[發(fā)明專利]基于激光超聲和空耦超聲的非接觸式損傷檢測(cè)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011137344.9
• 申請(qǐng)日: 2020-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN112326800B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 綦磊;孫立臣;鄭悅;趙月帥;史紀(jì)軍;張景川;王凱;李欣穎;潘穎;李征;王莉娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類號(hào): G01N29/06
• 分類號(hào): G01N29/06;G01N29/07;G01N29/22
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11435
• 代理人: 郭棟梁

本發(fā)明提供了一種基于激光超聲和空耦超聲的非接觸式損傷檢測(cè)系統(tǒng)及方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中損傷檢測(cè)不靈活、曲面檢測(cè)難度大的問(wèn)題。所述損傷檢測(cè)方法，在待檢測(cè)材料表面選擇激勵(lì)點(diǎn)，激光超聲激勵(lì)模塊對(duì)所述激勵(lì)點(diǎn)發(fā)射預(yù)設(shè)參數(shù)的激光脈沖；通過(guò)手持式掃查架夾持超聲接收模塊接收帶有損傷信息的超聲波信號(hào)對(duì)待檢測(cè)材料進(jìn)行損傷初步定位，調(diào)整超聲接收模塊的檢測(cè)區(qū)域覆蓋整個(gè)損傷區(qū)域，對(duì)損傷區(qū)域進(jìn)行精細(xì)掃描，實(shí)現(xiàn)損傷形貌和損傷深度檢測(cè)，最后將損傷形貌和損傷深度檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，形成三維損傷圖像。本發(fā)明所述損傷檢測(cè)系統(tǒng)和檢測(cè)方法，適用于曲面、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的材料或器件損傷檢測(cè)，檢測(cè)靈活、便攜，同時(shí)保證了檢測(cè)分析精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光超聲和空耦超聲的非接觸式損傷檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的高性能材料被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，特別是航空航天事業(yè)，對(duì)材料性能的要求更高更嚴(yán)苛。其中，復(fù)合材料由于其獨(dú)特的機(jī)械性能，即高強(qiáng)度和剛度重量比，是航空航天行業(yè)中較為常見的材料。在實(shí)際應(yīng)用中，由各種材料所制備的各種器件結(jié)構(gòu)一般都較復(fù)雜，需要通過(guò)無(wú)損檢測(cè)對(duì)材料的使用狀況進(jìn)行定期檢查，檢測(cè)材料性能是否退化、材料結(jié)構(gòu)是否存在損傷等情況。

現(xiàn)有技術(shù)中，復(fù)合材料的無(wú)損檢測(cè)包括接觸式和非接觸式。其中，接觸式無(wú)損檢測(cè)采用超聲探頭進(jìn)行信號(hào)的激勵(lì)和接收，但是接觸式檢測(cè)中，超聲探頭涂抹的耦合劑會(huì)對(duì)材料性能產(chǎn)生消極影響，且對(duì)于不平整或彎曲的材料表面來(lái)說(shuō)，接觸式的超聲探頭無(wú)法緊貼材料表面，無(wú)法進(jìn)行有效檢測(cè)。非接觸式無(wú)損檢測(cè)中采用激光超聲探測(cè)材料內(nèi)部損傷，非接觸式的檢測(cè)避免了傳統(tǒng)接觸式檢測(cè)技術(shù)中耦合劑的涂抹對(duì)材料的構(gòu)性能產(chǎn)生的消極影響。但對(duì)于作為接收器件的激光掃描系統(tǒng)，會(huì)受到待測(cè)材料結(jié)構(gòu)形貌的限制，無(wú)法深入材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，不靈活。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，本發(fā)明旨在提供一種基于激光超聲和空耦超聲的非接觸式損傷檢測(cè)系統(tǒng)及方法，通過(guò)激光脈沖產(chǎn)生基于待檢測(cè)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的帶有損傷信息的超聲波信號(hào)，再通過(guò)空氣耦合的超聲傳感陣列CMUT采集到超聲波信號(hào)，根據(jù)接收信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)和信號(hào)強(qiáng)弱變化，判斷檢測(cè)點(diǎn)到激勵(lì)點(diǎn)之間的路徑中是否存在損傷，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的非接觸式損傷檢測(cè)，檢測(cè)靈活、便攜，且適用于曲面檢測(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于激光超聲和空耦超聲的非接觸式損傷檢測(cè)系統(tǒng)，所述非接觸式損傷檢測(cè)系統(tǒng)包括：激光超聲激勵(lì)模塊、超聲接收模塊、手持式掃查架及信號(hào)采集處理模塊；其中，

所述激光超聲激勵(lì)模塊，用于向待檢測(cè)材料發(fā)射寬頻帶激光脈沖，激發(fā)待檢測(cè)材料產(chǎn)生超聲波信號(hào)；

所述手持式掃查架為一個(gè)夾持機(jī)構(gòu)，用于夾持所述超聲接收模塊；

所述超聲接收模塊與所述信號(hào)采集處理模塊通信連接，用于在手持式掃查架定位的當(dāng)前位置點(diǎn)通過(guò)非接觸式空氣耦合方式接收所述激光超聲激勵(lì)模塊產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，并將所述超聲波信號(hào)發(fā)送給所述信號(hào)采集處理模塊；

所述信號(hào)采集處理模塊，用于對(duì)接收的超聲波信號(hào)進(jìn)行處理，分析待檢測(cè)材料的損傷情況。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述激光超聲激勵(lì)模塊，包括激光發(fā)生子模塊、光斑調(diào)整子模塊、能量控制子模塊及方位確定子模塊；所述光斑調(diào)整子模塊、能量控制子模塊、方位確定子模塊同時(shí)與激光發(fā)生子模塊相連；

其中，所述激光發(fā)生子模塊用于在設(shè)定頻率和波長(zhǎng)下產(chǎn)生設(shè)定頻帶寬度的激光脈沖，所述能量控制子模塊用于控制激光發(fā)生子模擬產(chǎn)生激光脈沖的單脈沖能量及光能量密度，所述方位確定子模塊用于控制激光發(fā)出的方位，所述光斑調(diào)整子模塊用于調(diào)整激光的光斑大小。