Радиофизические методы диагностики материалов и сред (стр. 4 )

Функциональная схема простейшего варианта устройства для радиоволнового контроля по прошедшему излучению с учетом амплитудных и фазовых характеристик СВЧ-сигналов, используемая для дефектоскопии, приведена на рис. 2.10 (основные обозначения соответствуют рис. 2.9). Это устройство содержит два одинаковых простых Т1 и Т2 тройника, что позволяет разделить излучаемую энергию на два потока, а затем сложить полученные СВЧ-сигналы.

Рассмотренные устройства позволяют решить большинство практических задач, доступных для контроля по прошедшему излучению.

Рис. . Функциональная схема амплитудно-фазового СВЧ-прибора

2.6.6 Параметрические методы контроля

Параметрические (резонансные) методы радиоволнового контроля сводятся к тому, что контролируемый объект помещается в резонатор, волновод или длинную линию и по изменению параметров этих элементов (резонансная частота, добротность, распределение поля и др.) определяют качество объекта. С помощью параметрического метода возможен контроль геометрических характеристик различных объектов, электромагнитных свойств материалов и наличия неоднородностей в них. Параметрические методы позволяют испытывать вещества в любых агрегатных состояниях (твердые, жидкие, газообразные, плазма). Радиоволновой контроль геометрических размеров различных изделий из материалов с хорошей проводимостью возможен только относительно поверхностей, к которым возможен доступ, т. е. наружных и некоторых внутренних. Примеры выполнения объектов такого контроля иллюстрируются на рис. 2.11 и 2.12.

Рис. . Контроль геометрических размеров и физико-химических свойств: а – объемным резонатором; б – волноводом; в – открытым резонатором

Протяженный контролируемый объект КО (например, труба или пруток) можно помещать в полость объемного резонатора Р или волноводный тракт В. Если объект помещен в полость резонатора Р (рис. 2.11 а), то он изменяет его рабочий объем (резонансную частоту) или создает дополнительные потери энергии (уменьшает добротность). Для металлических изделий основным является изменение частоты, что дает возможность производить контроль внешнего диаметра трубы , прутка и т. п. В случае, когда труба изготовлена из диэлектрического материала, влияющими факторами являются все геометрические размеры трубы (внешний и внутренний диаметры, толщина) и электромагнитные параметры (диэлектрическая и магнитная проницаемости, удельная электрическая проводимость ). По схеме рис. 2.11 а можно организовать радиоволновой контроль изделий в технологическом потоке.

При контроле изделий в виде коротких труб можно их включить непосредственно в СВЧ-тракт (рис. 2.11 б). В таком варианте труба может рассматриваться как отрезок волновода или длинной линии с определенными параметрами, приводящими к изменению характеристик отраженной волны. Для лучшего согласования волноводного тракта с отрезком трубы участки волноводов ПВ и ОВ выполнены специальной формы, плавно сопрягаемой с поперечным сечением трубы КО, а на их краях для снижения затекания токов на внешнюю поверхность волноводов ПВ и ОВ выполнены короткозамкнутые четвертьволновые участки КП1 и КП2. Определенный режим работы измерительного участка волновода обеспечивает отрезок волновода ОВ, который нагружен на короткозамкнутую секцию с настроечным поршнем НП (рис. 2.11 б) или на согласованную нагрузку для получения режима бегущей волны. На рис. 2.11 в показан объект в виде диэлектрического покрытия на металлическом основании. Одной из стенок резонатора Р в этом случае служит металлическое основание, в котором использован СВЧ-генератор с частотной модуляцией (качающаяся частота). В качестве первичного преобразователя в нем применен измерительный резонатор, резонансная частота которого зависит от толщины покрытия и его диэлектрических параметров. По смещению резонансной частоты находят контролируемую величину.

Успешно используются параметрические радиоволновые методы при контроле уровня и количества жидкостей или летучих веществ. В этом случае отрезок волновода или длинной линии обычно запаивается с одного конца, с другого – подключается измерительная аппаратура, а жидкость или газ вводятся сбоку через специально предусмотренное отверстие, которое не должно существенно влиять на параметры СВЧ-тракта.

