РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ СЕНСОР ТРЕЩИН, СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ
DISTRIBUTED CRACK SENSOR, METHOD FOR REGISTRATION OF CRACK OCCURRENCE AND LOCALISATION

Заявляемая группа изобретений относится к области диагностики механического состояния конструкций, а именно к технике диагностики повреждения поверхности конструкций, и может быть применена для мониторинга поверхностей объектов авиационной техники.
Известен способ диагностики повреждения поверхности конструкций [Пат.2006846 Российская Федерация, МПК 5 G01N 27/20. Способ определения места появления трещин / Гейтенко Е.Н., Ерисов С.Л., Гадалин Н.И.], заключающийся в том, что электрические токи пропускают через элементы проводящей фольги, которые предварительно закрепляют через изоляционную прокладку на испытуемой поверхности и определяют место появления трещин по изменению электрического тока, проходящего через элементы из проводящей фольги, которые объединяют в систему, состоящую из концевых элементов, соединенных между собой суммирующими элементами, подают весовые токи на концевые элементы со значениями, отличными для каждого из них, измеряют суммарный ток на суммирующих элементах, сравнивают его с заданным суммарным значением тока и по результату сравнения определяют место нахождения трещин.
Данный способ позволяет определять место появления трещины по одной координате в области, относящейся к одной ветвящейся структуре датчика путем определения изменения тока, проходящего через элементы системы.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются изоляционная прокладка, крепящаяся к поверхности объекта, проводящие ток элементы, регистрация трещины на основании отсутствия тока в цепи проводящих элементов.
Недостатком метода является низкая точность локализации места повреждения.
Известен способ диагностики повреждения поверхности конструкций [Пат.2365875 Российская Федерация, МПК G01B 7/16. Способ диагностирования состояния конструкции / Баурова Н.И., Зорин В.А.], согласно которому определяют, как минимум, один локальный участок вероятного возникновения дефекта, устанавливают на данном участке датчик, в качестве которого используют материал из графитизированных углеродных волокон на основе полиакрилонитрила, который с натяжением фиксируют на покрытом отверждаемым связующим исследуемом локальном участке и сверху покрывают отверждаемым связующим, причем удлинение связующего в отвержденном состоянии на 10-20% больше удлинения материала, после чего подсоединяют к датчику прибор, позволяющий измерять электрическое сопротивление датчика, и определяют напряженно-деформированное состояние диагностируемой конструкции по экспериментально определенной зависимости электрического сопротивления датчика от деформации.
Данный способ позволяет определять наличие дефекта в области покрытия датчика.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются определение наличия дефекта по изменению электрического сопротивления, предварительное определение участков вероятного появления дефекта.
Недостатком способа является трудоемкий процесс установки датчика, повышение точности определения места возникновения дефекта связано с демонтажем и повторной установкой датчика, невозможность определения расположения дефекта по двум координатам.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой группе изобретений является способ и устройство диагностики повреждения поверхности конструкций [Пат.2367936, Российская Федерация, МПК G01N 27/00. Устройство контроля состояния участка поверхности конструкций, способ обнаружения повреждения участка поверхности конструкции и диагностическое покрытие/ Труфанов Э.Н., Труфанов Д.Н.].
Сущность способа состоит в том, что выполняют контроль целостности проводников, закрепленных на участке поверхности конструкций. При этом указанные проводники составляют две группы и электрически изолированы друг от друга и от электропроводящих частей поверхности конструкции. Проводники, составляющие одну группу, не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке. При механическом повреждении поверхности конструкции происходит разрыв электрических проводников, закрепленных на поверхности. Указанный разрыв определяют по отсутствию электрического тока в проводнике при подключении его концов к источнику питания. Место (или места) повреждения поверхности определяют с помощью монтажной схемы конструкции по номерам разорванных проводников как множество точек пересечения этих проводников.
Устройство для диагностики повреждения поверхности конструкций содержит электрические проводники, закрепленные на участке поверхности конструкции. При этом указанные проводники составляют две группы и электрически изолированы друг от друга и от электропроводящих частей поверхности конструкции. Проводники, составляющие одну группу, не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке. Проводники разных групп преимущественно выполнены пересекающимися под углом α = 90°, при этом проводники в каждой группе размещены на постоянном расстоянии h друг от друга, равном для обеих групп.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются электрические проводники первой группы и электрические проводники второй группы, изолированные друг от друга, от материала объекта и внешней среды, причем проводники одной группы не пересекаются, проводники первой группы пересекаются с каждым проводником второй группы в одной точке под углом α, преимущественно равным 90°, проводники одной группы отстоят друг от друга на расстоянии h, равном для обеих групп
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются регистрация возникновения и определения локализации трещин, включающая контроль целостности электрических проводников, закрепленных на участке поверхности конструкции, путем включения проводников обеих групп в электрическую цепь и определения линий, имеющих сопротивление больше заданного значения.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, является низкая точность определения локализации дефекта, обусловленная отсутствием электрической связи между проводниками первой группы и проводниками второй группы.
Задача предлагаемого изобретения - повышение точности определения локализации дефекта на поверхности конструкции.
Технический результат достигается за счет того, что в устройство введены бескорпусные двухэлектродные симисторы, располагающиеся в узлах пересечения электрических проводников первой группы и электрических проводников второй группы и соединенные первыми электродами с электрическими проводниками первой группы, а вторыми электродами - с электрическими проводниками второй группы, и слои тонкопленочного диэлектрика, расположенные таким образом, что тонкопленочные проводники находятся между двумя слоями тонкопленочного диэлектрика.
