Фотохромные и термохромные краски

Фотохромные и термохромные краски — краски, изменяющие свой цвет, а также бесцветные ма­териалы, приобретающие соответствующую окраску под воздей­ствием излучений определенного спектрального диапазона. Фотохромные краски чувствительны к ультрафиолетовому излуче­нию, а термохромные — к инфракрасному (тепловому). Приоб­ретенный цвет сохраняется в течение некоторого времени в зави­симости от интенсивности воздействующих излучений, а затем восстанавливается первоначальный.

Для удобства изучения мы рассматриваем разнообразные методы получения информации, классифицируя их по первичному способу, признаку. Но часто в приборах используются разнообразные способы получения и трансформации информации.

Например, магнитооптический прибор МАГ-5, предназначенный для визуализации информации, напечатанной специальными магнитными красками. В нем совмещены магнитные и оптические методы получения и обработки информации.

Значительная часть контролируемых параметров, дефектов хотя и носит поверхностный характер для конкретных деталей, эти детали расположены внутри сложного механизма и закрыты для непосредственного наблюдения глазом. Это, например, турбинные лопатки турбореактивных двигателей, камеры сгорания и их элементы, двигатели внутреннего сгорания, шестерни редукторов и т. д. Произвести дефектацию без разборки позволяют специальные приборы – эндоскопы.

Эндоскопия

Эндоскопы и бороскопы - это смотровые приборы, по­строенные на базе волоконной и линзовой оптики и механических устройств. Принцип действия эндоскопов за­ключается в осмотре объекта контроля с помощью специальной оптической систе­мы (часто типа микроскоп, телескоп), по­зволяющей передавать изображение на значительные расстояния (до нескольких десятков метров).

Современный серийный эндоскоп яв­ляется универсальным оптико-механи­ческим прибором, обеспечивающим лю­бой вид визуальной диагностики и контро­ля внутри закрытого пространства на значи­тельное расстояние (практически до 30 м).

Существуют линзовые, волоконно-оптические и комбинированные эндоскопы.

Линзовые (жесткие) эндоскопы. Оп­тическая схема современного типичного линзового эндоскопа показана на рис. 8.1.

Освещенное с использованием све­товода изображение участка объекта кон­троля (ОК) передается наблюдателю по цепочке, содержащей линзы объектива, иногда и призм; систему поворачивающих линз, служащих для увеличения эффек­тивности рабочей длины прибора, и линз окуляра. Эндоскопы этого типа снабжают­ся системой фокусировки, позволяющей получать резкое изображение анализируе­мого участка ОК как в ближней, так и в дальней зонах. Управляя поворотной руч­кой, можно поворачивать трубку на угол более 360° и легко изменять анализируе­мый участок ОК.

Волоконно-оптические эндоскопы

Возможности технической эндоскопии существенно расширены, благодаря соз­данию волоконно-оптических элементов.

Волоконные световоды представляют собой набор тонких стеклянных светопроводящих волокон диаметром 9 ... 30 мкм, собранных в жгут.

Если относительное расположение концов волокон на обоих торцах жгута одинаково, то такие жгуты называют когерентными (регулярными) и способны передавать оптическое изображение, сформированное на одном из торцов, в плоскость второго. Жгуты с хаотическим расположением волокон на торцах таким свойством не обладают и способны только канализировать энергию излучения.

Каждый элементарный световод (волокно с большим показателем преломления) покрыт снаружи тонким слоем (1 ... 2 мкм) стекла с более низким показателем преломления.

На границе волокно-покрытие проис­ходит полное внутреннее отражение света, входящего в основное волокно, что обес­печивает его прохождение по световоду с минимальным ослаблением. При значительных размерах световода число отражений бывает более 10⁶. Это приводит к ослаблению сигнала, которое связано с длиной световода экспоненци­альной зависимостью.

Волоконные световоды обладают преимуществами, делающими их незаме­нимыми при решении многих задач. Так, они позволяют передавать изображение без искажения при их изгибе по любому криволинейному профилю. Высокая све­товая эффективность световодов исполь­зуется при создании осветительных сис­тем эндоскопов. При этом источник света располагается вне прибора, что позволяет исключить нагрев изделия.

Спектр пропускания световода опре­деляется свойствами материала, из кото­рого он изготовлен. Обычные световоды из стекла прозрачны в области 0,4 ... 2 мкм.

Для работы в ультрафиолетовой об­ласти используют кварцевые волокна, прозрачные в диапазоне 0,2 ... 4 мкм.

В инфракрасном диапазоне (0,9 ... 10 мкм и более) применяют волокна из специальных халькогенидных безкисло­родных стекол.

Стеклянные и полимерные светопроводящие волокна существенно отличаются по своим физико-химическим и оптическим свойствам. Это приводит к появлению взаимных преимуществ и недостатков в ходе их сравнительного анализа при выборе материала для изготовления ВОИП с учетом конкретных условий аппаратуры с преобразователями. В настоящее время нельзя однозначно решить вопрос о перспективности использования одного из указанных типов волокон для производства показывающих приборов с ВОИП.