С помощью резонатора Р или отрезков волноводов В (рис. 2.12) можно проводить контроль электромагнитных свойств различных веществ. При этом твердые тела непосредственно помещают в объем резонатора или волновода (рис. 2.12 а), а жидкие, сыпучие и газообразные вещества предварительно загружают в дозирующие ампулы (рис. 2.12 б) или пропускают по специально предусмотренным трубкам.

а б

Рис. . Схема контроля физико-химических свойств: а – твердых тел; б – жидкостей

Параметрические радиоволновые методы дают возможность обнаруживать лишь довольно грубые неоднородности (дефекты), такие как, например, металлические включения в диэлектрике, и вследствие этого имеют ограниченную область применения, исключение составляют дефектоскопы, построенные на принципах ядерных магнитных резонансов.

Контроль по одному параметру имеет довольно ограниченные возможности и часто не позволяет получить большую точность и достоверность, в связи с этим многопараметровый контроль применяется в двух случаях: требуется измерить один параметр независимо от других величин и необходимо определять несколько параметров у контролируемого объекта одновременно или поэтапно.

2.6.7 Визуализация радиоволновых полей

Визуализация (получение видимых изображений) распределения физических величин, характеризующих электромагнитное СВЧ-поле (плотности энергии, напряженности электрического или магнитного поля, их компонент и т. д.), необходима для изучения внутреннего строения сложных изделий (интроскопия, радиовидение) и для высокой производственной дефектоскопии объектов больших размеров (по сравнению с длиной волны и раскрывом антенн). В результате визуализации получают видимое радиоизображение, анализ которого дает возможность увеличить скорость контроля, облегчает расшифровку результатов для изделий различной формы.

Радиоизображение можно получить путем развертки (последовательный поэлементный анализ) или сразу во всех точках двухмерной картины (анализ в реальном масштабе времени).

Наиболее простым в конструктивном отношении примером устройства для визуализации распределения СВЧ - или тепловых излучений является радиовизор, который позволяет проводить наблюдения полей в плоскости его экрана в реальном масштабе времени. Положенный в его основу принцип преобразования интенсивности падающего на экран излучения в тепловую энергию, подогревающую люминофор, обеспечивает широкий спектральный диапазон его работы.

Основной элемент радиовизора (рис. 2.13) – люминесцирующий экран ЛС с нанесенным на него с внешней стороны тонким слоем металла СМ, который является неселективным преобразователем СВЧ - и инфракрасного излучения в тепловой рельеф. Экран ЛС с внутренней стороны равномерно освещается ультрафиолетовым светом лампы УЛ, интенсивность которого выбирается в зависимости от среднего уровня падающего излучения путем подбора мощности питания УЛ регулировочными элементами РЭ. Прошедшее или отраженное излучение от контролируемого объекта падает на слой СМ, в значительной степени поглощается им и создает на поверхности люминесцентного слоя ЛС различную температуру в зависимости от энергии, попадающей на данный участок. Яркость свечения люминофора зависит от его температуры и по яркости свечения экрана радиовизора судят о свойствах контролируемого объекта КО, облучаемого от источника излучения ИИ.

Рис. . Схема устройства радиовизора

Радиовизор является широкополосным устройством, дает наглядную картину распределения плотности энергии электромагнитного поля, прост в обращении и успешно используется для радиоволнового и теплового контроля. Неудобством при работе с ним является невысокая чувствительность, небольшие размеры изображения и то, что результаты контроля зависят от опыта оператора.

Получение изображения в реальном масштабе времени возможно также с помощью жидких кристаллов и фотоэмульсий (фотопленок), которые восприимчивы к тепловому действию СВЧ-излучения.

Средства визуализации СВЧ-полей могут быть применены так же для получения и анализа интерференционных картин и голографических изображений [1; 5; 6].

РАЗДЕЛ 3 ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

,

Оптические методы диагностики материалов основаны на взаимодействии светового излучения с контролируемым объектом и регистрации результатов этого взаимодействия [1–8]. Методы, характерные для оптического контроля, используют электромагнитное излучение диапазона длин волн в вакууме от до 103 мкм ( Гц) и охватывают ультрафиолетовое (УФ), видимое (ВИ) и инфракрасное (ИК) излучения. При этом объединяются они между собой общностью применяемых методик, способов и приемов проведения контроля. В большинстве вариантов контроля длина волны света мала по сравнению с геометрическими размерами деталей, элементов и дефектов контролируемых объектов, что позволяет использовать при анализе взаимодействия излучения с объектом методы геометрической оптики. Вместе с тем в ряде случаев (обнаружение дефектов малых размеров, контроль тонких пленок, испытания голографическими и интерференционными методами и др.) применяются методы, характерные для анализа волновых процессов [9]. В этой части методы оптического контроля близки методам радиоволнового контроля, аналогичны и величины, несущие полезную информацию.

