Метод неразрушающего контроля
Про торсионные поля мы тогда (1990г.) еще не знали, но и в мировой и отечественной литературе отсутствовали и примеры регистрации электромагнитных полей, излучаемых пассивными объектами искусственного происхождения; тем не менее, в классической физике при объяснении термоэлектронной эмиссии говорится об облачке свободных электронов вокруг металлического катода, возникающем при его разогреве. При комнатных температурах число свободных электронов ничтожно мало и термоэлектронная эмиссия практически отсутствует. Однако оказалось, даже это небольшое число свободных электронов, вылетающих с поверхности металла, можно зарегистрировать. Для этого объект исследования - металлическую пластинку - я поместил в экранированную камеру и фиксировал на расстоянии 100 - 500 микрон от приемного электрода, выполненного в виде диска из меди или латуни. Второй приемный электрод, соединенный с корпусом прибора, накладывался на измеряемую пластинку.
Таким образом, измеряемая пластинка оказывается включенной между приемными электродами, и свободные электроны металла пластинки наводят на электродах напряжение величиной несколько пиковольт широкого частотного спектра, которое я затем пытался зафиксировать вначале стандартными измерителями полей типа «Unipan», используемых при радиоизмерениях. Потом мне в руки попал полученный через Военную академию им. Жуковского подобный американский прибор для контроля лопаток газотурбинных двигателей, он представлял собой измеритель электростатического потенциала на одной аналоговой микросхеме. При этом он имел дисковую полированную антенну размером с 3 копейки 1990г. От него я и оттолкнулся.
Попробовал несколько схем усилителей для измерения электростатики. У меня были пластинки твердого сплава, отсортированные по износостойкости известными механическими методами, которые имели структурные изменениях кристаллической решетки материала, связанных с его технологической обработкой. Надо было разработать прибор, который сможет определять степень износостойкости без механического воздействия, фиксируя количество свободных электронов над поверхностью металла (чем лучше кристаллическая решетка, тем меньше свободных электронов). Однако получить устойчивый результат, используя электростатические усилители, не получалось. И тогда пришло решение поставить на вход усилителя коммутатор, что привело к корреляции показаний прибора с износостойкостью [2 - 4].
Рис. 1. Первый переход от схем электростатического контроля к электромагнитному принципу (выдержки из патентов [2] и [3]).
Излучения металлов фиксируются на небольшом расстоянии (до 500 микрон) от объекта измерений. По износостойкости у меня тогда корреляция получилась.
И была поставлена новая задача: производить идентификацию измеряемого металла, то есть установление того факта, относится ли исследуемый материал к одному из известных, для которых на базе предварительных экспериментальных данных произведено соответствующее ранжирование (систематизация) по спектру регистририруемых характеристик (например, в рентгеноструктурном анализе по наличию той или иной линии в спектре вторичного рентгеновского излучения судят об исследуемом объекте - его составе или состоянии, например выделение различных химических или фазовых составляющих). Это тоже удалось отработать, меняя частоту коммутации и строя фазочастотные характеристики в зависимости от частоты коммутации.
Так как излучение металлических поверхностей фиксируется на небольшом расстоянии от объекта измерений, то построение фазовых поверхностей являлось нецелесообразным из-за трудности обеспечения таких малых перемещений с требуемой дискретностью. Поэтому в качестве выходного сигнала использовался интеграл фазового сдвига измеренного излучения, накопленный за определенное время. Это удалось получить, меняя частоту коммутации (это мне пришло во сне). Производя измерения при различных частотах настройки прибора - меняя настройку, можно снимать зависимость интеграла фазового сдвига исследуемого металла от частоты настройки, выполняя при этом фазочастотный спектральный анализ, по которому можно судить о химическом составе и структурных изменениях кристаллической решетки материала, связанных с его технологической обработкой.
По металлам я поймал эффект именно при селекции по частоте приема, т.е. снимал частотные характеристики от 5 до 15 кгц, и их зарисовывал в виде графиков. Были частоты, на которых не было никакого отклика, и иногда в очень узком спектре (десятки Гц) появлялся сигнал, я его фиксировал цифровой индикацией за определенное время, например, за 5 сек, и останавливал индикацию, т.е. показания зависели от скорости перемещения стрелки. По анализу этих кривых мы проводили корреляцию с износостойкостью металла одной марки, и разбирали его по сортам, можно было даже отобрать металлы с одной плавкой и термообработкой.
