Радиационно-лазерные технологии изготовления аварийных датчиков контроля микродеформации поверхности объектов повышенной опасности. Гулин а.С., Ионин в.В., Давыдов н.Н., Кудаев с.В.

Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых

Существует множество объектов которые можно отнести к источникам потенциальной угрозы для жизни человека в случае их деформации и разрушении. К таким объектам можно отнести жилые и производственные строения, мосты, газовые, тепловые, нефтяные и т.п. сети, устройства, работающие в экстремальных условиях. Важно контролировать процесс деформации объекта приводящей к его разрушению. Разрушению объекта предшествуют микродеформации несущих конструкций, опор, корпуса. В случае если микродеформации отследить на стадии их появления и принять меры по устранению, возможно избежать разрушения всей конструкции. Для контроля микродеформаций предлагается использовать следующее устройство: датчик контроля микродеформаций изготовленный при помощи радиационно - лазерных технологий.

Датчик состоит из источника лазерного излучения (ЛИ), стеклянного световода и приёмника ЛИ (рисунок 1).

рисунок 1 - схема устройства: 1- источник ЛИ;

2 - радиационно - тонированный световод с просветленным каналом;

3 - система регистрации излучения; 4 - лазерный луч.

Датчик изготавливается следующим способом [1]: изготавливается стеклянный световод необходимой формы (повторяющей форму наблюдаемой поверхности) и размера. После чего на боковые поверхности световода наносится тонкий светоотражающий слой и стекло световода подвергается радиационному тонированию [2] электромагнитным рентгеновским или гамма-излучением. Далее световод жестко закрепляется на поверхности контролируемого объекта и по всей длине световода формируется узкий канал в котором востановлена изначальная прозрачность стекла, для чего через тонированное стекло пропускается пучок остросфокусированного импульсного или непрерывного лазерного излучения с фокусным расстоянием, многократно превышающем длину световода, с длиной волны лазерного излучения, соответствующего диапазону прозрачности стекла, в результате чего происходит восстановление прозрачности стекла вдоль оси распространения лазерного обрабатывающего излучения [2].

После образования световода в тонированном стекле ко входу подключается источник узконаправленного светового импульсного или непрерывного излучения низкой интенсивности под углом к продольной оси световода с длиной волны, соответствующей длине волны лазерного обрабатывающего излучения, а на поверхности выхода излучения из световода устанавливается система регистрации излучения.

Принцип срабатывания сигнального устройства состоит в следующем: до момента изгиба контролируемой поверхности сигнальное излучение (лазерный луч) распространяется внутри отсвеченного канала прямолинейного световода от излучателя до системы регистрации излучения . При деформации контролируемой поверхности деформируется и жестко связанный с ней канал световода .

рисунок 2 - преломление луча на границе раздела сред

В результате прямолинейно распространяющийся в стекле луч попадает на границу раздела ( см рисунок 2) радиационно-тонированной и прозрачной областей изогнутого стеклянного световода и преломляется в точке падения под углом β. Так как показатель преломления радиационно-тонированного стекла ( ) превышает показатель преломления прозрачного стекла ( ), то угол .

.

Следовательно, луч отклоняется в точке преломления в направлении удаления от оптически прозрачного канала (то есть отклоняется в толщу радиационно-тонированного стекла ). При распространении пучка в радиационно-тонированной (темной) части световода снижается интенсивность электромагнитного оптического излучения, так как данная область световода характеризуется более высокой оптической плотностью. По этим причинам при изгибе световода преломленное излучение не достигает фотоприемника, что регистрируется системой регистрации излучения и в результате подается сигнал о чрезмерной деформации наблюдаемой поверхности.

При серийном производстве стеклянных световодов разнообразных стандартных или унифицированных форм и типоразмеров (крупные партии которых подвергают одновременной групповой металлизации и затем радиационному тонированию) существенно снижается себестоимость изготовления и эксплуатации готовых к применению сигнальных устройств. Тем самым обеспечивается возможность широкого использования предлагаемого способа для решения задачи контроля и охранной защиты различных объектов, подвергающихся деформирующему воздействию как внешних, так и внутренних сил, а также возможность оперативной замены световодов в отдельных случаях их повреждения при срабатывании сигнализации или при плановой перенастройке параметров или модернизации элементов сигнализации на контролируемых поверхностях. Предлагаемый способ изготовления сигнальных устройств охранной сигнализации позволяет совместить часть операций изготовления оптической системы с ее монтажом на поверхности контролируемого объекта и тем самым повысить надежность функционирования сигнализации в целом из-за возможности настройки оптической системы по месту установки. Кроме того, этим обеспечивается существенное повышение чувствительности охранной сигнализации к механическим воздействиям. Учитывая, что стекло как конструкционный материал обеспечивает широкое многообразие форм и размеров практической реализации гибких световодов, предлагаемый способ допускает возможность эффективного решения задачи контроля величины деформации и степени разрушения различных по исполнению и площади несущих элементов. Все это дает аварийным датчикам изготовленным по радиационно-лазерной технологии ряд преимуществ перед многими другими устройствами контроля деформации объектов.

Библиографический список

1. Патент 2388026 РФ, МПК G02B 6/42. Способ изготовления сигнальных устройств / Давыдов Н.Н. и др. - Заявлено: 31.03.2008. - Опубл.: 27.04.2010, бюл. № 12.

2. Радиационная стойкость материалов радиотехнических конструкций (справочник) / В.К.Князев, Н.А.Сидоров, В.Г.Курбаков, Г.В.Касьянов. Под ред.Н.А.Сидорова, В.К.Князева.- М.: Сов. радио, 1976. - 568 с., ил.

3. Кудаев С.В., Давыдов Н.Н. Моделирование параметров процесса радиационно-лазерного формирования интегрально-оптических волноводов на центрах окраски в стеклах // Проектирование и технология электронных средств. - 2001. - №3. - С.37-43.