Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков
В данной работе рассмотрен метод рефлектометрии внутреннего отражения при наклонном облучении поверхности углепластиков квазиоптическим (КО) пучком под разными углами через призму внутреннего отражения, расположенную вблизи поверхности образца. Для реализации метода разработана КО измерительная уста...
Saved in:
| Published in: | Радіофізика та електроніка |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105985 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков / В.И. Безбородов, В.К., О.С. Косяк, Е.М. Кулешов, П.К. Нестеров, М.С. Яновский // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 2. — С. 96-101. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860176834571796480 |
|---|---|
| author | Безбородов, В.И. Киселев, В.К. Косяк, О.С. Кулешов, Е.М. Нестеров, П.К. Яновский, М.С. |
| author_facet | Безбородов, В.И. Киселев, В.К. Косяк, О.С. Кулешов, Е.М. Нестеров, П.К. Яновский, М.С. |
| citation_txt | Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков / В.И. Безбородов, В.К., О.С. Косяк, Е.М. Кулешов, П.К. Нестеров, М.С. Яновский // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 2. — С. 96-101. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Радіофізика та електроніка |
| description | В данной работе рассмотрен метод рефлектометрии внутреннего отражения при наклонном облучении поверхности углепластиков квазиоптическим (КО) пучком под разными углами через призму внутреннего отражения, расположенную вблизи поверхности образца. Для реализации метода разработана КО измерительная установка, выполненная на основе полого диэлектрического лучевода и комплекса лучеводных устройств и компонентов ТГц диапазона. Проведены экспериментальные тестирования образцов композитных материалов, показавшие значительное возрастание контраста при обнаружении загрязнений. При технической доработке рефлектометр может быть использован на практике.
У даній роботі розглянуто метод рефлектометрії внутрішнього відбиття при похилому опроміненні поверхні вуглепластиків квазіоптичним (КО) пучком під різними кутами крізь призму внутрішнього відбиття, яка розміщена поблизу поверхні зразка. Для реалізації методу розроблена КО-вимірювальна установка, що виконана на основі порожнистого діелектричного променеводу і комплексу променевідних пристроїв та компонентів ТГц діапазону. Проведено експериментальні дослідження зразків композитних матеріалів, що показали значне підвищення контрасту при виявленні забруднень. При технічній доробці рефлектометр може бути використано на практиці.
This paper presents a method of the internal reflection reflectometry for oblique irradiation of the surface carbon fiber with quasioptical (QO) beam at different angles through the prism of internal reflection, which are located near the surface of the sample. For realization of the method a QO-measuring installation executed on the basis of the hollow dielectric beam waveguide and a complex of the beam waveguide devices and components of the THz range was developed. Research of samples of composite materials was conducted, it showed a considerable increase of a contrast at detection of a pollution. After technical completion the reflectometer can be used in practice.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:00:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
МИКРОВОЛНОВАЯ И ТЕРАГЕРЦЕВАЯ ТЕХНИКА
_________________________________________________________________________________________________________________
__________
ISSN 1028−821X Радиофизика и электроника. 2013. Т. 4(18). № 2 © ИРЭ НАН Украины, 2013
УДК 620.179+621.378
В. И. Безбородов, В. К. Киселев, О. С. Косяк, Е. М. Кулешов, П. К. Нестеров, М. С. Яновский
Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
E-mail: kiseliov@ire.kharkov.ua
КВАЗИОПТИЧЕСКИЙ СУБТЕРАГЕРЦЕВЫЙ РЕФЛЕКТОМЕТР ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ
ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ УГЛЕПЛАСТИКОВ
Широкое использование в современном авиастроении углепластиков потребовало разработки способов неразрушающего
контроля состояния их поверхности и определения наличия влаги и термических повреждений, влияющих на качество клеевых
соединений. Применяемые в терагерцевом диапазоне длин волн для этих целей обычные методы рефлектометрии дают очень
малый контраст сигналов, отраженных от чистых и загрязненных образцов. В данной работе рассмотрен метод рефлектометрии
внутреннего отражения при наклонном облучении поверхности углепластиков квазиоптическим (КО) пучком под разными углами
через призму внутреннего отражения, расположенную вблизи поверхности образца. Для реализации метода разработана КО изме-
рительная установка, выполненная на основе полого диэлектрического лучевода и комплекса лучеводных устройств и компонентов
ТГц диапазона. Проведены экспериментальные тестирования образцов композитных материалов, показавшие значительное возрас-
тание контраста при обнаружении загрязнений. При технической доработке рефлектометр может быть использован на практике.
