專(zhuān)利名稱(chēng)：高溫涂層結(jié)構(gòu)蠕變/熱變形和內(nèi)部裂紋檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光測(cè)力學(xué)、材料性能測(cè)試和結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高溫涂 層結(jié)構(gòu)蠕變/熱變形和內(nèi)部裂紋檢測(cè)裝置。。
背景技術(shù)：
核電壓力容器、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等結(jié)構(gòu)需承受高溫、高壓、熱沖擊等因素的作用，通常 需要在這些零部件表面涂/鍍熱絕緣涂層，以起到隔熱、抗氧化、防腐蝕等作用。涂層結(jié) 構(gòu)在高溫作用下，即使所受應(yīng)力低于該溫度下的屈服點(diǎn)，長(zhǎng)時(shí)間作用不可避免地會(huì)發(fā)生緩 慢連續(xù)的高溫變形——蠕變，一旦其蠕變變形增加到一定程度就會(huì)發(fā)生功能失效，從而導(dǎo) 致事故的發(fā)生。因此，研究涂層結(jié)構(gòu)在高溫下的蠕變變形顯得尤為重要。常規(guī)的變形測(cè) 量方法主要有電學(xué)測(cè)量方法和光學(xué)測(cè)量方法。電學(xué)測(cè)量方法主要是通過(guò)電阻應(yīng)變計(jì)來(lái)實(shí) 現(xiàn)，其測(cè)量精度高，但是由于電阻應(yīng)變計(jì)需要從用膠粘貼在待測(cè)試件表面，而且測(cè)量對(duì)溫 度變化比較敏感，因此電測(cè)方法不易實(shí)現(xiàn)高溫條件下的精確測(cè)量。光學(xué)測(cè)量方法采用非 接觸測(cè)量，可以減少溫度對(duì)測(cè)量的影響，因此高溫條件下的變形測(cè)量通常采用光學(xué)測(cè)量方 法，經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，比較著名的測(cè)量方法有云紋干涉方法(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利 200810119805. 2)和數(shù)字散斑相關(guān)方法(中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利200720069074. 6)。這兩種方 法測(cè)量靈敏度高，能較好的獲取高溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)變形。但是這兩種方法都只能測(cè)量結(jié)構(gòu)表 面的熱變形/蠕變，不能同時(shí)檢測(cè)涂層結(jié)構(gòu)內(nèi)部的裂紋和基體表面裂紋情況。對(duì)于結(jié)構(gòu)裂紋的檢測(cè)，目前比較常用的五種方法有超聲波檢測(cè)技術(shù)(中國(guó)發(fā) 明專(zhuān)禾Ij 200510124212. 1和中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利200510111765. 3)、射線照相檢測(cè)(B. Ghose, D. K. Kankane. Estimation of location of defects in propelIant grain by X-ray radiography, NDT&E International, 41， 2008， pp. 125 - 128)、ii茲粉檢IlJ (C. Edwards and S. B. Palmer. An analysis of the threading bar method of magnetic partiIe flaw detection, NDT International, 1981，pp. 177-179.)、液體滲透檢測(cè)(N. P. Migun, P. P. Prokhorenko, and A. B. Gnusin. Improving the Sensitivity of the Penetrant-Dye Testing with the Help of Thermal Preprocessing, Russian Journal of Nondestructive Testing, 36(5)，2000，pp. 369-374.)和渦流檢測(cè)(李小亭，沈功 田.壓力容器無(wú)損檢測(cè)一一渦流檢測(cè)技術(shù)，無(wú)損檢測(cè)，08，2004)。五種常見(jiàn)的無(wú)損檢測(cè) 檢測(cè)方法之中，只有渦流方法可以實(shí)現(xiàn)高溫承壓環(huán)境下的壓力容器長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。 但是以上五種常用的方法只能檢測(cè)結(jié)構(gòu)裂紋信息，不能測(cè)量結(jié)構(gòu)的熱變形。綜上所述，至今仍沒(méi)有一種檢測(cè)方法即可以檢測(cè)高溫涂層結(jié)構(gòu)熱變形/蠕變，又 可以同時(shí)檢測(cè)涂層內(nèi)部裂紋和基體表面裂紋的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高溫涂層結(jié)構(gòu)蠕變變形和內(nèi)部裂紋檢測(cè)裝置，該裝置 既可以測(cè)量高溫涂層結(jié)構(gòu)蠕變變形，又同時(shí)可以成像檢測(cè)涂層內(nèi)部裂紋和基體的表面裂紋，測(cè)量精度高。本發(fā)明技術(shù)方案如下
高溫涂層結(jié)構(gòu)蠕變變形和內(nèi)部裂紋檢測(cè)裝置，其特征在于
