6.5 Радиотепловой метод

В процессе ТНК необходимо регистрировать объ­емное распределение температуры в объектах. Одним из методов измерения температуры приповерхностных и глубинных слоев изделий из диэлектриков, прозрачных в радиодиапазоне (диапазон длин волн от 1 до 100 ...150 мм), может быть СВЧ термометрии (СВЧТ).

Большинство материалов непрозрачны в ИК-диапазоне спектра, но хорошо пропускают СВЧ излучение. Глубина проникновения сильно зависит от длины волны и химического состава вещества. Для длин волн X= 100 мм она составляет до 200 мм и более (например, для биологических объектов), для волн сX= 1 мм - порядка 0,5 ... 2 мм. С ростом длины волны разрешающая способность падает.

Созданы средства локальной СВЧТ и системы радио-тепловидения. Следует отметить малую интенсив­ность потока теплового излучения от слабонагретых объектов в СВЧ диапазоне. Например, при Т= 30 °С из­лучение с длиной волны X= 10 см в 10sраз слабее, чем излучение сX= Хмах = 10 мкм. Это требует применения сверхчувствительных детекторов (обычно сверхпрово­дящих болометров, охлаждаемых до гелиевых температур) с чувствительностью порядка 0,01 ... 0,65 К. Кроме того, в СВЧТ велико время накопления сигнала (г > 10 с и более). СВЧТ реализуется в контактном и бесконтакт­ном вариантах. Контактная СВЧТ реализуется с помощью антенны-зонда, например рупорного типа, которая накладывается на объект. При этом возможен как диф­ференциальный, так и абсолютный методы измерения. Бесконтактная СВЧТ реализуется в основном в диапазоне длин волн 1 ... 10 мм. Радиотепловое излучение объектов фокусируется на приемник с помощью радиоопти­ческих систем

Метод СВЧТ находится в стадии интенсивного раз­вития и уже сегодня используется в медицинских иссле­дованиях.

6.6 Теплоголографический тнк композитов

Контроль тонкостенных оболочек из полимерных композиционных материалов, прочность которых суще­ственно зависит от дефектов типа воздушных расслоений, «слипнутых» отслоений и т.д., эффективен с помо­щью комбинированного теплоголографического метода.

Он заключается в нагреве (тепловом нагружении) изделия и совместной регистрации термограмм и голографических интерферограмм нагретой поверхности. При этом обнаружение дефектов производится по нали­чию аномалий интерференционных полос, а их протя­женность и глубина залегания на основании анализа термограмм контролируемой зоны изделия при его на­греве галогенными лампами. Оператор с помощью голо-графического интерферометра с термопластической сис­темой записи изображений и телевизионной системой практически в реальном масштабе времени наблюдает интерферограмму. В случае обнаружения аномалий (де­фектных участков) на интерферограмме дальнейшая об­работка дефектоскопической информации производится с помощью программного анализа термограмм, записан­ных в памяти ПЭВМ. Дефектоскопические процедуры реализуются на основе физико-математической модели процесса контроля (двухмерная обратная задача неста­ционарной теплопроводности).

6.7 Фототермоакустические методы тнк

В методе фототермоакустики лазерное (в общем случае оптическое) излучение проходит через оптиче­скую систему и попадает на поверхность исследуемого образца, в котором под воздействием излучения возни­кают температурные и акустические поля, по которым можно судить о структуре и параметрах изделия.

Поглощение лазерного импульса приводит к неста­ционарному повышению температуры поверхностного слоя как поглощающей, так и (за счет теплопроводности) прозрачной среды. При этом происходит возбуждение акустических волн как в прозрачной, так и в поглощаю­щей среде.

Все тепловые методы фототермоакустики позволяют работать с порошками: светорассеивающими, радио­активными, нагретыми до высокой температуры средами и т.д. Для измерения температуры приповерхностного слоя используют термопары, термисторы, пироэлекттческие пленки, а также ИК-радиометры (бесконтактные методы). Контактные методы применимы только хорошо теплопроводящих сред и при весьма низких частотах модуляции.

К тепловым методам относятся также способы регистрации оптико-акустического сигнала по зависимости показателя преломления сред от температуры.

В методе тепловой линзы с использованием пробного луча пробный луч подфокусируется или дефокусируется тепловой линзой, появление которой вызвано не­однородным нагревом среды основным лучом.

Метод тепловой линзы наиболее удобен для исследования прозрачных сред и позволяет измерять коэффи­циенты поглощения вплоть до 10"7 ... 10"8 см"1. Он может применяться как непосредственно, так и косвенно, для определения распределения температуры, коэффициен­тов температуропроводности, скоростей потока газов и тому подобного. При ортогональном расположении ос­новного и пробного лучей отклонение луча тепловой линзой часто называют «эффектом миража».

Частотный диапазон этого метода ограничен в основном шумами источника пробного излучения и фото­приемника, а также (при косвенной регистрации) диа­метром луча. Диагностика по этому методу сопряжена с трудностями разделения температурного и акустического полей. Тем не менее этот метод широко распростра­нен, в частности, в оптотермической микроскопии. Из­менения показателя преломления можно определить также интерферометрическими, гетеродинными и дру­гими подобными методами.

Непосредственно к тепловым методам примыкает метод «фотодефлекционной спектроскопии», суть которого в рассеянии пробного излучения на деформациях поверхности поглощающей среды, вызванных неоднородным лазерным нагревом. Обычно стараются сфоку­сировать пробное излучение на склон «выпучивания» в область наибольшего наклона поверхности для получе­ния максимального сигнала.

От изменения температуры поверхности зависят не только показатель преломления, что используется в фоторефрактивных методах, но и коэффициенты поглоще­ния и рассеяния света.