Условия обнаружения сигналов от внутренних дефектов

Общим критерием сравнения различных процедур ТК является отношение сигнал/шум, которое определяют как

где T_d - средняя температура в дефектной зоне, T_nd - средняя температура в бездефектной зоне, δnd - стандартное отклонение в бездефектной области (дисперсия шума), определяемое как:

Внутренний дефект может быть надежно обнаружен оператором или автоматическим устройством, если в момент наблюдения обусловленный им сигнал превышает уровень шумов: S ˃ 1.

Дисперсия шума изменяется во времени, поэтому максимальное значение s наступает в определенный момент времени, в общем случае не совпадающий с максимумом ΔT(τ) или C = ΔT (τ)/T_nd (τ).

В ходе подготовки к аттестации ограничимся рассмотрением двух крайних случаев:

1) шумы при тепловом контроле являются только аддитивными и полностью определяются шумами детектора ΔT_res, т.е. δ_nd = ΔT_res;

2) шумы являются только мультипликативными и определяются излучательно-поглощательными свойствами изделия (флуктуации коэффициента поглощения); их можно характеризовать контрастом помехи C_noise, который не зависит от времени в силу линейности задач теплового контроля.

В первом случае оптимальное время наблюдения совпадает со временем наступления максимального сигнала ΔT_m (τ), и первое условие обнаружения дефекта можно записать в виде:

ΔT_m (τ) ˃ ΔT_res

Во втором случае оптимальные условия обнаружения имеют место при максимуме контраста C (τ_m), и второе условие обнаружения дефекта имеет вид:

C (τ_m) ˃ C_noise

При этом следует отметить, что максимальные температурные контрасты возникают при кратковременном нагреве.

Принципиальное различие этих условий состоит в том, что первое условие можно выполнить всегда путем увеличения поглощенной энергии W (мощности нагрева Q). А второе условие не зависит от W(Q) и определяется свойствами изделия.

На практике абсолютная температура поверхности изделия в конце нагрева не должна превышать порога разрушения (деструкции) материала T_destr, что является третьим условием обнаружения дефекта:

ΔT_abs (τ = τ_h) ˂ ΔT_destr

Поскольку избыточная температура изделия пропорциональна поглощенной энергии W(Q), последнее условие накладывает ограничение на поглощенную энергию.

Перегрев поверхности изделия наиболее вероятен при кратковременном нагреве, поэтому каждая дефектная ситуация требует оптимального выбора мощности и длительности теплового импульса.

Таким образом, будем считать, что внутренние дефекты обнаруживаются тепловым методом, если выполняется совокупность следующих трех условий:

ΔT_m (τ) ˃ ΔT_res

C(τ_m) ˃ C_noise

ΔT_abs (τ = τ_h) < ΔT_destr

В условиях участвуют параметры:

• аппаратуры (шумы детектора ΔT_res);
• изделия (контраст помех С_noise);
• нагрева (температура нагрева T_abs);
• дефекта (температура ΔT или контрастность C).

Дополнительным условием является выбор оптимальной частоты регистрации термограмм, что, как правило, всегда можно выполнить, применяя современные тепловизионные системы.