Ил. 8. Табл. 1. Библиогр.: 6 назв.
Ключевые слова: квазиоптика, терагерцевый диапазон, рефлектометрия, неразрушающий контроль, углепластики.
Композитные материалы и, в частности,
углепластики (CFRP) широко используются в
качестве структурных компонентов в авиастрое-
нии благодаря их высокой прочности, легкости и
весьма низкой коррозии по сравнению с другими
конструкционными материалами. При этом для
создания различных конструкций из композитов
вместо традиционных заклепочных соединений
применяются клеевые. Обеспечение качества та-
ких сочленений является важнейшей задачей в
авиастроении. Качество клеевых соединений
напрямую зависит от присутствия поверхностных
и подповерхностных загрязнений углепластика, а
их обнаружение неразрушающими методами яв-
ляется одной из основных операций технологиче-
ского процесса.
К перспективным методам неразрушаю-
щего контроля поверхностных и подповерхност-
ных дефектов композитов относится использова-
ние терагерцевого (ТГц) электромагнитного из-
лучения (0,1…10 ТГц). Диагностика загрязнений
и повреждений в углепластике путем просвечи-
вания образца в этом и в других диапазонах ра-
диочастот затруднена из-за большого ослабления
электромагнитных волн в материале CFRP, по-
этому представляют интерес исследования воз-
можности обнаружения и оценки степени таких
дефектов по отраженному сигналу.
В работе [1] для обнаружения поверх-
ностных и подповерхностных загрязнений угле-
пластика был рассмотрен и экспериментально
исследован метод поляризационно-частотной
рефлектометрии, заключающийся в сканировании
исследуемой поверхности образца нормально
падающим сфокусированным волновым пучком в
диапазоне частот 0,173…0,225 ТГц при различ-
ных линейных поляризациях и частотах, и реги-
страции изменений модуля амплитудного коэф-
фициента отражения, вызванных появлением де-
фекта на границе раздела сред. Измерения ампли-
тудно-частотных характеристик отражения пуч-
ков, поляризованных параллельно (Е-поляриза-
ция) и перпендикулярно (Н-поляризация) отно-
сительно направления волокон в поверхностном
слое CFRP, выявили наличие контраста в отраже-
нии при переходе от чистых к загрязненным об-
разцам. Вместе с тем было обнаружено, что не-
равномерность коэффициента отражения при
сканировании чистого образца (фон), незначи-
тельная для Е-поляризованной волны, сильно
возрастает для Н-поляризованной волны и маски-
рует слабый контраст отражений от чистых и за-
грязненных образцов. Качественно зависимость
различия фона от поляризации можно объяснить,
рассмотрев внутреннюю структуру композита.
Образцы CFRP марки М-21, предостав-
ленные нам в рамках работы [2], состоят из трех
ортогонально ориентированных примыкающих
слоев (рис. 1).
Рис. 1. Внутренняя структура CFRP марки М-21
Каждый слой представляет собой парал-
лельно направленные углеродные волокна диа-
метром d ≈ 10 мкм, залитые компаундом (эпок-
сидной смолой). По данным производителя, угле-
родные волокна по весу составляют около 80 %
композита, что соответствует среднему периоду
0°
90°
0°
d
l
mailto:kiseliov@ire.kharkov.ua
В. И. Безбородов и др. / Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр…
_________________________________________________________________________________________________________________
97
решетки, образованной волокнами, l ≈ 10,5 мкм.
Такую объемную решетку можно представить в
виде набора близко расположенных одномерных
решеток [3] с коэффициентом заполнения
95,0/ ≈= ldS и ≈=≈= λχχ // lld 10–2 на
средней длине волны λ диапазона, распространя-
ющейся в компаунде.
Период решетки l может иметь разброс,
обусловленный процессом производства CFRP.
Согласно [3], коэффициент отражения Е-поляри-
зованной волны одномерной поляризующей ре-
шетки RE вблизи χ ≈ 10–2 и S ≈ 0,95 практически
равен единице и очень слабо зависит от неболь-
ших изменений l. Коэффициент отражения Н-поля-
ризованной волны RH мал (≈ –20 дБ), но суще-
ственно зависит от l (рис. 2).
Очевидно, это и вызывает повышенную
неравномерность фона при сканировании образца.
