Лекция 9

15.1. Физические основы оптического неразрушающего контроля

Оптический неразрушающий контроль (ОНК) осно­ван на анализе взаимодействия оптического излучения (ОИ) с объектом контроля (ОК).

Оптическое излучение или свет - электромагнитное излучение с длиной волны 10^-3 ... 10³ мкм, в котором принято выделять ультрафиолетовую (УФ), видимую и инфракрасную (ИК) области спектра с длинами волн соответственно 10^-3... 0,38; 0,38 ... 0,78 и 0,78 ... 10³ мкм.

Возникновение ОИ связано с движением электриче­ски заряженных частиц (электроны, атомы, ионы, моле­кулы). Дискретные спонтанные или индуцированные переходы носителей зарядов с более высоких на более низкие уровни энергии сопровождаются испусканием световых квантов (фотонов) с энергией, равной разности энергий этих уровней. Энергия фотона Е = hv, где h = 6,626 • 10^-34 Дж • с - постоянная Планка; v - частота излучения, Гц.

Скорость распространения ОИ в вакууме с₀ = = 299 792,5 км/с. В реальных средах ОИ распространяет­ся со скоростью v = с₀ / n = 0v/n = v, где

п = - показатель преломления среды;  и  - относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды; ₀ и  - длина волны света в вакууме и среде соответственно.

Информационными параметрами ОИ являются про­странственно-временные распределения его амплитуды, частоты, фазы, поляризации и степени когерентности. Для получения дефектоскопической информации ис­пользуют изменение этих параметров при взаимодейст­вии ОИ с ОК в соответствии с явлениями интерферен­ции, дифракции, поляризации, преломления, отражения, поглощения, рассеяния, дисперсии света, а также изме­нение характеристик самого ОК под действием света в результате эффектов фотопроводимости, фотохромизма, люминесценции, электрооптических, механооптических (фотоупругость), магнитооптических, акустооптических и других явлений.

Основными информационными параметрами объек­тов оптического контроля являются их спектральные и интегральные фотометрические характеристики, кото­рые в общем случае зависят от строения вещества, его температуры, физического (агрегатного) состояния, мик­рорельефа, угла падения излучения, степени его поляри­зации, длины волны.

К числу дефектов, обнаруживаемых неразрушаю- щими оптическими методами, относятся пустоты (нару­шения сплошности), расслоения, поры, трещины, вклю­чения инородных тел, внутренние напряжения, измене­ние структуры материалов и их физико-химических свойств, отклонения от заданной геометрической формы и т.д.

С помощью оптических методов внутренние дефек­ты выявляются только в изделиях из материалов, про­зрачных в оптической области спектра.

Использование оптического излучения как носителя информации перспективно. Электромагнитное поле по природе многомерно, что позволяет вести многоканаль­ную (многомерную) обработку информации одним уст­ройством с большой скоростью, определяемой скоро­стью света в данной среде.

Основные области применения оптических методов приведены в табл. 1. Особенно перспективно использо­вание резонансных эффектов взаимодействия ОИ с ОК, в том числе нелинейных, основанных на использовании сверхмощного лазерного излучения.