Оптические методы контроля качества можно условно разделить на три группы:

1. Визуальный и визуально-оптический методы характеризуются тем, что результаты контроля в наибольшей степени определяются личными качествами оператора: его зрением, умением и опытом. Визуальные методы контроля качества – наиболее доступны и просты, поэтому имеют большое распространение.

2. Фотометрический, денситометрический, спектральный и телевизионный методы в основном строятся на результатах аппаратурных измерений и обеспечивают меньшую субъективность контроля, их применение по составу контрольно-измерительных операций ближе к работе с электронно-измерительными приборами.

3. Интерференционный, дифракционный, фазовоконтрастный, рефрактометрический, нефелометрический, поляризационный, стробоскопический и голографический методы используют волновые свойства света и позволяют производить неразрушающий контроль объектов с чувствительностью до десятых долей длины волны источника излучения.

С помощью оптических методов можно контролировать объекты из материалов, прозрачных и полупрозрачных для светового излучения. Если же материал объекта непрозрачен, у такого объекта можно проверять состояние внешних и внутренних поверхностей или размеров. В зависимости от свойств материала контролируемого объекта оптический контроль осуществляется в отраженном, прошедшем или рассеянном излучении, а в необходимых случаях и при комбинированном освещении. Параметры источников света (интенсивность, спектр, направление, поляризация и т. д.) выбирают исходя из конкретных условий, чтобы обеспечить максимальный контраст изображения. Во всех случаях желательно иметь в помещении общее освещение, создающее освещенность не менее 10 % от используемого местного освещения. При этом используют понятие контраста изображения дефекта: нормированный перепад яркости на дефектном участке и окружающем дефект фоне, т. е. отраженного или прошедшего сквозь материал контролируемого объекта света:

,

где – яркость изображения дефекта и фона, кд/м2.

3.1.1 Общие правила по технике безопасности и охране труда

Оптический контроль происходит при повышенной нагрузке на глаза оператора, что надо учитывать при его организации. Особую опасность могут представлять источники, несущие концентрированные потоки световой энергии, в первую очередь оптические квантовые генераторы – лазеры [21–[22]]. Поэтому работа с лазерными установками, особенно при значительных мощностях, должна производиться в специальных помещениях с использованием защитных очков со светофильтрами, задерживающими большую часть излучения, и при экранировании наиболее опасной части установки. Следует помнить, что наиболее опасно облучение глаз, они поражаются излучением квантового генератора настолько быстро, что при облучении трудно принять защитные меры и их в случае опасности необходимо предусмотреть заранее. Максимально допустимые уровни плотности потока мощности в зависимости от типа лазера, длины волны и режима работы оператора составляют для кожи 0,1 Дж/см2, а для глаз – 0,002–1,0 мкДж/см2.

В качестве индивидуальных средств защиты персонала, работающего с квантовыми генераторами, могут быть применены: защитные очки, специальная одежда и перчатки, а также кремы (с двуокисью титана и цинка) для дополнительной защиты кожи лица и рук. Повышенное внимание при больших мощностях лазерного излучения, хотя бы и импульсных, надо уделять противопожарной безопасности.

В неразрушающем контроле качества под источником света понимают излучатель электромагнитных колебаний в оптической части спектра: инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой. Для получения световых потоков используют электрические лампы накаливания, газоразрядные и люминесцентные, светодиоды и оптические квантовые генераторы [22–[23][24][25][26]]. В оптическом контроле качества наибольшее распространение в настоящее время получили лампы накаливания в специальном исполнении и оптические квантовые генераторы.