Рис. 2. Зависимости коэффициентов отражения Е- и Н-поляри-
зованных волн от одномерной поляризующей решетки при
нормальном падении от периода
Отсюда также следует, что Е-поляризо-
ванная волна отражается практически полностью
поверхностным слоем углепластика, не проникая
вглубь. Для нее поверхность углепластика явля-
ется поверхностью с высокой проводимостью.
Н-поляризованная волна проникает вглубь уг-
лепластика. Коэффициент ее отражения, значи-
тельно превышающий отражение от одномерной
поляризующей решетки (соответственно ≈ – 2,5 дБ
и ≈ –20 дБ), является результатом сложения волн,
отраженных от волокон, которые находятся на
различной глубине. Для этой волны углепластик
можно считать сложным диэлектриком (ком-
паунд плюс углеродные волокна) с эффективным
показателем преломления nэф ≈ 7, что подтвер-
ждается наличием выраженного угла Брюстера
при угле падения около 82°.
1. Метод квазиоптической рефлекто-
метрии внутреннего отражения. Повысить ам-
плитудный контраст отражений от чистой и за-
грязненной областей поверхности CFRP и
уменьшить фоновый сигнал из-за неоднородно-
сти углепластика можно путем применения ам-
плитудно-интерференционного режима квази-
оптической рефлектометрии с использованием
особенности внутреннего отражения (ВО) на грани-
це диэлектрик– воздух. На рис. 3 представлена
схема установки для исследования поверхност-
ных неоднородностей материалов методом квази-
оптической (КО) рефлектометрии ВО: 1 – твердо-
тельный генератор; 2 – амплитудный модулятор;
3 – поляризационный аттенюатор; 4, 8 – линей-
ный поляризатор; 5 – блок для исследования пла-
стин CFRP (измерительная ячейка); 6 – трехзер-
кальный вращатель плоскости поляризации; 7 –
вращающееся сочленение; 9 – переход от полого
диэлектрического волновода (ПДЛ) к одномодо-
вому волноводу; 10 – детектор, соединенный че-
рез блок сопряжения 11 с персональным компью-
тером (ПК); 12 – X-Y сканер.
Рис. 3. Схема КО установки для проведения измерений мето-
дом рефлектометрии ВО
Измерительная ячейка блока для иссле-
дования углепластиковых пластин (рис. 4) содер-
жит диэлектрический (кварцевый) полуцилиндр ВО
1 [4] со скользящим по его боковой цилиндриче-
ской поверхности входным 2 и выходным 3 ПДЛ
[5, 6] диаметром 2а = 20 мм, содержащими квар-
цевые вкладыши, согласованные четвертьволно-
выми слоями диэлектрика (тефлона).
Рис. 4. Измерительная ячейка для исследования пластин CFRP
Образец
Контроллер
RE
RH
1
0
–1
–18
–20
–22
–24
10,2 10,4 10,6 10,8
Период решетки, мкм
К
оэ
фф
иц
ие
нт
о
тр
аж
ен
ия
, д
Б
CFRP 4
3 2
2a
1
h
В. И. Безбородов и др. / Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр…
_________________________________________________________________________________________________________________
98
Угол падения – отражения ϕ волны (угол
между лучеводами) регулируется. По существу
измерительная ячейка является равнобедренной
треугольной призмой с изменяющимся углом
между гранями. Механизм движения обеспечива-
ет перемещение пластины CFRP 4 вдоль плоской
поверхности полуцилиндра на расстоянии h,
сохраняя между ними строгую параллельность и
возможность регулировки воздушного зазора в
процессе исследования.
Индикация загрязнений методом КО-реф-
лектометрии ВО осуществлялась по изменению
глубины интерференционного минимума волн,
отраженных от внутренней границы кварцевого
полуцилиндра 1 и поверхности углепластика. По-
следняя волна из-за значительного пространствен-
ного смещения поступает в выходной лучевод не
сразу, а дважды отразившись от цилиндрической
поверхности кварцевой призмы под углом полного
внутреннего отражения (ПВО) кр2
90 ϕϕβ >
−
= и
поверхности углепластика под малым углом
скольжения θ. На своем пути волна трижды ис-
пытывает деление на границе кварц–воздух, в
двух из которых происходит рассеяние части
мощности, а при третьем часть волны вновь про-
ходит по вышеупомянутому контуру.
