專利名稱：高溫涂層結構蠕變/熱變形和內部裂紋檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于光測力學、材料性能測試和結構損傷檢測技術領域，特別涉及高溫涂 層結構蠕變/熱變形和內部裂紋檢測裝置。。
背景技術：
核電壓力容器、航空發動機等結構需承受高溫、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 構在高溫作用下，即使所受應力低于該溫度下的屈服點，長時間作用不可避免地會發生緩 慢連續的高溫變形——蠕變，一旦其蠕變變形增加到一定程度就會發生功能失效，從而導 致事故的發生。因此，研究涂層結構在高溫下的蠕變變形顯得尤為重要。常規的變形測 量方法主要有電學測量方法和光學測量方法。電學測量方法主要是通過電阻應變計來實 現，其測量精度高，但是由于電阻應變計需要從用膠粘貼在待測試件表面，而且測量對溫 度變化比較敏感，因此電測方法不易實現高溫條件下的精確測量。光學測量方法采用非 接觸測量，可以減少溫度對測量的影響，因此高溫條件下的變形測量通常采用光學測量方 法，經對現有技術文獻的檢索發現，比較著名的測量方法有云紋干涉方法(中國發明專利 200810119805. 2)和數字散斑相關方法(中國實用新型專利200720069074. 6)。這兩種方 法測量靈敏度高，能較好的獲取高溫環境下結構變形。但是這兩種方法都只能測量結構表 面的熱變形/蠕變，不能同時檢測涂層結構內部的裂紋和基體表面裂紋情況。對于結構裂紋的檢測，目前比較常用的五種方法有超聲波檢測技術(中國發 明專禾Ij 200510124212. 1和中國發明專利200510111765. 3)、射線照相檢測(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(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(李小亭，沈功 田.壓力容器無損檢測一一渦流檢測技術，無損檢測，08，2004)。五種常見的無損檢測 檢測方法之中，只有渦流方法可以實現高溫承壓環境下的壓力容器長時間實時在線監測。 但是以上五種常用的方法只能檢測結構裂紋信息，不能測量結構的熱變形。綜上所述，至今仍沒有一種檢測方法即可以檢測高溫涂層結構熱變形/蠕變，又 可以同時檢測涂層內部裂紋和基體表面裂紋的特性。
發明內容
本發明的目的在于提供一種高溫涂層結構蠕變變形和內部裂紋檢測裝置，該裝置 既可以測量高溫涂層結構蠕變變形，又同時可以成像檢測涂層內部裂紋和基體的表面裂紋，測量精度高。本發明技術方案如下
高溫涂層結構蠕變變形和內部裂紋檢測裝置，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馬達及其控制系統 (5)、掃描鏡及控制系統(7)、涂層結構樣品(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)、通過透 鏡(3)和參考鏡(4)到PZT馬達及其控制系統(5)、通過透鏡(6)到掃描鏡及控制系統(7); 放置在高溫爐(10)中的涂層結構樣品(9)發出的光線透過隔熱板(11)的小孔經透鏡(8)照 射到掃描鏡及控制系統(7)；光譜儀(12)的輸出通過光纖(13)連接到電腦(14)，電腦(14) 輸出的控制信號分別連接到PZT馬達及其控制系統(5)和掃描鏡及控制系統(7)。該裝置可以實現高溫涂層結構實時進行局部、全局蠕變變形檢測和監測，并同時 可以掃描涂層內部裂紋和基體的表面裂紋。
圖1為本發明實施例的系統裝置圖； 圖2為本發明實施例的隔熱板示意圖。圖3為本發明檢測高溫結構的溫度曲線(a)和熱變形曲線(b)。
具體實施例方式參看圖1，本實用新型包括光源(1)、光纖分光鏡(2)、透鏡(3，6和8)、參考鏡
(4)、PZT馬達及其控制系統(5)、掃描鏡及控制系統(7)、涂層結構樣品(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)、通過透鏡(3 )和參考鏡(4 )到PZT馬達及其控制系統(5 )、通過透鏡(6 ) 到掃描鏡及控制系統(7)；放置在高溫爐(10)中的涂層結構樣品(9)發出的光線透過隔熱 板(11)的小孔經透鏡(8)照射到掃描鏡及控制系統(7);光譜儀(12)的輸出通過光纖(13) 連接到電腦(14)，電腦(14)輸出的控制信號分別連接到PZT馬達及其控制系統(5)和掃描 鏡及控制系統(7)。本發明的工作過程大致如下光源(1)可以是紅外或者可見光，其發出的光經過 光纖分光鏡(2)分成兩路光，其中一路光經凸透鏡(3)照到參考鏡，參考鏡安裝在PZT馬達
