[發明專利]碳纖維纏繞復合材料氣瓶缺陷的微波檢測方法

在審

• 申請號: 202010218022.0
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111239166A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 潘金平;譚連江;潘金安;屠淑恒;祝新偉;郭演星
• 申請（專利權）人: 嘉興市特種設備檢驗檢測院
• 主分類號: G01N22/02
• 分類號: G01N22/02
• 代理公司: 嘉興啟帆專利代理事務所(普通合伙) 33253
• 代理人: 王大國

本發明公開了一種碳纖維纏繞復合材料氣瓶缺陷的微波檢測方法，包括如下步驟，S1：氣瓶的準備，制作瓶身無缺陷和有缺陷的氣瓶試樣；S2：確定最佳檢測頻率，采用頻率掃描的方法對無缺陷瓶身掃描測定氣瓶瓶身材料的特征頻率，并將此頻率作為對氣瓶瓶身缺陷檢測的最佳檢測頻率；S3：在最佳檢測頻率下，使用波導探頭對含有缺陷的氣瓶掃描檢測，根據檢測結果建立常規缺陷特征反射系數數據庫；S4：缺陷種類的確定，在最佳檢測頻率下，使用波導探頭對待檢測的氣瓶瓶身進行掃描檢測，根據檢測結果確定缺陷的種類；S5：缺陷位置的確定，在檢測到存在缺陷時，記錄此時波導探頭的位置信息為缺陷位置，本發明能夠準確的確定缺陷種類、尺寸。

技術領域

本發明屬于壓力管道檢測領域，更具體的說涉及一種碳纖維纏繞復合材料氣瓶缺陷的微波檢測方法。

背景技術

纖維纏繞復合材料氣瓶是在金屬或非金屬內膽上纏繞高強度碳纖維或玻璃纖維制造而成。由于其具有輕質、耐壓、抗疲勞性能好等諸多優點，近年來被越來越多地應用于航空航天產品的研制中。與傳統的金屬材料氣瓶相比，復合纏繞氣瓶的高強度比和高容重比特性，能夠有效降低汽車、飛行器的結構重量，降低能耗，應用前景廣闊。同時，由于復合材料氣瓶的生產工藝復雜、影響因素多，為使氣瓶滿足設計壓力及后續使用的安全性、可靠性要求，制造過程中需要對每個氣瓶進行無損檢測。

目前，針對纖維纏繞復合材料氣瓶的無損檢測方法主要有目視檢測、射線檢測、計算機層析成像(工業CT)檢測、超聲檢測、聲發射檢測等。其中目視檢測主要針對氣瓶瓶體外壁纖維纏繞情況進行檢測，而射線檢測、工業CT檢測、超聲檢測主要針對纖維纏繞層內部及其與內膽粘接層缺陷情況進行檢測。氣瓶在后續試驗或使用過程中，瓶體內壓的變化、內膽與纏繞層復合材料線膨脹系數的差異以及彈性模量、延伸率的差異等諸多因素都有可能導致氣瓶瓶身復合材料層出現纖維斷裂、分層、脫粘等損傷或缺陷，而目前并沒有對氣瓶瓶身復合材料層的檢測。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種采用微波技術對纖維纏繞復合材料氣瓶瓶身的缺陷進行無損檢測研究，旨在通過系統性的研究，掌握纖維纏繞復合材料氣瓶缺陷的微波檢測方法，提高檢測的準確性和可靠性，為開發基于微波技術的新型無損檢測方法提供實驗依據。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：一種碳纖維纏繞復合材料氣瓶缺陷的微波檢測方法，包括如下步驟，

S1：氣瓶的準備，制作瓶身無缺陷、含有孔隙、裂紋、分層或脫粘中一種或多種缺陷的纖維纏繞復合材料的氣瓶試樣；

S2：確定最佳檢測頻率，采用頻率掃描的方法對無缺陷瓶身掃描測定氣瓶瓶身材料的特征頻率，并將此頻率作為對氣瓶瓶身缺陷檢測的最佳檢測頻率；

S3：在最佳檢測頻率下，使用波導探頭對含有缺陷的氣瓶掃描檢測，并根據缺陷記錄相應的反射系數的變化，將反射系數的變化結果歸集建立常規缺陷特征反射系數數據庫；

S4：缺陷種類的確定，在最佳檢測頻率下，使用波導探頭對待檢測的氣瓶瓶身進行掃描檢測，觀察反射系數的變化并使反射系數與反射系數數據庫內的數據進行比對，確定缺陷的種類；

S5：缺陷位置的確定，在檢測到存在缺陷時，記錄此時波導探頭的位置信息為缺陷位置。

進一步的在步驟S4或S5之后，增設步驟S6：缺陷尺寸的確定，在檢測到存在缺陷時，降低掃描速率，監測反射系數的變化，測定缺陷的尺寸。

進一步的在檢測到存在缺陷時，系統自動降低掃描速率，以確定缺陷的尺寸并記錄。

或者在檢測到存在缺陷時，系統發出報警提示，由人工主動降低掃描速率，以確定缺陷的尺寸并記錄。

進一步的在步驟S2中，使用矢量網絡分析儀作為信號源，基于微波反射原理，將波導探頭垂直靠近氣瓶瓶身進行掃頻檢測，在回波信號呈現正態波形的頻段內找出反射系數的極值，以此確定最佳檢測頻率。