1. Лампы накаливания испускают свет за счет нагрева электрическим током проводника в виде спирали из тугоплавкого материала, которая смонтирована в колбе, заполненной инертным газом (криптон, ксенон) или вакуумирована (до  мм рт. ст.). Лампы накаливания отличаются разнообразием конструкций и областей применения, электрическими параметрами и мощностью, спектральным составом, удобством в использовании и простотой обслуживания, что определяет широкое распространение их среди источников света. Недостатком ламп накаливания является сравнительно небольшой срок службы, который ограничивается испарением металла нити накаливания, а также малым КПД.

Галогенные лампы обладают большой световой отдачей в видимом диапазоне света, имеют большой срок службы и применяются для создания больших световых потоков в проекционных аппаратах, микроскопах и др. Такие лампы для оптических приборов изготавляют обычно на небольшие напряжения источника электропитания (6 – 24 В), чтобы использовать нить накаливания небольших размеров и улучшить однородность создаваемого светового потока.

2. Газоразрядные лампы используют световой эффект, появляющийся при возникновении электрического разряда в газах или паpax. В газоразрядных лампах разной конструкции и мощности используют различное давление газа или пара в колбе и различные виды разряда: дуговой, тлеющий или импульсный. Эти лампы имеют высокую световую отдачу и большой срок службы.

Наибольшее распространение для организации общего освещения производственных помещений и лабораторий получили люминесцентные лампы. Они представляют собой газоразрядные лампы низкого давления, в которых ультрафиолетовое излучение паров ртути преобразуется люминофором, нанесенным на внутреннюю поверхность цилиндрической колбы, излучение видимого света, близкого к естественному дневному свету. Спектр излучения газоразрядных ламп близок к линейчатому.

3. Светоизлучающие диоды являются малогабаритными полупроводниковыми источниками инфракрасного или видимого света, обычно близкого к монохроматическому (красный, зеленый, голубой и др.). Они построены на основе полупроводниковых материалов, легированы малыми количествами примесей, специально подбираемых для получения света необходимой длины волны. Светоизлучающие диоды имеют такие же преимущества, как и элементы полупроводниковой техники. Они создают потоки небольшой величины и используются поэтому только в некоторых малогабаритных устройствах.

4. Оптические квантовые генераторы (лазеры) [22] представляют собой источники света, работающие на базе процесса вынужденного (стимулированного, индуцированного) испускания фотонов возбужденными атомами или молекулами под воздействием фотонов излучения, имеющих ту же частоту. Оптические квантовые генераторы создаются на базе различных активных сред: газообразной, жидкой или твердой. Они могут давать излучение в весьма широком диапазоне длин волн – от 100 нм (ультрафиолетовый свет) до 1,2 мкм (инфракрасное излучение) – и могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме.

Лазер состоит из трех принципиально важных узлов: излучателя, системы накачки и источника питания, работа которых обеспечивается с помощью специальных вспомогательных устройств.

В оптическом контроле качества лазеры могут применяться как источники узкого монохроматического пучка света при решении контрольно-измерительных задач, для чего требуется повышенная точность, но главные области их применения, где они незаменимы, связаны с использованием волновых свойств света – интерференции, дифракции и т. д.

В практике оптического контроля качества применяют различные элементы и устройства, образующие наиболее важный узел оптико-электронных приборов и блоков оборудования – оптическую систему [22–25]. Главным назначением оптической системы является получение достаточного потока световой энергии полезных сигналов или четкого изображения исследуемого объекта. Одним из центральных понятий для оптической системы является понятие «оптическая ось» – линия, на которой располагаются центры преломляющих или отражающих поверхностей элементов системы. Если центры всех элементов системы находятся на оптической оси, она называется главной. Детали изображения, расположенные около оптической оси, получаются наиболее четкими.

Оптическая система может состоять из различных элементов: линз, зеркал, призм, фильтров и др. при различных сочетаниях и в зависимости от конкретного ее назначения. Она характеризуется фокусным расстоянием, разрешающей способностью, светосилой, углом поля изображения (зрения) и др.

Фокусным расстоянием системы (передним или задним) называют расстояние от фокуса до главной точки, т. е. точки, где в плоскости, перпендикулярной главной оптической оси, изображение совпадает с его натуральной величиной. Если среды объектов и изображений имеют одинаковые оптические свойства, то переднее и заднее фокусные расстояния равны. Фокусы системы соответствуют изображению бесконечно удаленной точки.