(5)上，旨在實現1/4波長的相位平移達到消除自相干信號并增加系統信噪比的目的，PZT 馬達的運動控制是由電腦(14)中的控制軟件來實現。另外一光路經凸透鏡(6)、掃描鏡(7) 和凸透鏡(8)照到高溫爐(10)中的涂層結構樣品(9)上。兩束光分別在參考鏡和高溫涂層 結構樣品表面發生反射并且由分光鏡的光纖輸出端發生干涉并經此光纖接到光譜儀(12) 輸入端，光譜儀的輸出端通過通訊總線將光譜信號傳送至帶有數據采集和處理系統的電腦。其中，使用掃描鏡是為了實現對高溫涂層結構實時進行全局蠕變變形檢測和監測并 同時可以掃描涂層內部裂紋和基體的表面裂紋。為了做到掃描鏡、PZT馬達和光譜信號的 采集和處理的協調進行，本發明利用C/C++語言編制程序對掃描鏡和和PZT馬達控制、光譜信號采集和處理的整個過程實現自動化。同時為了實現隨時終止檢測系統的運作，多線程 技術也被本發明所采用。為了保護檢測系統所有的光學器件并提高系統的穩定性，本發明 利用采取了多種隔熱措施，比如圖(2)所示的開著小孔的隔熱板(11)，或者隔熱玻璃等。在 本發明中，為實現同時對高溫結構的溫度檢測，溫度傳感器也被使用。圖3為一高溫結構升 溫和降溫循環過程中利用本發明檢測系統所記錄的溫度曲線(a)和熱變形曲線(b)。本發 明對于熱變形的檢測精度極高，以白光源為例，其檢測精度可達0. 1微米。
該發明檢測裝置采用非接觸式方法，避免了高溫環境下接觸式檢測方法的弊端 (比如電學測量方法)。對于其它非接觸的光學檢測方法，比如云紋干涉方法和數字散斑相 關方法，這兩種方法雖然測量靈敏度高，能較好的獲取高溫環境下結構變形，但是這兩種方 法都只能測量結構表面的熱變形/蠕變，不能同時檢測涂層結構內部的裂紋和基體表面裂 紋情況。本發明可以檢測高溫涂層結構熱變形/蠕變，又可以同時檢測涂層內部裂紋和基 體表面裂紋的特性，檢測精度高，可用于實時在線檢測/監測。
權利要求
一種高溫涂層結構蠕變/熱變形和內部裂紋檢測裝置，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馬達及其控制系統(5)、掃描鏡及控制系統(7)、涂層結構樣品(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)、通過透鏡(3)和參考鏡(4)到PZT馬達及其控制系統(5)、通過透鏡(6)到掃描鏡及控制系統(7)；放置在高溫爐(10)中的涂層結構樣品(9)發出的光線透過隔熱板(11)的小孔經透鏡(8)照射到掃描鏡及控制系統(7)；光譜儀(12)的輸出通過光纖(13)連接到電腦(14)，電腦(14)輸出的控制信號分別連接到PZT馬達及其控制系統(5)和掃描鏡及控制系統(7)。
全文摘要
本發明提供一種高溫涂層結構蠕變/熱變形和內部裂紋檢測裝置，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馬達及其控制系統(5)、掃描鏡及控制系統(7)、涂層結構樣品(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)、通過透鏡(3)和參考鏡(4)到PZT馬達及其控制系統(5)、通過透鏡(6)到掃描鏡及控制系統(7)；放置在高溫爐(10)中的涂層結構樣品(9)發出的光線透過隔熱板(11)的小孔經透鏡(8)照射到掃描鏡及控制系統(7)；光譜儀(12)的輸出通過光纖(13)連接到電腦(14)，電腦(14)輸出的控制信號分別連接到PZT馬達及其控制系統(5)和掃描鏡及控制系統(7)。該裝置可以檢測高溫涂層結構熱變形/蠕變，又可以同時檢測涂層內部裂紋和基體表面裂紋的特性，測量精度高，可用于實時在線檢測/監測。
文檔編號G01N3/60GK101923028SQ201010261669
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月25日 優先權日2010年8月25日
發明者楊曉翔, 涂善東, 軒福貞, 鐘舜聰 申請人:福州大學