Таблица 1. Результаты замеров сплава МЛ10
Частота
|
№ измерения, сдвиг по фазе
|
Среднее
|
кГц
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
значение
|
3,13
|
3,26
|
3,07
|
2,57
|
2,82
|
2,35
|
2,76
|
2,80
|
4,46
|
4,38
|
4,77
|
4,72
|
4,49
|
4,74
|
4,69
|
4,65
|
5,00
|
5,56
|
6,70
|
6,04
|
6,03
|
6,50
|
6,40
|
6,22
|
6,48
|
6,91
|
6,22
|
6,04
|
6,13
|
7,26
|
6,30
|
6,39
|
7,30
|
5,58
|
5,58
|
4,99
|
4,69
|
5,59
|
6,10
|
5,43
|
8,11
|
3,38
|
4,13
|
3,40
|
3,77
|
3,82
|
3,77
|
3,71
|
10,45
|
4,66
|
4,67
|
4,59
|
4,46
|
5,51
|
4,82
|
4,78
|
Рис. 2. Результаты замеров сплава МЛ10.
Таблица 2. Результаты замеров сплава МЛ5
Частота
|
№ измерения, сдвиг по фазе
|
Среднее
|
кГц
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
значение
|
4,13
|
3,19
|
3,08
|
2,90
|
2,74
|
3,44
|
3,27
|
3,10
|
4,46
|
4,49
|
4,90
|
3,96
|
4,18
|
4,32
|
4,17
|
4,42
|
5,00
|
5,34
|
5,84
|
5,85
|
5,71
|
5,73
|
6,20
|
5,77
|
5,52
|
5,97
|
6,43
|
6,31
|
5,89
|
6,74
|
5,82
|
6,18
|
6,48
|
5,95
|
5,92
|
5,65
|
5,80
|
5,70
|
5,90
|
5,83
|
7,30
|
4,43
|
5,26
|
4,94
|
5,57
|
4,87
|
5,01
|
5,01
|
8,11
|
3,25
|
3,40
|
3,36
|
3,55
|
3,57
|
3,56
|
3,44
|
9,48
|
6,70
|
5,85
|
6,11
|
6,29
|
6,00
|
6,40
|
6,23
|
10,45
|
3,63
|
4,26
|
4,24
|
3,63
|
4,37
|
3,60
|
3,96
|
Рис. 3. Результаты замеров сплава МЛ5.
По результатам этих замеров были построены графики зависимости сдвига по фазе от частоты. Анализируя этот график, видно, что графики для сплава МЛ5 и МЛ10 имеют существенное различие практически по всем частотам, задаваемым базовым генератором. Наибольшее различие электромагнитного излучения этих сплавов было на частотах от 8.00 до 10.00 кГц, которые и можно принять за рабочие частоты.
По этим результатам показана принципиальная возможность использования прибора для определения марки авиационных литейных сплавов на основе магния экспресс-методом.
Таблица 3. Результаты исследований литейных сплавов типа Силумин
KHz
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
АК9
|
-0,65
|
-0,84
|
-1,00
|
0,10
|
0,23
|
АЛ9
|
-0,77
|
-0,77
|
-0,05
|
0,30
|
0,80
|
АК8М
|
-0,84
|
-0,84
|
0,06
|
0,01
|
1,20
|
Рис. 4. Результаты исследований литейных сплавов типа Силумин.
По результатам этих замеров были построены графики зависимости сдвига по фазе от частоты, которые представлены на Рис. 4. Анализируя полученные результаты видно, что графики для исследованных сплавов имеют существенное различие практически по всем частотам, задаваемым базовым генератором. Наибольшее различие электромагнитного излучения этих сплавов на частотах от 4.00 до 7.00 кГц, которые и можно принять как рабочие частоты.
Таким образом, показана принципиальная возможность использования прибора для определения марки сплава на основе алюминия экспресс-методом.
Определение качества полимеров, используемых при производстве полиэтиленовых газопроводов
Для определения качества полимеров были взяты пять новых образцов и пять образцов ранее используемых (подвергшихся процессу старения). Образцы имели высоту 5мм и диаметр 3мм. Результаты измерений, проведенных на приборе, занесены в таблицу 3.
Таблица 3. Результаты исследований полимеров.