Таким образом измерительная ячейка
является многопроходным интерферометром-
резонатором с невысокой, в силу рассеяния части
мощности, добротностью. Амплитудно-фазовая
характеристика волны на выходе такого интерфе-
рометра имеет вид:
,
)1(1
)1(
222
222
вх
вых
Qj
Qj
rerR
erRr
E
E
−+
−+
= (1)
где r – коэффициент внутреннего отражения от
границы раздела кварц–воздух при угле падения ϕ;
R – модуль комплексного коэффициента отраже-
ния от углепластика ξjR Re= ; Q – набег фазы,
включающий набег из-за электрической разности
хода, фазу ПВО при угле падения β и фазу
комплексного коэффициента отражения от угле-
пластика ξ.
Глубина интерференционного минимума
зависит от соотношения |r| и R и максимальна при
,
2
141
2
4
R
Rr −+
= (2)
а при R близком к единице необходимая величи-
на |r| составляет около 0,62 по полю.
Необходимые для получения глубокого
интерференционного минимума амплитудные и
фазовые соотношения волн реализуются выбором
угла падения и расстояния между полуцилиндром
и углепластиком.
Из приведенных на рис. 5 расчетных за-
висимостей коэффициентов отражения |rp| и |rs| от
угла падения для внутреннего отражения от гра-
ницы кварц–воздух необходимая величина |r|
реализуется для поляризации, параллельной
плоскости падения (P-поляризация) при угле па-
дения ϕ ≈ 28,3°, а для ортогональной поляризации
(S-поляризация) – при ϕ ≈ 25,2°. Ввиду близости
этих углов к критическому углу ПВО (ϕкр = 28,4°)
у поверхности углепластика создается скользя-
щее проникающее поле. На рис. 4 также приведен
угол скольжения θ волны, падающей на поверх-
ность углепластика.
Рис. 5. Зависимость коэффициентов отражения и угла сколь-
жения от угла падения для внутреннего отражения от границы
кварц–воздух
При малых углах скольжения электро-
магнитная волна взаимодействует с поверхност-
ными загрязнениями углепластика эффективнее,
чем при нормальном падении. С уменьшением
угла скольжения и зондировании S-поляризо-
ванной волной также монотонно снижается фо-
новая неравномерность коэффициента отражения
чистого углепластика. Зондирование P-поляризо-
ванной волной при углах падения, близких к углу
Брюстера, наоборот вызывает рост фоновой не-
равномерности. Учитывая, что фоновая неравно-
мерность при облучении E-поляризованной отно-
сительно волокон волной при нормальном паде-
нии невелика, а угол Брюстера из-за высокой
проводимости углепластика слабо выражен,
скользящеe падениe значительных изменений в
фон не вносит. Облучение же H-поляризованной
относительно волокон волной из-за близости ра-
бочего угла падения (∼85°) к углу Брюстера
(∼82°) и изначальной неравномерности коэффи-
циента отражения углепластика вызывает резкий
рост фоновой неравномерности. Поэтому в даль-
нейшем режим облучения такой волной не рас-
сматривается.
Снижению уровня фона способствует и
то, что в методе КО-рефлектометрии внутреннего
отражения используется сравнительно широкий
несфокусированный пучок. Облучение поверхнос-
ти углепластика широким пучком позволило
усреднить влияние небольших по площади ло-
r 1
0,8
0,6
0,4
0,2
24 26 28 30
Угол падения ϕ, °
90 θ,°
72
54
36
18
rs
rp
θ
ϕкр
В. И. Безбородов и др. / Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр…
_________________________________________________________________________________________________________________
99
кальных неоднородностей на результат измере-
ний. Заметим, что основную часть пути пучок
распространяется в кварце (n = 2,1), поэтому рас-
ходимость пучка очень мала. В плоскости, орто-
гональной плоскости падения, расходимость мо-
жет быть устранена выбором толщины кварцево-
го полуцилиндра равной 2a. В плоскости падения
слабо расходящийся пучок дважды отражается от
цилиндрической поверхности призмы в режи-
ме ПВО. Радиус кривизны этой поверхности
намного меньше необходимого для корректиров-
ки расходимости, но его можно выбрать таким,
чтобы перетяжка гауссового пучка (фокус) нахо-
дилась вблизи оси симметрии ячейки 5 (рис. 4).
Проведенные графические построения показыва-
ют, что это возможно при выборе радиуса полу-
цилиндра около 3a.
Зависимость глубины интерефенционно-
го минимума при изменении модуля и фазы ко-
эффициента отражения от поверхности углепла-
стика в результате загрязнения при выполнении
условия (2) представлены на рис. 6 сплошными
кривыми.