Разрешающей способностью оптической системы называют минимальное расстояние между простыми различаемыми элементами объекта, близко расположенными в пространстве. В оптике разрешающая способность обычно измеряется числом линий, различимых на длине в 1 мм.

1. Линзой называют деталь, изготовленную из полированного прозрачного для пропускаемого излучения материала, ограниченного криволинейными полированными поверхностями. В зависимости от формы и положения фокуса линзы бывают собирающие, рассеивающие и специальные. Фокусное расстояние линзы определяется ее геометрией и материалом. При построении изображения, создаваемого линзой (простейшим однолинзовым объективом) используют свойства прохождения световых лучей сквозь линзу: лучи, идущие параллельно главной оптической оси, после линзы проходят через точку фокуса, а лучи, проходящие через центр линзы, не преломляются, если линза тонкая.

В объективе, состоящем из нескольких линз, получение изображения и расчеты его характерных точек делаются последовательно.

Изображение, получаемое на выходе оптической системы, относительно изображения объекта имеет различные искажения, называемые аберрациями. Аберрации могут быть геометрическими и хроматическими, обусловленными неодинаковым прохождением света различных длин волн.

Геометрические аберрации возникают из-за использования широких или наклонно падающих пучков света (сферическая аберрация, кома, астигматизм, дисторсия) и приводят к размытию и искажению формы изображения объекта, изменению расстояний и углов между элементами изображения. Сферическая аберрация состоит в получении вместо точки изображения в виде кружка рассеяния, кома – в виде вытянутого и неравномерно освещенного пятна, напоминающего комету. Астигматизм приводит к получению эллиптического изображения вместо кружка, а дисторсия – к искривлению прямых линий, в результате чего квадрат имеет подушкообразную или бочкообразную форму.

Хроматические аберрации проявляются при изменении длины волны монохроматического света или при использовании света сложного спектрального состава, например белого. Причина хроматических аберраций – дисперсия света, т. е. зависимость оптических свойств материала (показателя преломления вещества, затухания и др.) элементов оптической системы от длины волны света. В результате хроматических аберраций изображение размывается, и в плоскости изображений образуются радужные полоски.

Для уменьшения аберраций ограничивают поле зрения диафрагмами, применяют линзы из тонких и качественных материалов, а объективы делают из многих элементов (линз, зеркал и др.), подбираемых так, чтобы вносимые ими искажения взаимно компенсировались.

2. Зеркалом называют оптический элемент с полированной поверхностью, образующий требуемые световые потоки или изображения путем отражения падающих на него лучей. Зеркала изготавливают из металлов (серебро, алюминий, золото, хром, никель и др.) или путем напыления пленок из этих металлов на твердые материалы (стекло, керамику, сталь и т. д.). Зеркала могут выполнять те же функции, что и линзы, в частности на их основе могут создаваться зеркальные объективы, а в сочетании с линзами получают зеркально-линзовые объективы. В некоторых случаях используют полупрозрачные зеркала, частично отражающие и пропускающие световое излучение.

3. Призмой называют оптический элемент, выполненный из однородного материала в виде фигуры, ограниченной несколькими пересекающимися плоскостями, в частности имеющей две параллельные грани (основания), представляющие собой равные многоугольники, а остальные грани (боковые) – параллелограммы. Призмы используются для изменения направления хода лучей и могут создавать хроматические аберрации.

4. Фильтры (светофильтры) – устройства, предназначенные для пропускания света требуемого электромагнитного спектра и задержки мешающего светового излучения. Особенностью фильтров в оптическом диапазоне является уменьшение размеров деталей и элементов, определяющих спектральные свойства, в соответствии с длиной волны.

5. Диафрагмы, маски и шаблоны применяют для ограничения проходящего светового потока или его спектрального состава в плоскости, перпендикулярной главной оптической оси. Эти устройства часто выполняются в виде пластины с отверстиями.

6. Волоконно-оптические световоды. Волоконный световод является фактически диэлектрическим волноводом, выполненным из двух оптически прозрачных слоев круглого поперечного сечения – сердечника и оболочки. Элементарным световодом является тонкая нить диаметром 10–20 мкм, причем внешний слой имеет толщину 1–3 мкм и изготовлен из стекла с меньшим показателем преломления, чем сердечник. Поэтому лучи света, попадая в центральную часть световода, испытывают полное внутреннее отражение от границы сердечника либо оболочки и передаются вдоль световода.

