[發(fā)明專利]一種確定復(fù)合材料超聲-聲發(fā)射檢出缺陷深度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811511277.5
• 申請(qǐng)日: 2018-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN109507297B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉松平;劉菲菲;傅天航;李樂剛;楊玉森;李治應(yīng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G01N29/07
• 分類號(hào): G01N29/07;G01N29/30
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

1.一種確定復(fù)合材料超聲-聲發(fā)射檢出缺陷深度的方法，實(shí)現(xiàn)該方法的檢測(cè)系統(tǒng)主要由發(fā)射換能器(1)、超聲發(fā)射單元(2)、接收換能器(3)、聲發(fā)射接收單元(4)、信號(hào)處理單元(5)、掃描單元(6)、顯示單元(7)組成，其中：

發(fā)射換能器(1)產(chǎn)生激勵(lì)超聲波(P₁)，此激勵(lì)超聲波(P₁)通過耦合介質(zhì)傳播到被檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(8)中，在被檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(8)內(nèi)部形成聲發(fā)射應(yīng)力波，

接收換能器(3)接收來自當(dāng)被檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(8)內(nèi)部缺陷(8A)的發(fā)射聲波(E₁)，

超聲發(fā)射單元(2)產(chǎn)生超聲激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)發(fā)射換能器(1)產(chǎn)生激勵(lì)超聲波(P₁)，

聲發(fā)射接收單元(4)對(duì)來自接收換能器(3)的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，

信號(hào)處理單元(5)對(duì)經(jīng)過聲發(fā)射接收單元(4)預(yù)處理后的接收換能器(3)的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，用于超聲-聲發(fā)射缺陷判別、定量定位分析以及檢測(cè)結(jié)果的成像，

掃描單元(6)用于控制發(fā)射換能器(1)和接收換能器(3)對(duì)被檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(8)進(jìn)行掃描，顯示單元(7)用于對(duì)每個(gè)掃描檢測(cè)位置的聲發(fā)射信號(hào)和位置信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，形成聲發(fā)射顯示信號(hào)和圖像信號(hào)，并進(jìn)行超聲-聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果的顯示、記錄、存貯、分析，其特征是，

1)厚度標(biāo)定試塊的制備

采用與被檢測(cè)復(fù)合材料成型工藝、材料相同的復(fù)合材料，制備厚度為H的厚度標(biāo)定試塊，厚度標(biāo)定試塊為等厚平板外形，在厚度標(biāo)定試塊內(nèi)部不同深度位置預(yù)制有4個(gè)大小相同的缺陷F₁、F₂、F₃、F₄，其大小根據(jù)被檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(8)的檢測(cè)要求選擇，缺陷F₁、F₂、F₃、F₄的中心點(diǎn)在厚度標(biāo)定試塊平面方向彼此相距L₁，缺陷F₁、F₂、F₃、F₄的中心點(diǎn)距厚度標(biāo)定試塊邊緣近端的邊緣的最小距離不小于L₁，其中，

缺陷F₁、F₂距厚度標(biāo)定試塊表面的深度均為H₁，

缺陷F₃和F₄在厚度標(biāo)定試塊的厚度方向的深度相距H₁，其中，缺陷F₃與缺陷F₁、F₂在厚度標(biāo)定試塊的厚度方向的深度相距H₁，缺陷F₄距厚度標(biāo)定試塊表面的深度為H₁；

厚度標(biāo)定試塊的厚度H＝3H₁；

2)厚度參考信號(hào)的獲取

將發(fā)射換能器(1)和接收換能器(3)移至厚度標(biāo)定試塊中缺陷F₃的上方，移動(dòng)其位置，觀察顯示單元(7)屏幕顯示的聲發(fā)射信號(hào)，使來自F₃的聲發(fā)射信號(hào)最大，記錄和標(biāo)記此時(shí)來自缺陷F₃的聲發(fā)射信號(hào)在顯示單元(7)中的顯示屏幕的時(shí)間水平刻度T₃，并記錄和標(biāo)記此時(shí)顯示單元(7)中的時(shí)間測(cè)量記錄起點(diǎn)T₀；

然后，將發(fā)射換能器(1)和接收換能器(3)移至厚度標(biāo)定試塊中缺陷F₄的上方，移動(dòng)其位置，觀察顯示單元(7)屏幕顯示的聲發(fā)射信號(hào)，使來自缺陷F₄的聲發(fā)射信號(hào)最大，記錄和標(biāo)記此時(shí)來自F₄的聲發(fā)射信號(hào)在顯示單元(7)中的顯示屏幕的時(shí)間水平刻度T₄；

3)缺陷深度校驗(yàn)

分別移動(dòng)發(fā)射換能器(1)和接收換能器(3)至厚度標(biāo)定試塊中缺陷F₁和F₂的上方，分別觀察顯示單元(7)屏幕顯示的聲發(fā)射信號(hào)，使來自缺陷F₁和F₂的聲發(fā)射信號(hào)最大，分別記錄和標(biāo)記此時(shí)來自缺陷F₁和F₂的聲發(fā)射信號(hào)在顯示單元(7)中的顯示屏幕的時(shí)間水平刻度T₁和T₂，將t＝T₁和t＝T₂分別代入式(1)計(jì)算得到缺陷F₁的深度h₁和缺陷F₂的深度h₂，其中，

缺陷F₁的深度h₁＝h(t＝T₁)和缺陷F₂的深度h₂＝h(t＝T₂)，

這里，t為來自缺陷的聲發(fā)射信號(hào)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間水平刻度，對(duì)應(yīng)顯示單元(7)中顯示和記錄的時(shí)間，

當(dāng)h₁和h₂滿足式(2)，缺陷深度校驗(yàn)滿足要求，否則，重新移動(dòng)發(fā)射換能器(1)和接收換能器(3)至厚度標(biāo)定試塊中缺陷F₁和F₂上方，利用顯示單元(7)屏幕顯示的來自缺陷F₁和F₂的聲發(fā)射信號(hào)，重新按照式(1)分別計(jì)算缺陷F₁的深度h₁和缺陷F₂的深度h₂，直到滿足(2)要求為止；

h_i∈(H₁-Δh,H₁+Δh) (2)

這里，i＝1,2，Δh為設(shè)定的缺陷在厚度方向的深度定位偏差，由被檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和工藝以及檢測(cè)要求確定；

4)確定檢出缺陷的深度

移動(dòng)發(fā)射換能器(1)和接收換能器(3)至被檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(8)檢出缺陷的上方，使來自檢出缺陷的聲發(fā)射信號(hào)最大，在顯示單元(7)屏幕獲取對(duì)應(yīng)此最大聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)間水平刻度t，按式(1)確定被檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(8)檢出缺陷深度h。