[发明专利]一种复合材料实时在线无损检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料检测技术领域，特别是涉及一种复合材料实时在线无损检测装置。

背景技术

作为执行各种大规模复杂航天任务的重要工具——航空航天器，其构件所用材料现已从常规金属材料发展到复合材料。而针对复合材料实施准确有效的无损检测不仅是材料性能评估的依据，还是材料结构修理的基础和前提，更是保证航空航天器成功发射和安全运行的关键手段。由于复合材料是一种复杂的多相体系，材料与结构同时成形且各种工艺参数在制造时难以实现精确控制，因此，在复合材料的制备及在役工作中开展实时在线无损检测具有极其重要的现实意义和广阔的应用前景。

目前，实现复合材料无损检测的方法主要有射线检测法、超声检测法、声发射检测法、红外热波成像法、传感器检测法、液晶图像检测法、涡流检测法、敲击法以及目视检测法，以上几种检测方法大多适用于近距离的缺陷/损伤检测，且很难在实施原位静态快速检测或原位动态监测的同时实时确定材料结构中缺陷/损伤的位置和深度。

国内对复合材料的无损检测技术研究主要集中在射线检测法、超声检测法、声发射检测法、红外热波成像法等传统的检测方法方面，哈尔滨工业大学和北京航空制造工程研究所在该方面开展了大量的研究工作并获得了相关的复合材料缺陷/损伤特征信息。而对基于相干激光检测技术的复合材料实时在线无损检测方面技术的研究仍是一项研究空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合材料实时在线无损检测装置，能够提高无损检测的检测距离以及装置的操作安全性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种复合材料实时在线无损检测装置，包括用于使待测复合材料发生振动的激励声源模块、复合材料振动特征检测模块、回波信号光相干检测模块、信号正交微分鉴频模块和计算机数据存储单元，所述复合材料振动特征检测模块包括光纤激光器、相干检测光学链路和望远镜；所述信号正交微分鉴频模块包括正交解调单元、微分鉴频单元和时频特征分析单元；所述光纤激光器的输出光依次经过所述相干检测光学链路和望远镜垂直入射到所述待测复合材料，该输出光获取待测复合材料的振动特征信息后，返回的光信号经所述望远镜回到所述相干检测光学链路；所述光学链路将返回的光信号传输至所述回波信号光相干检测模块；所述回波信号光相干检测模块将该光信号转换为电信号；所述正交解调单元的输入端接收所述的电信号，输出端与所述微分鉴频单元的输入端相连；所述微分鉴频单元的输出端与所述时频特征分析单元输入端相连；所述时频特征分析单元的输出端与计算机数据存储单元。

所述激励声源模块包括环形结构压电陶瓷、光学调整架和信号发生器；所述环形结构压电陶瓷固定在光学调整架上，并且使得环形结构压电陶瓷的振动方向与光学调整架所在平面垂直；所述信号发生器的信号输出端与所述环形结构压电陶瓷连接；所述环形结构压电陶瓷的表面紧密粘贴所述待检测复合材料。

所述环形结构压电陶瓷的压电系数为5nm/V。

所述相干检测光学链路包括隔离器、分束器、声光调制器、环形器和合束器；所述输出光输入到隔离器，再经所述分束器分为两路，一路经所述声光调制器调制产生外差中频，另一路经所述环形器后直接连至所述望远镜；所述声光调制器输出光信号和所述环形器输出光信号再经所述合束器发生拍频，最后由所述回波信号光相干检测模块检测合束器输出光信号。

所述回波信号光相干检测模块包括依次相连的平衡探测器、带通滤波器和放大器。

所述光纤激光器为单频窄线宽连续输出光纤激光器。

所述光纤激光器输出光的波长为1550nm。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明采用同一相干检测光学链路和望远镜实现激光信号的发射和接收，同轴收发的光路结构降低了光路调整的难度并减小了复合材料实时在线无损检测装置所占用的体积，增强了该装置的便携性，同时通过压电系数为5nm/V的环形结构压电陶瓷、信号发生器以及光学调整架构成待检测复合材料振动所需的激励声源，该激励声源具有安装快速方便、振动特性稳定可靠的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中相干检测光学链路的光路图。

具体实施方式