Для передачи световых потоков или изображений отдельные светопроводящие волокна объединяют в жгуты. Большим преимуществом волоконно-оптических жгутов является передача изображения при их изгибе по любому профилю на расстояние до нескольких метров и разнообразные возможности по кодированию световой информации. Если выполнить входной и выходной торцы волоконно-оптического жгута разной конфигурации или по-разному расположить в них волокна, то можно производить преобразование изображений (растягивать, сжимать, поворачивать, расщеплять и производить любые другие преобразования формы). Эта особенность открывает большие возможности по обработке оптической информации, повышению точности и достоверности контроля.

Излучения оптического диапазона могут преобразовываться в видимое изображение (инфракрасное и ультрафиолетовое) или в электрический сигнал.

Первичные измерительные преобразователи светового излучения в электрический сигнал являются основой автоматизированных устройств неразрушающего оптического контроля. В качестве первичных измерительных преобразователей используют: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, вакуумные фотоэлементы и фотоэлектронные умножители, матрицы на базе полупроводниковых материалов и передающие телевизионные трубки [23–26].

1. Фоторезисторы и вакуумные фотоэлементы имеют наилучшие метрологические характеристики при преобразовании интенсивности света в электрический сигнал. Фоторезисторы могут обеспечить регистрацию небольших световых потоков в широком спектральном диапазоне длин волн падающих фотонов, особенно при охлаждении их до криогенных температур (охлаждаемые болометры). Их недостатком являются нелинейность световой характеристики и проявляющаяся иногда инерционность. Вакуумные фотоэлементы имеют линейную световую характеристику, но поскольку в них используется внешний фотоэффект, их чувствительность невелика, а спектральный диапазон работы меньше, что проявляется особенно сильно вблизи «красной границы» для квантов с малой энергией. Эти свойства обусловливают применение вакуумных фотоэлементов для точных светотехнических измерений.

2. Фотодиоды и фототранзисторы имеют высокую чувствительность, но недостаточно стабильные характеристики (сильная зависимость от температуры). Поэтому они применяются в тех случаях, когда сигнал носит импульсный характер и небольшие изменения их параметров не оказывают существенного влияния на результаты контроля.

3. Фотоэлектронные умножители имеют характеристики, подобные фотоэлементам, но обладают по сравнению с ними высокой (в 10–104 раз) чувствительностью к освещенности. Значительно большие шумы и необходимость высоковольтного питания ограничивают области их применения.

В связи с достижениями микроэлектронной технологии начинают широко использоваться матричные приборы [25] в виде линеек или пластин из полупроводниковых элементов с упорядоченным расположением выводов и приборы с зарядовой связью. Эти приборы служат базой для аппаратуры оптического неразрушающего контроля, воспринимающей оптические сигналы в пространстве путем квантования их и последующей дискретной обработки. На их основе строятся также твердотельные аналоги электронно-лучевых вакуумных трубок, позволяющие получить электрические сигналы о распределении освещенности в пространстве.

4. Электронно-лучевые вакуумные передающие трубки преобразуют сформированное на их входной мишени изображение в упорядоченную последовательность электрических сигналов, что дает возможность получать и обрабатывать большой объем информации о контролируемом объекте. Для работы электронно-лучевых передающих трубок необходимы высоковольтный блок питания электродов трубки, блок питания электромагнитной фокусировки, генераторы строчной и кадровой разверток. Поэтому конструкция передающей камеры с электронно-лучевой трубкой является сложной и требует качественной настройки. Среди разных видов передающих электронно-лучевых трубок наиболее часто применяют следующие: видикон, суперортикон и диссектор.

Суперортикон – передающая электронно-лучевая вакуумная трубка, использующая внешний фотоэффект. За счет переноса электронов, появившихся в результате воздействия квантов падающего света на двустороннюю накапливающую мишень и применения внутреннего фотоэлектронного умножения, он имеет очень высокую чувствительность по сравнению с другими трубками. Однако его недостатки – сложность в производстве и эксплуатации, большие искажения изображения при попадании на мишень элементов изображений с большой яркостью – ограничивают его применение.