а)
б)
Рис. 6. Зависимость выходного сигнала от изменения модуля
(а) и фазы (б) коэффициента отражения углепластика, где R0 и
ξ0 соответственно усредненные модуль и фаза коэффициента
отражения от чистого углепластика
Из приведенных графиков видно, что при
достаточно высоком потенциале установки очень
слабые изменения модуля и фазы коэффициента
отражения углепластика вызывают легко различи-
мые изменения уровня выходного сигнала. При
этом любые изменения комплексного коэффици-
ента отражения углепластика приводят к умень-
шению глубины интерефенционного минимума.
2. Результаты исследований. Экспери-
ментальные исследования проводились на часто-
те 0,138 ТГц для различных случаев ориентации
плоскости поляризации зондирующего сигнала
относительно плоскости падения и направления
углеродных волокон. Фото внешнего вида уста-
новки для измерений методом КО-рефлекто-
метрии ВО в суб-ТГц области приведено на рис. 7.
Рис. 7. Установка для осуществления измерений методом
КО-рефлектометрии ВО в суб-ТГц области
Амплитудный контраст между сигнала-
ми, отраженными от чистой и загрязненной обла-
сти углепластика, пропорционален глубине ин-
терференционного минимума для чистой области
(калибровочного уровня). Погрешности, вызван-
ные неоднородностями поверхности чистого
участка образца и изменением величины воздуш-
ного зазора в процессе измерения, также пропор-
циональны уровню калибровочного минимума.
Было установлено, что при потенциале установки
около 65 дБ оптимальной является глубина этого
минимума около –45 дБ, что достигается очень
небольшим изменением угла падения. При этом
фоновая девиация модуля и фазы коэффициента
отражения углепластика лежат в области малой
крутизны изменения выходного сигнала
(штрихпунктирные кривые на рис. 6). Это позво-
ляет при частотной стабильности генератора не
хуже 10–5 получить максимальную погрешность
измерений не более ±1,5 дБ.
На рис. 8 показана типичная зависимость
выходного сигнала при равномерном перемеще-
нии частично загрязненного образца поперек гра-
–20
–40
–60
–80
–0,4 0,0 0,4
R / R0, дБ
Е в
ы
х
/ Е
вх
, д
Б
–1,0 –0,5 0,0 0,5 1,0
ξ – ξ0, °
–30
–40
–50
–60
Е в
ы
х
/ Е
вх
, д
Б
В. И. Безбородов и др. / Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр…
_________________________________________________________________________________________________________________
100
ницы загрязнения (в данном случае кремниевой
смазкой, поляризация-РЕ) параллельно плоскости
падения (продольное перемещение). Наблюдае-
мое некоторое возрастание выходного сигнала
вблизи границы загрязнения, по-видимому, свя-
зано с деформацией фазового фронта отраженно-
го от углепластика пучка, когда в области пятна
падающей волны находятся одновременно участ-
ки чистого и загрязненного углепластика. Это
приводит к отклонению направления распростра-
нения отраженного пучка, что вызывает дополни-
тельную расстройку интерферометра. Данный
эффект несколько компенсирует снижение раз-
решающей способности из-за использования
сравнительно широкого пучка.
Рис. 8. Зависимость глубины интерференционного минимума
при продольном перемещении образца, частично загрязненно-
го кремниевой смазкой
Конструкция измерительной ячейки, ко-
торая была использована при проведении экспе-
риментального исследования, не позволяла пере-
мещать образец ортогонально плоскости падения
(поперечное перемещение). Скорее всего, возрас-
тание выходного сигнала вблизи границы загряз-
нения в этом случае будет незначительным,
так как при выборе толщины кварцевого полу-
цилиндра, равной диаметру ПДЛ, полуцилиндр
удерживает пучок не только от расхождения, но и
от отклонения.
В таблице представлены результаты ис-
следования нескольких частично загрязненных
образцов CFRP в квазистатическом режиме, при
котором вместо непрерывного сканирования об-
разца производилось поочередное зондирование
чистой и загрязненной области.
Исследования показали, что поверхност-
ные загрязнения скайдролом и кремниевой смаз-
кой наиболее контрастно обнаруживались при
Е-поляризации зондирующего сигнала, параллель-
ного плоскости падения (РЕ-поляризация). При
этом угол падения пучка составил около 28° (кри-
тический угол 28,5°), а угол скольжения пучка от-
носительно исследуемой поверхности θ – около 5°.
