[發明專利]一種復合材料的綜合檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202011215667.5
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112213394B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 張梅菊;劉太麗;黃漫國;劉增華;高云端;劉偉;張蒙
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城航空測控技術研究所;中航高科智能測控有限公司;北京工業大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/44
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

1.一種復合材料的綜合檢測方法，其特征在于，所述綜合檢測方法包括如下步驟：

采用超聲導波檢測技術對復合材料整體進行檢測，獲得復合材料整體的超聲導波回波信號；

根據超聲導波回波信號計算復合材料整體的每個像素點的缺陷損傷指數，構建復合材料整體的空間離散成像矩陣；

根據復合材料整體的空間離散成像矩陣確定復合材料是否存在缺陷區域，獲得判斷結果；

若所述判斷結果表示是，則采用超聲波檢測技術對復合材料的缺陷區域進行檢測，獲得復合材料的缺陷區域的反射回波信號；

根據復合材料的缺陷區域的反射回波信號計算缺陷區域的每個像素點的反射回波信號的最大值，構建復合材料的缺陷區域的空間離散成像矩陣；

根據復合材料的缺陷區域的空間離散成像矩陣，確定復合材料的缺陷的位置、形狀和尺寸；

若所述判斷結果表示否，則輸出復合材料不存在缺陷的檢測結果；

所述根據超聲導波回波信號計算復合材料整體的每個像素點的缺陷損傷指數，構建復合材料整體的空間離散成像矩陣，具體包括：

對復合材料整體的每個像素點的超聲導波回波信號進行時間反轉處理，獲得復合材料整體的每個像素點的虛擬二次激勵信號f_A2(ω)；

根據復合材料整體的每個像素點的虛擬二次激勵信號，利用公式f_B2(ω)＝f_A2(ω)G(r,ω)，確定復合材料整體的每個像素點的虛擬二次超聲導波回波信號f_B2(ω)；其中，G(r,ω)表示激勵信號與超聲導波回波信號之間的傳遞函數；

分別對復合材料整體的每個像素點的激勵信號和虛擬二次超聲導波回波信號進行傅里葉逆變換，獲得復合材料整體的每個像素點的激勵信號的時域信號和虛擬二次超聲導波回波信號的時域信號；

根據復合材料整體的每個像素點的激勵信號的時域信號I(t)和虛擬二次超聲導波回波信號的時域信號V(t)，利用公式計算復合材料整體的每個像素點的缺陷損傷指數DI；其中，t₀表示掃描起始時間，t₁表示掃描結束時間，t表示時間積分變量；

根據復合材料整體的每個像素點的缺陷損傷指數，構建復合材料整體的空間離散成像矩陣Image(m,n)為：其中，DI(i，j)為復合材料整體的像素點(i，j)的缺陷損傷指數，m表示x方向掃描的復合材料整體的像素點數，n表示y方向掃描的復合材料整體的像素點數；

對復合材料整體的每個像素點的超聲導波回波信號進行時間反轉處理，獲得復合材料整體的每個像素點的虛擬二次激勵信號f_A2(ω)，之前還包括：

使用線性Chirp信號作為超聲導波探頭的激勵信號f_A1(ω)，作用于超聲導波檢測裝置的作為發射探頭的超聲導波探頭，獲取作為接收探頭的超聲導波探頭接收到的超聲導波回波信號f_B1(ω)；

根據作為發射探頭的超聲導波探頭的激勵信號f_A1(ω)和作為接收探頭的超聲導波探頭接收到的超聲導波回波信號f_B1(ω)，確定激勵信號與超聲導波回波信號之間的傳遞函數G(r,ω)為：

根據復合材料的缺陷區域的反射回波信號計算缺陷區域的每個像素點的反射回波信號的最大值，構建復合材料的缺陷區域的空間離散成像矩陣，具體包括：

根據復合材料的缺陷區域的反射回波信號，利用公式x＝max(V(t₁),V(t₂),…V(t_R))計算缺陷區域的每個像素點的反射回波信號的最大值x；V(t₁)、V(t₂)和V(t_R)分別表示t₁時刻、t₂時刻和t_R時刻的缺陷區域的一個像素點的反射回波信號；

根據缺陷區域的每個像素點的反射回波信號的最大值，構建復合材料的缺陷區域的空間離散成像矩陣Image(m1,n1)為其中，x(i₁,j₁)為復合材料的缺陷區域的像素點(i₁,j₁)的反射回波信號的最大值，m₁表示x方向掃描的復合材料的缺陷區域的像素點數，n₁表示y方向掃描的復合材料的缺陷區域的像素點數。

