[實用新型]一種基于背散射信號分析的復合材料孔隙率檢測系統

有效

• 申請號: 201420544180.5
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN204101417U
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 楊辰龍;陳越超
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

????本實用新型屬于復合材料與無損檢測技術領域，具體涉及一種基于超聲脈沖反射背散射信號分析的復合材料孔隙率檢測系統。

背景技術

隨著碳纖維復合材料(CFRP)在航空航天和車輛等方面的廣泛應用，對其內部缺陷的檢測也日趨重要。利用超聲無損檢測方法對CFRP內部孔隙率進行評價是CFRP制造過程中的重要環節。現有的超聲檢測技術手段中，比較成熟的有利用超聲波透射被測工件后的能量變化，測量超聲波在通過被測工件后的聲速、聲阻抗等聲學特征參數變化。這些方法都涉及到信號底波參數的測定。對于曲面變厚度CFRP材料，其不規則的幾何結構可導致信號嚴重衰減，造成檢測信號的底面反射回波十分微弱甚至消失，此時可以利用信號始波和底波之間的背散射信號，提取背散射信號的某些特征參數來評價材料孔隙率。如US7757558B2公開的采用斜入射的超聲波對復合材料進行檢測，得到背散射信號時域特征與孔隙率之間的關系，但是該方法實施過程較復雜，檢測效率不高。因此有必要設計一種簡便可行的背散射信號特征分析方法來識別復合材料孔隙率。

實用新型內容

本實用新型提出一種簡便高效、適應性強的基于超聲背散射信號分析的復合材料孔隙率檢測系統。

本實用新型的基于背散射信號分析的復合材料孔隙率檢測系統，包括耦合介質、耦合介質容器、水浸耦合超聲換能器、復合材料試塊、試塊支架、顯示設備、輸入設備、工控機和超聲采集卡；耦合介質盛放于耦合介質容器中，水浸耦合超聲換能器浸入耦合介質內并位于復合材料試塊的上方，水浸耦合超聲換能器與超聲采集卡連接，復合材料試塊置于試塊支架上，用于輸入檢測參數及命令的輸入設備與工控機相連，超聲采集卡安裝于工控機上，工控機處理后的結果輸入顯示設備顯示。

采用本實用新型的檢測系統進行復合材料孔隙率檢測的方法，包括如下步驟：

1)利用超聲脈沖反射法對已知孔隙率復合材料試塊進行檢測，超聲采樣頻譜不小于100MHz；

2)提取步驟1）采集的檢測信號始波和底波之間的背散射信號；

3)對步驟2）提取的背散射信號進行快速傅里葉變換生成頻譜；

4)對步驟3）獲得的頻譜進行分析，取其中頻率幅值最大點，設該幅值為A₀，求出該最大點兩側幅值為0.707A₀時對應的頻率點，計算這兩個頻率點之間的頻譜能量值，獲得3dB帶寬頻域能量；

5)?用超聲脈沖反射法對待測孔隙率的復合材料進行檢測，超聲采樣頻譜不小于100MHz，再次進行上述步驟2)~4)，獲得待測孔隙率的復合材料的3dB帶寬頻域能量；

6）將獲得的待測孔隙率的復合材料的3dB帶寬頻域能量a與已知孔隙率復合材料試塊的3dB帶寬頻域能量b相比較，若a>b,?則待測孔隙率復合材料的孔隙率高于已知孔隙率復合材料試塊的孔隙率；若a<b,?則待測孔隙率復合材料的孔隙率低于已知孔隙率復合材料試塊的孔隙率；若a=b,?則待測孔隙率復合材料的孔隙率等于已知孔隙率復合材料試塊的孔隙率。

本實用新型的有益效果是能在不利用底波特征的情況下對復合材料孔隙率進行檢測，需要調節的變量僅為背散射信號采樣點以及頻譜頻率的取值范圍，即可得到3dB帶寬頻域能量特征。相對于同類型檢測方法，該檢測方法簡便高效，適應性強。由于沒有用到檢測信號底波特征，對于曲面變厚度復合材料的孔隙率檢測尤為有效。

附圖說明

圖1是本實用新型的檢測系統結構示意圖；

圖2是兩塊不同孔隙率復合材料試塊的檢測信號時域圖；

圖3是圖2中檢測信號的背散射信號頻譜圖；

圖4是圖3中背散射信號頻譜3dB帶寬頻域能量柱狀圖；

圖中：1、耦合介質，2、耦合介質容器，3、水浸耦合超聲換能器，4、復合材料試塊，5、試塊支架，6、顯示設備，7、輸入設備，8、工控機，9、超聲采集卡。

具體實施方式