Термические повреждения и влага эффективнее
обнаруживались при Н-поляризации зондирую-
щего сигнала, ортогональной плоскости падения
(SH-поляризация), при угле падения около 26° и
угле скольжения θ – около 20°.
Результаты исследования
частично загрязненных образцов CFRP
Вид
загрязнений
Глубина
калибро-
вочного
минимума,
дБ
Контраст
при пере-
ходе от
чистого
образца к
загрязнен-
ному, дБ
П
ол
яр
из
ац
ия
Кремниевая
смазка –42 7±1 РЕ
Скайдрол –45 4±1 РЕ
Влажность, %
30 –45 5±1,5 SH
100 –45 10±1,5 SH
Термическое
воздействие, °
220 –40…–50 Не обнару-
жен –
300 –45 5±1,5 SH
Как видно из приведенной таблицы, ре-
флектометр позволяет достаточно уверенно вы-
являть присутствие некоторых видов загрязнений
CFRP. При этом чисто поверхностные загрязне-
ния кремниевой смазкой или скайдролом следует
индицировать при РЕ-поляризации зондирующе-
го сигнала, а наличие влаги или температурной
деструкции углепластика – при SH-поляризации.
Выводы. Тестирование углепластиков,
проведенные методом КО-рефлектометрии внут-
реннего отражения в суб-ТГц области частот, по-
казало высокую чувствительность данного метода,
что позволило существенно повысить амплитуд-
ный контраст отраженных сигналов от чистой и
загрязненной областей поверхности CFRP. Выяв-
лены наиболее благоприятные виды поляризации
зондирующего сигнала для обнаружения поверх-
ностных и подповерхностных загрязнений. При
использовании достаточно стабильной аппарату-
ры, обеспечивающей за время сканирования ча-
стотную стабильность не хуже 10–5, и при соответ-
ствующих конструктивных решениях, обеспечи-
вающих постоянство величины воздушного зазора
с погрешностью не более 10–2 мм, а также сохра-
нение ориентации плоскости поляризации зонди-
рующего сигнала относительно направления воло-
кон, рефлектометр ВО может быть использован на
практике.
Исследования, приведшие к полученным
результатам, получили финансовую поддержку от
Евросоюза в рамках проекта ENCOMB 7-й Рамоч-
ной программы ЕС по гранту ACP0-GA-2010-
266226 (ENCOMB, Extended Non-Destructive Testing
of Composite Bonds).
0 10 20 30 40 50 60 70
Продольное перемещение образца, мм
28
32
36
40
44
А
мп
ли
ту
да
, д
Б
Чистый Загрязненный
В. И. Безбородов и др. / Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр…
_________________________________________________________________________________________________________________
101
Библиографический список
1. Оценка влияния дефектов на качество композитов с исполь-
зованием квазиоптической поляризационно-частотной ре-
флектометрии в субтерагерцевой области / В. И. Безборо-
дов, В. К. Киселев, Е. М. Кулешов и др. // Радиофизика и
электрон. – 2012. – 3(17), № 3. – С. 91–97.
2. Грант 7-й Рамочной Программы EC «Extended Non-
Destructive Testing of Composite Bonds» (проект ENCOMB),
договор № 266226.
3. Дифракционные решетки / В. П. Шестопалов, А. А. Кири-
ленко, С. А. Масалов, Ю. А. Сиренко. – К.: Наук. думка,
1986. – 232 с.
4. Харрик Н. Спектроскопия внутреннего отражения / Н. Хар-
рик; пер. с англ. под ред. В. А. Никитина. – М.: Мир, 1970. –
335 с.
5. А. с. 302054 СССР, МКИ H 01 P 3/00. Диэлектрический
лучевод субмиллиметрового диапазона волн / А. Н. Ахие-
зер, А. И. Горошко, Б. Н. Князьков и др. – № 1380503/26-
9; заявл. 28.11.69; опубл. 1972, Бюл. № 8. – 2 с.
6. Электроника и радиофизика миллиметровых и субмил-
лиметровых радиоволн // Под ред. А. Я. Усикова,
Э. А. Канера, И. Д. Трутня и др. – К.: Наук. думка, 1986. –
С. 140–157.
Рукопись поступила 03.01.2013 г.
V. I. Bezborodov, V. K. Kiseliov, O. S. Kosiak,
Ye. M. Kuleshov, P. K. Nesterov, M. S. Yanovsky
QUASI-OPTICAL SUB-TERAHERTZ INTERNAL
REFLECTION REFLECTOMETER
FOR NОN-DESTRUCTIVE TESTING
OF CARBON MATERIALS
The widespread use of carbon composites in modern
aircraft required the development of methods of non-destructive
monitoring of the surface and determines the presence of moisture
and heat damage, affecting the quality of adhesive joints.