包括光源(1)、光纖分光鏡(2)、透鏡(3，6和8)、參考鏡(4)、PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng) (5)、掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)、涂層結(jié)構(gòu)樣品(9)、高溫爐(10)、隔熱板(11)、光譜儀(12)、光 纖(13)和電腦(14)，光纖分光鏡(2)分為四路，分別連接到光源(1)、光譜儀(12)、通過(guò)透 鏡(3)和參考鏡(4)到PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng)(5)、通過(guò)透鏡(6)到掃描鏡及控制系統(tǒng)(7); 放置在高溫爐(10)中的涂層結(jié)構(gòu)樣品(9)發(fā)出的光線透過(guò)隔熱板(11)的小孔經(jīng)透鏡(8)照 射到掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)；光譜儀(12)的輸出通過(guò)光纖(13)連接到電腦(14)，電腦(14) 輸出的控制信號(hào)分別連接到PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng)(5)和掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)。該裝置可以實(shí)現(xiàn)高溫涂層結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)進(jìn)行局部、全局蠕變變形檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，并同時(shí) 可以?huà)呙柰繉觾?nèi)部裂紋和基體的表面裂紋。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)裝置圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的隔熱板示意圖。圖3為本發(fā)明檢測(cè)高溫結(jié)構(gòu)的溫度曲線(a)和熱變形曲線(b)。
具體實(shí)施例方式參看圖1，本實(shí)用新型包括光源(1)、光纖分光鏡(2)、透鏡(3，6和8)、參考鏡
(4)、PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng)(5)、掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)、涂層結(jié)構(gòu)樣品(9)、高溫爐(10)、隔 熱板(11)、光譜儀(12)、光纖(13)和電腦(14)，光纖分光鏡(2)分為四路，分別連接到光 源(1)、光譜儀(12)、通過(guò)透鏡(3 )和參考鏡(4 )到PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng)(5 )、通過(guò)透鏡(6 ) 到掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)；放置在高溫爐(10)中的涂層結(jié)構(gòu)樣品(9)發(fā)出的光線透過(guò)隔熱 板(11)的小孔經(jīng)透鏡(8)照射到掃描鏡及控制系統(tǒng)(7);光譜儀(12)的輸出通過(guò)光纖(13) 連接到電腦(14)，電腦(14)輸出的控制信號(hào)分別連接到PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng)(5)和掃描 鏡及控制系統(tǒng)(7)。本發(fā)明的工作過(guò)程大致如下光源(1)可以是紅外或者可見(jiàn)光，其發(fā)出的光經(jīng)過(guò) 光纖分光鏡(2)分成兩路光，其中一路光經(jīng)凸透鏡(3)照到參考鏡，參考鏡安裝在PZT馬達(dá)
(5)上，旨在實(shí)現(xiàn)1/4波長(zhǎng)的相位平移達(dá)到消除自相干信號(hào)并增加系統(tǒng)信噪比的目的，PZT 馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)控制是由電腦(14)中的控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外一光路經(jīng)凸透鏡(6)、掃描鏡(7) 和凸透鏡(8)照到高溫爐(10)中的涂層結(jié)構(gòu)樣品(9)上。兩束光分別在參考鏡和高溫涂層 結(jié)構(gòu)樣品表面發(fā)生反射并且由分光鏡的光纖輸出端發(fā)生干涉并經(jīng)此光纖接到光譜儀(12) 輸入端，光譜儀的輸出端通過(guò)通訊總線將光譜信號(hào)傳送至帶有數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的電腦。其中，使用掃描鏡是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫涂層結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)進(jìn)行全局蠕變變形檢測(cè)和監(jiān)測(cè)并 同時(shí)可以?huà)呙柰繉觾?nèi)部裂紋和基體的表面裂紋。為了做到掃描鏡、PZT馬達(dá)和光譜信號(hào)的 采集和處理的協(xié)調(diào)進(jìn)行，本發(fā)明利用C/C++語(yǔ)言編制程序?qū)呙桤R和和PZT馬達(dá)控制、光譜信號(hào)采集和處理的整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)隨時(shí)終止檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)作，多線程 技術(shù)也被本發(fā)明所采用。