Технический результат достигается за счет того, что в способе выявленные дефектные проводники проверяют посегментно, для чего на электрод тонкопленочного проводника и, последовательно, на все электроды пересекающих его проводников, подают напряжение отпирания симисторов и определяют ток в цепи, при этом значение тока меньше заданного свидетельствует о разрыве тонкопленочного проводника в данном сегменте.
Для достижения необходимого технического результата в распределенный сенсор трещин, состоящий из электрических проводников первой группы и электрических проводников второй группы, изолированных друг от друга, от материала объекта и внешней среды, причем проводники одной группы не пересекаются, проводники первой группы пересекаются с каждым проводником второй группы в одной точке под углом α, преимущественно равным 90°, проводники одной группы отстоят друг от друга на расстоянии h, равном для обеих групп, введены бескорпусные двухэлектродные симисторы, располагающиеся в узлах пересечения электрических проводников первой группы и электрических проводников второй группы и соединенные первыми электродами - с электрическими проводниками первой группы, а вторыми электродами с электрическими проводниками второй группы, причем электрические проводники выполнены тонкопленочными, и слои тонкопленочного диэлектрика, расположенные таким образом, что тонкопленочные проводники находятся между двумя слоями тонкопленочного диэлектрика.
Для достижения необходимого технического результата способ регистрации возникновения и определения локализации трещин, включающий контроль целостности электрических проводников, закрепленных на участке поверхности конструкции, путем включения проводников обеих групп в электрическую цепь и определения проводников, имеющих сопротивление больше заданного значения, дополнен тем, что выявленные дефектные проводники проверяют посегментно, для чего на электрод тонкопленочного проводника и, последовательно, на все электроды пересекающих его проводников подают напряжение отпирания симисторов и определяют ток в цепи, при этом значение тока меньше заданного свидетельствует о разрыве тонкопленочного проводника в данном сегменте.
Сравнивая предлагаемые устройство и способ с прототипом, видим, что оно содержит новые признаки, то есть соответствует критерию новизны. Проводя сравнение с аналогами, приходим к выводу, что предлагаемые устройство и способ соответствуют критерию «существенные отличия», так как в аналогах не обнаружены предъявляемые новые признаки.
На фиг.1 приведен разрез предлагаемого распределенного сенсора трещин, на фиг.2 показана его топология, на фиг.3 приведена его электрическая схема.
Распределенный сенсор трещин состоит из тонкопленочных проводников первой 1 и второй 2 группы, закрепленных на поверхности объекта мониторинга посредством тонкой диэлектрической пленки 3, электрически изолированные друг от друга тонкопленочным диэлектриком 4 и защищенные от внешней среды тонкопленочным диэлектриком 5, причем каждый проводник первой группы электрически соединен с каждым проводником второй группы посредством симисторов 6.
Устройство работает следующим образом.
При проведении мониторинга объекта исследования подают напряжение на электроды тонкопленочных проводников 1, закрепленных на поверхности объекта мониторинга посредством тонкой диэлектрической пленки 3, электрически изолированных от тонкопленочных линий 2 диэлектриком 4, считывают значения силы тока. Далее подают напряжение на электроды тонкопленочных проводников 2, электрически изолированных от тонкопленочных линий 1 диэлектриком 4 и защищенных от внешней среды пленкой 5, считывают значения силы тока. Приложение напряжения отпирания на проводники 1 и 2 отпирает симистор 6, находящийся в месте пересечения данных линий.
Способ осуществляют следующим образом.
Измеряют сопротивление проводников 1, закрепленных на поверхности объекта мониторинга посредством тонкой диэлектрической пленки 3, электрически изолированных от тонкопленочных линий 2 диэлектриком 4, определяют проводники 1, сопротивление которых больше критического значения, далее измеряют сопротивления проводников 2, электрически изолированных от тонкопленочных линий 1 диэлектриком 4 и защищенных от внешней среды пленкой 5, определяют проводники 2, сопротивление которых больше критического значения. Далее выявленные дефектные проводники 1 проверяют посегментно, для чего на выявленные дефектные проводники 1 и поочередно на все проводники 2 в порядке возрастания их номеров подают напряжение отпирания симисторов 6 в соответствующих узлах и измеряют ток в цепи. Таким образом, поочередно включают в цепь все сегменты дефектного проводника, измеряют ток в цепи и сегменты, в которых сила тока меньше определенного заданного значения, считают поврежденными. В том случае, если сегмент поврежден и ток в цепи меньше критического значения, процедура повторяется, причем напряжение на выявленный дефектный проводник 1 подают с противоположной стороны и порядок перебора проводников 2 меняют на противоположный. Таким образом, сегменты, включение которых в цепь приводит к снижению тока ниже критического значения, обозначают границы дефектной области. Далее выявленные дефектные проводники 2 проверяют посегментно, для чего на выявленный дефектный проводник 2 и поочередно на все проводники 1 в порядке возрастания их номеров подают напряжение отпирания симисторов 6 в соответствующих узлах и измеряют ток в цепи. Таким образом, поочередно включают в цепь все сегменты дефектного проводника, измеряют ток в цепи и сегменты, в которых сила тока меньше определенного заданного значения, считают поврежденными. В том случае, если сегмент поврежден и ток в цепи меньше критического значения, процедура повторяется, причем напряжение на выявленный дефектный проводник 2 подают с противоположной стороны и порядок перебора проводников 1 меняют на противоположный. Таким образом, сегменты, включение которых в цепь приводит к снижению тока ниже критического значения, обозначают границы дефектной области.
Таким образом, предлагаемые устройство и способ представляют собой способ регистрации возникновения и определения локализации трещин и устройство для его реализации, позволяющие определять наличие и локализацию дефекта (трещины) на поверхности диагностируемого объекта.
Введение симисторов для создания управляемой электрической связи между тонкопленочными проводниками первой и второй группы позволяет повысить точность определения локализации дефекта по сравнению с аналогами.