Applicable in the terahertz range of wavelengths for this purpose
conventional reflection methods give very low contrast signals
reflected from clean and contaminated samples. This paper
presents a method of the internal reflection reflectometry for
oblique irradiation of the surface carbon fiber with quasioptical (QO)
beam at different angles through the prism of internal reflection,
which are located near the surface of the sample. For realization of
the method a QO-measuring installation executed on the basis of
the hollow dielectric beam waveguide and a complex of the beam
waveguide devices and components of the THz range was
developed. Research of samples of composite materials was
conducted, it showed a considerable increase of a contrast at
detection of a pollution. After technical completion the
reflectometer can be used in practice.
Key words: quasi-optics, terahertz, reflectometry,
nondestructive testing, carbon plastics.
В. І. Безбородов, В. К. Кісельов, О. С. Косяк,
Є. М. Кулешов, П. К. Нестеров, М. С. Яновський
КВАЗІОПТИЧНИЙ СУБТЕРАГЕРЦЕВИЙ
РЕФЛЕКТОМЕТР ВНУТРІШНЬОГО ВІДБИТТЯ
ДЛЯ НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ
ВУГЛЕПЛАСТИКІВ
Широке використання в сучасному авіабудуванні
вуглепластиків потребує розробки способів неруйнівного
контролю стану їх поверхні і визначення наявності вологи і
термічних пошкоджень, що впливають на якість клейових
з’єднань. Вживані в терагерцевому діапазоні довжин хвиль
для цих цілей звичайні методи рефлектометрії дають дуже
малий контраст сигналів, відбитих від чистих і забруднених
зразків. У даній роботі розглянуто метод рефлектометрії вну-
трішнього відбиття при похилому опроміненні поверхні вуг-
лепластиків квазіоптичним (КО) пучком під різними кутами
крізь призму внутрішнього відбиття, яка розміщена поблизу
поверхні зразка. Для реалізації методу розроблена КО-вимі-
рювальна установка, що виконана на основі порожнистого
діелектричного променеводу і комплексу променевідних при-
строїв та компонентів ТГц діапазону. Проведено експеримен-
тальні дослідження зразків композитних матеріалів, що пока-
зали значне підвищення контрасту при виявленні забруднень.
При технічній доробці рефлектометр може бути використано
на практиці.
Ключові слова: квазіоптика, терагерцевий діапа-
зон, рефлектометрія, неруйнівний контроль, вуглепластики.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-105985 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-821X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:00:34Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Безбородов, В.И. Киселев, В.К. Косяк, О.С. Кулешов, Е.М. Нестеров, П.К. Яновский, М.С. 2016-09-14T06:01:33Z 2016-09-14T06:01:33Z 2013 Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков / В.И. Безбородов, В.К., О.С. Косяк, Е.М. Кулешов, П.К. Нестеров, М.С. Яновский // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 2. — С. 96-101. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105985 620.179+621.378 В данной работе рассмотрен метод рефлектометрии внутреннего отражения при наклонном облучении поверхности углепластиков квазиоптическим (КО) пучком под разными углами через призму внутреннего отражения, расположенную вблизи поверхности образца. Для реализации метода разработана КО измерительная установка, выполненная на основе полого диэлектрического лучевода и комплекса лучеводных устройств и компонентов ТГц диапазона. Проведены экспериментальные тестирования образцов композитных материалов, показавшие значительное возрастание контраста при обнаружении загрязнений. При технической доработке рефлектометр может быть использован на практике. У даній роботі розглянуто метод рефлектометрії внутрішнього відбиття при похилому опроміненні поверхні вуглепластиків квазіоптичним (КО) пучком під різними кутами крізь призму внутрішнього відбиття, яка розміщена поблизу поверхні зразка. Для реалізації методу розроблена КО-вимірювальна установка, що виконана на основі порожнистого діелектричного променеводу і комплексу променевідних пристроїв та компонентів ТГц діапазону. Проведено експериментальні дослідження зразків композитних матеріалів, що показали значне підвищення контрасту при виявленні забруднень. При технічній доробці рефлектометр може бути використано на практиці. This paper presents a method of the internal reflection reflectometry for oblique irradiation of