Видикон – электронно-лучевая вакуумная трубка, использующая внутренний фотоэффект с накоплением зарядов. Видикон имеет меньшую чувствительность, чем суперортикон, и несколько хуже передает быстро движущиеся изображения. Спектральные характеристики видикона определяются материалом фотокатода. Например, мишени для работы в видимом диапазоне света изготавливают из соединений сурьмы, селена, мышьяка, серы; в инфракрасном – из сульфида свинца; в ультрафиолетовом – из селена, обладающего широкой спектральной характеристикой. На базе видикона созданы другие электронно-лучевые трубки, например, плумбикон и кремникон, в которых реализованы последние достижения полупроводниковой технологии и использующиеся более сложные мишени, что позволяет увеличить чувствительность и снизить инерционность трубки.

Диссектор – электронно-лучевая передающая вакуумная трубка без накопления заряда, использующая внешний эффект. Она содержит фотокатод, секцию фокусировки и развертки изображения, а также вторично-электронный умножитель. Выпускаемые промышленностью диссекторы имеют хорошие эксплуатационные показатели (механическая прочность, устойчивость к неблагоприятным внешним воздействиям и т. д.), линейную световую характеристику, дают возможность получить высокую разрешающую способность по яркости и в пространстве (отдельные экземпляры до 3000 строк).

3.5.1 Визуально-оптические методы контроля

Минимальный размер дефекта, который четко выявляется при визуальном контроле, зависит от характера исследуемого объекта (в частности, чем грубее его поверхность и структура, чем больше размер обнаруживаемого дефекта), уровня яркоcти и направления освещения, контраста между дефектом и фоном, т. е. от перепада яркостей, цветов или отражающих способностей, а также от личных качеств оператора (зрения, опыта и т. д.). Ориентировочно полагают, что при визуальном контроле оператор с нормальным зрением на расстоянии наилучшего зрения уверенно обнаруживает дефекты с минимальным размером 0,1 мм в плоскости, перпендикулярной линии наблюдения.

Визуально-оптическим называют неразрушающий контроль качества с применением оптических средств, позволяющих существенно расширить пределы естественных возможностей органов зрения человека. Он является техническим продолжением визуального контроля, дает возможность обнаруживать более мелкие дефекты и производить измерения с высокой разрешающей способностью (1–5 мкм). Обычно проводят многоступенчатый контроль: осматривают поверхность изделия без оптических средств, выявляя крупные дефекты и подозрительные места, изучают эти места через лупу (однолинзовый микроскоп), а затем исследуют отдельные участки контролируемого изделия с помощью многолинзового микроскопа, последовательно повышая кратность его увеличения. При правильном выборе условий визуально-оптического контроля размеры элементов объекта или минимальных выявляемых дефектов (в мм) уменьшаются в соответствии с оптическим увеличением устройства:

.

Лупы предназначены для оптического контроля близко расположенных элементов изображения при небольшом увеличении () и обычно при ручном контроле. Удобство работы с ними определяется тем, что их легко перемещать по контролируемому объекту, а зона обзора лупы сравнительно велика.

Так как для луп и микроскопов с большим увеличением глубина резкости уменьшается, проведение контроля с их помощью усложняется и требует большего времени для фокусировки изображения (поиска расстояния наилучшего видения).

Лупы имеют различное конструктивное оформление в соответствии с вариантами их применения: обзорные – для контроля одновременно двумя глазами; налобные в виде увеличительных очков; складные, в том числе – карманные, часовые, телескопические. Оптическая часть лупы может состоять из одной линзы или нескольких скрепленных между собой, что дает возможность скорректировать часть аббераций и получить изображение хорошего качества. Лупы с малым увеличением () используют для поиска дефектов и дефектных зон, а с большим () – для их анализа и обнаружения дефектов минимально возможных размеров. Чтобы максимально использовать возможности лупы при проведении визуально-оптического контроля, ее (кроме больших бинокулярных луп) надо держать как можно ближе к глазу, поскольку в этом случае воспринимается наибольшее количество лучей, идущих от контролируемого объекта, и снижается влияние отражений (бликов) от посторонних предметов и линзы. Лупа размещается, как правило, параллельно контролируемой поверхности, что повышает производительность и достоверность визуально-оптического контроля.