2.一種復合材料的綜合檢測系統，其特征在于，所述綜合檢測系統包括：

超聲導波檢測模塊，用于采用超聲導波檢測技術對復合材料整體進行檢測，獲得復合材料整體的超聲導波回波信號；

復合材料整體的空間離散成像矩陣構建模塊，用于根據超聲導波回波信號計算復合材料整體的每個像素點的缺陷損傷指數，構建復合材料整體的空間離散成像矩陣；

判斷模塊，用于根據復合材料整體的空間離散成像矩陣確定復合材料是否存在缺陷區域，獲得判斷結果；

超聲波檢測模塊，用于若所述判斷結果表示是，則采用超聲波檢測技術對復合材料的缺陷區域進行檢測，獲得復合材料的缺陷區域的反射回波信號；

缺陷區域的空間離散成像矩陣構建模塊，用于根據復合材料的缺陷區域的反射回波信號計算缺陷區域的每個像素點的反射回波信號的最大值，構建復合材料的缺陷區域的空間離散成像矩陣；

缺陷確定模塊，用于根據復合材料的缺陷區域的空間離散成像矩陣，確定復合材料的缺陷的位置、形狀和尺寸；

檢測結果輸出模塊，用于若所述判斷結果表示否，則輸出復合材料不存在缺陷的檢測結果；

所述復合材料整體的空間離散成像矩陣構建模塊，具體包括：

時間反轉處理子模塊，用于對復合材料整體的每個像素點的超聲導波回波信號進行時間反轉處理，獲得復合材料整體的每個像素點的虛擬二次激勵信號f_A2(ω)；

虛擬二次超聲導波回波信號確定子模塊，用于根據復合材料整體的每個像素點的虛擬二次激勵信號，利用公式f_B2(ω)＝f_A2(ω)G(r,ω)，確定復合材料整體的每個像素點的虛擬二次超聲導波回波信號f_B2(ω)；其中，G(r,ω)表示激勵信號與超聲導波回波信號之間的傳遞函數；

傅里葉逆變換子模塊，用于分別對復合材料整體的每個像素點的激勵信號和虛擬二次超聲導波回波信號進行傅里葉逆變換，獲得復合材料整體的每個像素點的激勵信號的時域信號和虛擬二次超聲導波回波信號的時域信號；

缺陷損傷指數計算子模塊，用于根據復合材料整體的每個像素點的激勵信號的時域信號I(t)和虛擬二次超聲導波回波信號的時域信號V(t)，利用公式計算復合材料整體的每個像素點的缺陷損傷指數DI；其中，t₀表示掃描起始時間，t₁表示掃描結束時間，t表示時間積分變量；

復合材料整體的空間離散成像矩陣構建子模塊，用于根據復合材料整體的每個像素點的缺陷損傷指數，構建復合材料整體的空間離散成像矩陣Image(m,n)為：其中，DI(i，j)為復合材料整體的像素點(i，j)的缺陷損傷指數，m表示x方向掃描的復合材料整體的像素點數，n表示y方向掃描的復合材料整體的像素點數；

所述復合材料整體的空間離散成像矩陣構建模塊，還包括：

線性Chirp信號施加子模塊，用于使用線性Chirp信號作為超聲導波探頭的激勵信號f_A1(ω)，作用于超聲導波檢測裝置的作為發射探頭的超聲導波探頭，獲取作為接收探頭的超聲導波探頭接收到的超聲導波回波信號f_B1(ω)；

傳遞函數確定子模塊，用于根據作用于作為發射探頭的超聲導波探頭的激勵信號f_A1(ω)和作為接收探頭的超聲導波探頭接收到的超聲導波回波信號f_B1(ω)，確定激勵信號與超聲導波回波信號之間的傳遞函數G(r,ω)為：

所述缺陷區域的空間離散成像矩陣構建模塊，具體包括：

反射回波信號的最大值計算子模塊，用于根據復合材料的缺陷區域的反射回波信號，利用公式x＝max(V(t₁),V(t₂),…V(t_R))計算缺陷區域的每個像素點的反射回波信號的最大值x；V(t₁)、V(t₂)和V(t_R)分別表示t₁時刻、t₂時刻和t_R時刻的缺陷區域的一個像素點的反射回波信號；

缺陷區域的空間離散成像矩陣構建子模塊，用于根據缺陷區域的每個像素點的反射回波信號的最大值，構建復合材料的缺陷區域的空間離散成像矩陣Image(m1,n1)為其中，x(i₁,j₁)為復合材料的缺陷區域的像素點(i₁,j₁)的反射回波信號的最大值，m₁表示x方向掃描的復合材料的缺陷區域的像素點數，n₁表示y方向掃描的復合材料的缺陷區域的像素點數。