為了保護(hù)檢測(cè)系統(tǒng)所有的光學(xué)器件并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本發(fā)明 利用采取了多種隔熱措施，比如圖(2)所示的開(kāi)著小孔的隔熱板(11)，或者隔熱玻璃等。在 本發(fā)明中，為實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)高溫結(jié)構(gòu)的溫度檢測(cè)，溫度傳感器也被使用。圖3為一高溫結(jié)構(gòu)升 溫和降溫循環(huán)過(guò)程中利用本發(fā)明檢測(cè)系統(tǒng)所記錄的溫度曲線(a)和熱變形曲線(b)。本發(fā) 明對(duì)于熱變形的檢測(cè)精度極高，以白光源為例，其檢測(cè)精度可達(dá)0. 1微米。
該發(fā)明檢測(cè)裝置采用非接觸式方法，避免了高溫環(huán)境下接觸式檢測(cè)方法的弊端 (比如電學(xué)測(cè)量方法)。對(duì)于其它非接觸的光學(xué)檢測(cè)方法，比如云紋干涉方法和數(shù)字散斑相 關(guān)方法，這兩種方法雖然測(cè)量靈敏度高，能較好的獲取高溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)變形，但是這兩種方 法都只能測(cè)量結(jié)構(gòu)表面的熱變形/蠕變，不能同時(shí)檢測(cè)涂層結(jié)構(gòu)內(nèi)部的裂紋和基體表面裂 紋情況。本發(fā)明可以檢測(cè)高溫涂層結(jié)構(gòu)熱變形/蠕變，又可以同時(shí)檢測(cè)涂層內(nèi)部裂紋和基 體表面裂紋的特性，檢測(cè)精度高，可用于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)/監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求
一種高溫涂層結(jié)構(gòu)蠕變/熱變形和內(nèi)部裂紋檢測(cè)裝置，其特征在于包括光源(1)、光纖分光鏡 (2)、透鏡(3， 6和8)、參考鏡(4)、PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng)(5)、掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)、涂層結(jié)構(gòu)樣品(9)、高溫爐(10)、隔熱板(11)、 光譜儀(12)、光纖(13)和電腦(14)，光纖分光鏡 (2)分為四路，分別連接到光源(1)、光譜儀(12)、通過(guò)透鏡(3)和參考鏡(4)到PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng)(5)、通過(guò)透鏡(6)到掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)；放置在高溫爐(10)中的涂層結(jié)構(gòu)樣品(9)發(fā)出的光線透過(guò)隔熱板(11)的小孔經(jīng)透鏡(8)照射到掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)；光譜儀(12)的輸出通過(guò)光纖(13)連接到電腦(14)，電腦(14)輸出的控制信號(hào)分別連接到PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng)(5)和掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高溫涂層結(jié)構(gòu)蠕變/熱變形和內(nèi)部裂紋檢測(cè)裝置，其特征在于包括光源(1)、光纖分光鏡(2)、透鏡(3，6和8)、參考鏡(4)、PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng)(5)、掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)、涂層結(jié)構(gòu)樣品(9)、高溫爐(10)、隔熱板(11)、光譜儀(12)、光纖(13)和電腦(14)，光纖分光鏡(2)分為四路，分別連接到光源(1)、光譜儀(12)、通過(guò)透鏡(3)和參考鏡(4)到PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng)(5)、通過(guò)透鏡(6)到掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)；放置在高溫爐(10)中的涂層結(jié)構(gòu)樣品(9)發(fā)出的光線透過(guò)隔熱板(11)的小孔經(jīng)透鏡(8)照射到掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)；光譜儀(12)的輸出通過(guò)光纖(13)連接到電腦(14)，電腦(14)輸出的控制信號(hào)分別連接到PZT馬達(dá)及其控制系統(tǒng)(5)和掃描鏡及控制系統(tǒng)(7)。該裝置可以檢測(cè)高溫涂層結(jié)構(gòu)熱變形/蠕變，又可以同時(shí)檢測(cè)涂層內(nèi)部裂紋和基體表面裂紋的特性，測(cè)量精度高，可用于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)/監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N3/60GK101923028SQ201010261669
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者楊曉翔, 涂善東, 軒福貞, 鐘舜聰 申請(qǐng)人:福州大學(xué)