KHz
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
Новый
|
-0,14
|
0,76
|
2,3
|
2,2
|
2,7
|
1,9
|
Старый
|
0,3
|
0,9
|
2,8
|
1,4
|
2,5
|
1,9
|
Рис. 5. Результаты исследований полимеров.
Результаты исследования материала "Аллоплант"
Во Всероссийском центре глазной и пластической хирургии был разработан и внедрен в практику новый аллотрансплантационный материал "Аллоплант", который при пересадке в человеческий организм, выполняя роль временного каркаса, стимулирует регенерацию нормальных тканей реципиента.
В настоящее время аллоплант широко вошел в практику. С его применением сделано уже более пяти миллиона операций, он внедрен в 150 клиниках России и более чем в 20 странах мира. Налажено его серийное производство.
На сегодняшний день нет оценки качества аллопланта в зависимости от времени его хранения и обработки. Для определения степени пригодности аллопланта проведены эксперименты на приборе. Работа проводилась в начале 90-х годов совместно с сотрудниками клиники Мулдашева Э.Р., которые пришли к нам в УГАТУ и сказали, что Эрнст Мулдашев видит дальнейшее развитие своих технологий в использовании принципов биоэнергетики2.
Аллоплант был представлен в виде порошка, запечатанного в стеклянные капсулы. Исследования проводились на трех видах материалов:
1 - исходный материал, предназначенный для стерилизации;
2 - материал после стерилизации, применяемый при пересадке;
3 - материал со сроком хранения 5 лет.
Эксперименты проводились на частотах 3, 4, 5, 6 и 8 кГц. Сравнительная оценка результатов N (достижение максимального отклонения за заданный промежуток времени) показывает, что исходный материал имеет максимальное отрицательное отклонение при частоте 6 кГц, равное -4. Материал 1 после стерилизации при этой же частоте имеет характеристику +3. Материал после 5 лет хранения имеет отклонение во всем диапазоне частот +1.
Таблица 4. Результаты исследований аллопланта.
KHz
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
Образец 1
|
0,40
|
1,09
|
0,45
|
-3,90
|
-3,48
|
2,70
|
Образец 2
|
0,47
|
-0,28
|
1,69
|
3,31
|
3,81
|
-0,31
|
Образец 3
|
0,78
|
0,81
|
0,62
|
0,60
|
-0,86
|
-0,23
|
Рис. 6. Результаты исследований аллопланта.
Таким образом, проведенная работа позволяет сделать предварительный вывод, что данный метод может быть использован для оценки качества материала аллоплант.
В результате была показана принципиальная возможность применения нового неразрушающего метода контроля качества различных материалов по сверхслабым полям на поверхности материала.
На образцах из алюминиевых сплавов показана возможность определения близких по химическому составу материалов. Возможно применение метода как экспресс-анализа для установления марок материалов.
Предложенный метод может быть использован для определения степени старения полимерных и органических материалов, что позволяет научно-обоснованно определять время их качественного использования.
Разработанная на этом принципе аппаратура для контроля твердосплавных режущих пластин была внедрена на ряде предприятий.
Она предназначалась для сортировки мелкоразмерных деталей по группам ресурса и износостойкости, разбраковки и контроля качества изготовления (включая термообработку). Принцип действия прибора основан на регистрации собственных излучений измеряемого объекта, связанных с колебаниями свободных электронов кристаллической решетки исследуемого материала.
Регистрация осуществляется интегрально по всей поверхности. Образец (пластина, инструмент и др.) помещается между обкладками измерительного конденсатора, сигнал с которого усиливается высокочувствительным резонансным усилителем поля, и на каждой конкретной частоте настройки определяется величина, пропорциональная количеству свободных электронов на поверхности металла со снятием частотной характеристики.
Обеспечивается повышение надежности контроля по сравнению с аналогами в 1,9-2,1 раза, выделение 3-5 групп деталей по характеристикам ресурса и износостойкости. Прибор и методика могут использоваться в исследовательской практике, в том числе для косвенной оценки уровня Ферми, а также в производстве в качестве нового метода неразрушаемого контроля.
Кроме того, проводились исследования по возможности контроля этим методом цветных металлов, керамики электроизоляционных материалов, а также конструкционных материалов, используемых в авиадвигателестроении, в качестве метода неразрушаемого контроля, проводились работы, связанные с внедрением метода для контроля литейных сплавов, применяемых в автомобилестроении. Эти исследования подтвердили возможность создания аппаратуры для работы в указанных областях применения.
|
