-108, квантм/ср.с,