the surface carbon fiber with quasioptical (QO) beam at different angles through the prism of internal reflection, which are located near the surface of the sample. For realization of the method a QO-measuring installation executed on the basis of the hollow dielectric beam waveguide and a complex of the beam waveguide devices and components of the THz range was developed. Research of samples of composite materials was conducted, it showed a considerable increase of a contrast at detection of a pollution. After technical completion the reflectometer can be used in practice. Исследования, приведшие к полученным результатам, получили финансовую поддержку от Евросоюза в рамках проекта ENCOMB 7-й Рамочной программы ЕС по гранту ACP0-GA-2010-266226 (ENCOMB, Extended Non-Destructive Testing of Composite Bonds). ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Микроволновая и терагерцевая техника Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков Квазіоптичний субтерагерцевий рефлектометр внутрішнього відбиття для неруйнівного контролю вуглепластиків Quasi-optical sub-terahertz internal reflection reflectometer for nоn-destructive testing of carbon materials Article published earlier |
| spellingShingle | Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков Безбородов, В.И. Киселев, В.К. Косяк, О.С. Кулешов, Е.М. Нестеров, П.К. Яновский, М.С. Микроволновая и терагерцевая техника |
| title | Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков |
| title_alt | Квазіоптичний субтерагерцевий рефлектометр внутрішнього відбиття для неруйнівного контролю вуглепластиків Quasi-optical sub-terahertz internal reflection reflectometer for nоn-destructive testing of carbon materials |
| title_full | Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков |
| title_fullStr | Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков |
| title_full_unstemmed | Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков |
| title_short | Квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков |
| title_sort | квазиоптический субтерагерцевый рефлектометр внутреннего отражения для неразрушающего контроля углепластиков |
| topic | Микроволновая и терагерцевая техника |
| topic_facet | Микроволновая и терагерцевая техника |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105985 |
| work_keys_str_mv | AT bezborodovvi kvazioptičeskiisubteragercevyireflektometrvnutrennegootraženiâdlânerazrušaûŝegokontrolâugleplastikov AT kiselevvk kvazioptičeskiisubteragercevyireflektometrvnutrennegootraženiâdlânerazrušaûŝegokontrolâugleplastikov AT kosâkos kvazioptičeskiisubteragercevyireflektometrvnutrennegootraženiâdlânerazrušaûŝegokontrolâugleplastikov AT kulešovem kvazioptičeskiisubteragercevyireflektometrvnutrennegootraženiâdlânerazrušaûŝegokontrolâugleplastikov AT nesterovpk kvazioptičeskiisubteragercevyireflektometrvnutrennegootraženiâdlânerazrušaûŝegokontrolâugleplastikov AT ânovskiims kvazioptičeskiisubteragercevyireflektometrvnutrennegootraženiâdlânerazrušaûŝegokontrolâugleplastikov AT bezborodovvi kvazíoptičniisubteragerceviireflektometrvnutríšnʹogovídbittâdlâneruinívnogokontrolûvugleplastikív AT kiselevvk kvazíoptičniisubteragerceviireflektometrvnutríšnʹogovídbittâdlâneruinívnogokontrolûvugleplastikív AT kosâkos kvazíoptičniisubteragerceviireflektometrvnutríšnʹogovídbittâdlâneruinívnogokontrolûvugleplastikív AT kulešovem kvazíoptičniisubteragerceviireflektometrvnutríšnʹogovídbittâdlâneruinívnogokontrolûvugleplastikív AT nesterovpk kvazíoptičniisubteragerceviireflektometrvnutríšnʹogovídbittâdlâneruinívnogokontrolûvugleplastikív AT ânovskiims kvazíoptičniisubteragerceviireflektometrvnutríšnʹogovídbittâdlâneruinívnogokontrolûvugleplastikív AT bezborodovvi quasiopticalsubterahertzinternalreflectionreflectometerfornondestructivetestingofcarbonmaterials AT kiselevvk quasiopticalsubterahertzinternalreflectionreflectometerfornondestructivetestingofcarbonmaterials AT kosâkos quasiopticalsubterahertzinternalreflectionreflectometerfornondestructivetestingofcarbonmaterials AT kulešovem quasiopticalsubterahertzinternalreflectionreflectometerfornondestructivetestingofcarbonmaterials AT nesterovpk quasiopticalsubterahertzinternalreflectionreflectometerfornondestructivetestingofcarbonmaterials AT ânovskiims quasiopticalsubterahertzinternalreflectionreflectometerfornondestructivetestingofcarbonmaterials |