Как показывают исследования, световоды, выполненные из полимерных материалов, во многом положительно отличаются от стеклянных. Они имеют меньший удельный вес, повышенную гибкость при больших диаметрах и светопропускание, позволяют легко осуществить оптический контакт как друг с другом, так и с другими деталями путем склеивания материалом сердцевины световода или спекания при невысоких температурах, дешевы, могут быть изготовлены в виде моноволокон в широком диапазоне диаметров (от 5 мкм до 5 мм) при сохранении гибкости. Полимерные волокна отличаются многообразием типов (цилиндрические, прямоугольного и квадратного сечения, капиллярные, конические), а также меньшим радиусом изгиба без ухудшения светопропускания. Торцам моноволокон из полимеров сравнительно просто придается как плоская форма, так и форма линз различной кривизны. Имеются сообщения об изготовлении цветного полимерного светопроводящего волокна.

Разработанные в настоящее время полимерные светодиоды работают в диапазоне температур от -80 до + 85 ⁰С. К их недостаткам относят также значительно более прогрессивное старение, заключающееся в уменьшении светопропускания с течением времени, особенно при повышенной температуре. Полимерные светопроводящие волокна значительно уступают стеклянным в стойкости к воздействиям окружающей среды. В частности, они теряют светопроводящие свойства в присутствии паров ацетона, бензола и дихлорэтана.

Световоды для передачи световой энергии изготовляют из беспорядочно уложенных волокон диаметром около 30 мкм.

Как уже отмечалось, для передачи изображения исполь­зуют пучок волоконно-оптических эле­ментов с упорядоченной структурой. При этом число элементарных волокон может превышать 10⁶ на 1 см² при диаметре во­локон 9 мкм. Торцы световодов полируют. Такой пучок передает изображение, сфор­мированное линзами объектива, на окуляр. Одна из оптических схем гибкого во­локонно-оптического эндоскопа (фибро­скопа) показана на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Оптическая схема гибкого эндоскопа (фиброскопа):

1 - источник света; 2 - конденсор; 3 - тепловой фильтр; 4 - внешний осветительный световод; 5 - информационный световод для передачи изображений; 6 - окуляр; 7 - система регист­рации и (или) анализа изображений (глаз, фо­токамера; передающая телевизионная трубка); 8- дистальная часть эндоскопа; 9- оптический адаптер (призма);

10- поверхность ОК

Источник света 1 (обычно ксеноновый или галогенный, мощностью 150 ... 300 Вт) с помощью конденсора 2 и тепло­вого фильтра 3 освещает торец освети­тельного жгута 4, который оптически свя­зан с осветительным жгутом, размещен­ным внутри эластичного корпуса эндоско­па, и подсвечивает объект контроля 10. Изображение поверхности объекта 10 при помощи оптических элементов адаптера 9 на дистальном конце фиброскопа, регу­лярного световода 5 и окуляра 6 анализи­руют визуально или фотографируют (пе­реносят на первичный преобразователь замкнутой телевизионной системы), ис­пользуя соответствующие разного типа адаптеры на вы­ходе фиброскопа.

Конструктивно такие эндоскопы вы­полняют в виде блока осветителя с осве­тительным световодом длиной 1,5 ... 2,5 м и собственно эндоскопа с эффективной длиной 0,5 ... 6 м. Некоторые модели имеют механизм дистанционной фокуси­ровки оптики адаптера 9 и изгиба перед­ней части (длиной до 100 мм) 8 эндоскопа в пределах 120° при диаметре 0,5 ... 14 мм. Заменяя оптические адаптеры с одно­го типа на другой, можно подобрать угол поля зрения (в пределах 10 ... 120°), направ­ление визирования (прямой или боковой об­зор) и глубину наблюдения (2 мм ... ). Можно создать технические эндоско­пы с параллельным соединением жгутов для одновременного наблюдения за несколь­кими точками объекта.

Особенности оптических схем эндо­скопов. Как это видно из вышеизложенно­го, эндоскопы - это оптические устройст­ва, содержащие как ахроматические (ис­правленные сферические и хроматические аберрации для двух длин волн), так и про­стые элементы, которые формируют и передают информацию о качестве внут­ренних поверхностей ОК. Из наблюда­тельного прибора эндоскоп превращается в прибор для точных измерений. Освети­тель ОК обычно размещается со стороны объектива.

Технический прогресс в промышлен­ной эндоскопии неразрывно связан с ре­шением таких важных задач, как большое поле зрения, отсутствие искажений изо­бражения, точная передача цветов и необ­ходимая яркость.

Самые яркие изображения получают эндоскопами малой длины и большого диаметра. При увеличении длины эндо­скопа изображение становится менее яр­ким из-за потерь света в дополнительных оптических элементах, устанавливаемых для передачи изображения на достаточно большие расстояния. Для минимизации таких потерь оптические элементы про­светляют.