CC BY
24
УДК 539.3
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1027-1029
ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЕ МУАРОВЫЕ КАРТИНЫ НА РАЗЛИЧНЫХ ДЕФЕКТАХ СТРУКТУРЫ ПРОВОДНИКОВ
© В.М. Иванов1*, А.В. Лановая1*, Е.Б. Винокуров2*, С. Фофана1*
1) Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация,
e-mail: ee@mail.nnn.tstu.ru 2) Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация,
e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru
Экспериментально получены электронно-оптические муаровые картины магнитного поля на различных дефектах плоского проводника с током. Показано, что степень концентрации поля на дефектах определяется коэфф и-циентом асимметрии и связана с искажением муаровых картин.
Ключевые слова: электронно-оптические муаровые картины; концентрация магнитного поля на различных дефектах; коэффициент асимметрии.
Известно, что при изучении эффектов концентрации электрических и магнитных полей вокруг дефектов в проводниках и диэлектриках применяется теневой электронно-оптический метод муаровых полос [1]. При этом обработка муаровых картин осуществляется машинным моделированием путем подсчета пикселей [2]. Экспериментально установлено, что количество черных и белых пикселей на муаровых картинах для бездефектных образцов примерно одинаково (рис. 1), а муаровый узор характерен симметрией. Муаровые картины образцов с дефектами давали большую разницу в массивах черных и белых пикселей, причем она была тем сильнее, чем более искаженный муаровый узор, характерный явной асимметрией. Характер искажений для дефектов различной геометрии также отличается и связан определенной асимметрией муаровых картин. В связи с этим можно утверждать, что введенный коэффициент асимметрии К муаровых картин тем больше, чем опаснее и протяженнее дефект. Значение К определяется отношением количества черных пикселей в областях искаженного фильтрованного муарового узора к количеству этих пикселей на картине для бездефектного образца-эталона (рис. 1):
представлены на рис. 3. Первый график на рис. 3а соответствует изменению коэффициента асимметрии в зависимости от радиуса (г) центрального отверстия при постоянной плотности тока, равной 0,1 А/мм2. Плотность тока считалась средней по медной пластине толщиной 1 мм и шириной 100 мм. Отверстия разных диметров находились в центре пластины. Из графика видно, что чем больше отверстие, тем меньшие искажения оно вносит в муаровую картину магнитного поля. Другими словами, большие отверстия магнитное поле уже не «чувствует», т. к. силовые линии тока меньше искривлены. Второй график на рис. 3б показывает зависимость коэффициента асимметрии от радиуса при вершине центрального надреза протяженностью 50 мм при постоянной плотности тока. Сравнение полученных результатов указывает на то, что протяженные дефекты опаснее круговых или сферических из-за повышенной концентрации электромагнитной энергии более чем на порядок.
Приведенные зависимости указывают на то, что выбранный критерий усиления магнитного поля в виде коэффициента асимметрии муаровой картины может
K = Pa/P„
(1)
где Ра - количество черных пикселей на искаженной локальным полем муаровой картине; Р0 - количество черных пикселей на муаровой картине бездефектного образца.
Следует отметить, что муаровая картина обрабатывается лишь в той области, где узор наиболее искажен, т. е. во всех экспериментах по центру изображения. Это исключает вмешательство муаровых полос на периферии и значительно снижает вклад краевого эффекта на значения к.
Результаты вычислений К от магнитных полей плоских проводников с различными дефектами в виде круглого отверстия и острого краевого надреза (рис. 2)
Рис. 1. Муаровая картина магнитного поля бездефектной пластины
ISSN 1810-0198. Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки
а)
б)
а)
в)
б)
Рис. 3. а) отверстие разных радиусов в центре плоского проводника; б) надрез с вершиной разных радиусов в центре проводника
Таким образом, машинная обработка муаровых картин позволяет выявлять топографию магнитного поля плоского проводника, местонахождение дефектов, их конфигурацию и размер, а также степень локальности электромагнитного поля. Информативным критерием в этом случае является коэффициент асимметрии муарового изображения, который удовлетворительно коррелирует с коэффициентом концентрации поля на дефектах [1].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Рис. 2. Муаровые картины на магнитном поле плоской пластины при неизменном токе: а) пластина с центральным круглым отверстием; б) пластина с центральным острым вырезом; в) пластина с краевым острым надрезом
служить мерой оценки концентрации электромагнитной энергии, а следовательно, степенью локальности электромагнитного поля.
Иванов В.М., Лановая А.В., Винокуров Е.Б. Исследование магнитного поля проводника с трещиной по электронно-оптическим муаровым картинам // Вестник ТГТУ. 2007. Т. 13. № 2Б. С. 574577.
Иванов В.М., Фофана С. Диагностика электротехнических материалов по электронно-оптическим муаровым картинам // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2013. Т. 18. Вып. 4. С. 1936.
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
UDC 539.3
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1027-1029
ELECTRON OPTICAL MOIRE PATTERNS OF DIFFERENT CONDUCTOR DEFECTS STRUCTURES
© V.M. Ivanov1*, A.V. Lanovaya1*, E.B. Vinokurov2), S. Fofana1*
^ Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, e-mail: ee@mail.nnn.tstu.ru 2) Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru
Electron optical moire patterns of a flat defective current-carrying conductor were obtained experimentally. It was shown that field concentration on defects is defined by asymmetry index and correlates with moire pattern distortion.
Key words: electron optical moire patterns; magnetic field concentration on different defects; asymmetry index.
REFERENCES
1. Ivanov V.M., Lanovaya A.V., Vinokurov E.B. Issledovanie magnitnogo polya provodnika s treshchinoy po elektronno-opticheskim muarovym kartinam. Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta — Transactions of the Tambov State Technical University, 2007, vol. 13, no. 2B, pp. 574-577.
2. Ivanov V.M., Fofana S. Diagnostika elektrotekhnicheskikh materialov po elektronno-opticheskim muarovym kartinam. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences. Tambov, 2013, vol. 18, no. 4, p. 1936.
Received 10 April 2016
Иванов Владимир Михайлович, Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат физико-математических наук, профессор, профессор кафедры «Электроэнергетика», e-mail: ee@mail.nnn.tstu.ru
Ivanov Vladimir Mikhaylovich, Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, Candidate of Physics and Mathematics, Professor, Professor of "Electric Power Engineering" Department, e-mail: ee@mail.nnn.tstu.ru
Лановая Анна Владимировна, Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат физико-математических наук, старший преподаватель кафедры «Высшая математика», e-mail: uaa@nnn.tstu.ru
Lanovaya Anna Vladimirovna, Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, Candidate of Physics and Mathematics, Senior Lecturer of "Higher Mathematics" Department, e-mail: uaa@nnn.tstu.ru
Винокуров Евгений Борисович, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, старший преподаватель кафедры теоретической и экспериментальной физики, e-mail: eug.vinokurov@yandex.ru
Vinokurov Evgeniy Borisovich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Senior Lecturer of Theoretical and Experimental Physics Department, e-mail: eug.vinokurov@yandex.ru
Фофана Синду, Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра «Электроэнергетика», e-mail: fofana.sindou@hotmail.com
Fofana Sindou, Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, Post-graduate Student, "Electric Power Engineering" Department, e-mail: fofana.sindou@.hotmail.com
