Диагностика электротехнических материалов по электронно-оптическим муаровым картинам

УДК 539.3

ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПО ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИМ МУАРОВЫМ КАРТИНАМ

© В.М. Иванов, С. Фофана

Ключевые слова: структурные дефекты; концентрация энергии; муаровые картины; электромагнитное поле. Полученные искажения муаровых картин на электрических и магнитных полях указывают на наличие дефектов в материалах. Установлено, что степень искажения совпадает со степенью усиления полей в дефектных областях.

Повышение надежности и долговечности изделий из электротехнических материалов тесно связано с генерируемыми в них электромагнитными полями, концентрация которых вокруг структурных, генетических, технических и кинетических дефектов может привести к нарушению устойчивой работы электрооборудования. Эффекты концентрации полей на дефектах изучены достаточно хорошо в физике прочности и разрушения материалов и позволяют обнаруживать поры, раковины, неметаллические включения, трещины и т. д. различными способами электромагнитной дефектоскопии. Однако эти методы не дают прямого наблюдения картин поля, являются в большинстве случаев контактными и нуждаются в специальной аппаратуре.

Визуализация силовых и эквипотенциальных линий поля осуществляется муаровой картиной, получаемой с помощью пучка электронов, разносторонне отклоняющегося под действием силы Лоренца и приходящего через растровую сетку на экран электронографа. Муаровый узор появляется наложением изображения искаженной сетки при воздействии поля на изображение неискаженной сетки в отсутствии поля.

При испытании диэлектриков электрическое поле возбуждалось напряжением между электродами, а проводники тестировались прямым пропусканием тока. При этом муаровые картины сильно отличались своей насыщенностью и густотой силовых и эквипотенциальных линий. Признаки отличия заключались в характере дефекта, его геометрии и самом материале. В проводниках магнитное поле давало больший муаровый эффект с явно выраженной искаженной зоной вокруг дефекта. Причем на трещинах искажение муаровых полос было тем сильнее, чем острее и протяженнее дефект. В этом случае сравнивались уже известный коэффициент концентрации напряженности магнитного поля в вершине трещины и коэффициент асимметрии муарового изображения. Искажение картин в электрическом поле соответствовало его распределению

при физическом моделировании, хотя чаще всего оно происходило в пределах параметра сетки из-за малости проявляемых перемещений [1-2].

Таким образом, обнаружение дефектов и их геометрических характеристик оценивали единым качественным показателем муаровой картины - количеством белых и черных пикселей на её фильтрованном изображении. С этой целью создали тестируемую систему на базе персонального компьютера, основанную на сравнении муаровых узоров с эталонным. Эталоном служила муаровая картина бездефектного образца, полученная при одних и тех же условиях эксперимента и имеющая равное количество разноцветных пикселей.

Отмечено, что соотношение этих пикселей меняет фрактальную размерность муаровой картины, что также является мерой оценки наличия дефектов в материалах, а в случаях выявления острых трещин ее можно связать с вязкостью разрушения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов В.М., Лановая А.В., Винокуров Е.Б., Лозенков А.А. Фрактальный структурогенез электронно-оптического муара на магнитных полях в малых объемах // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. 2007. Т. 13. № 3. С. 777-781.

2. Иванов В.М., Лановая А.В., Винокуров Е.Б. Исследование электрических полей электрооборудования радиоэлектроники // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. 2007. Т. 13. № 4. С. 963-968.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Ivanov V.M., Fofana S. TESTING OF ELECTROTECHNICAL MATERIALS ON ELECTRON OPTICAL MOIRE PICTURES

The distortions of moire pictures on electromagnetic fields show presence of defects in materials. It is stated that the level of distortion is equal the level of field strengthening in defect areas.

Key words: structure defects; moire patterns; electromagnetic fields; fractal dimensions.

1936