[发明专利]一种复合材料的超声-声发射检测方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术，涉及一种用于航空、航天、兵器、船舶、冶金、钢铁、交通、建筑等领域中复合材料的超声-声发射方法。

背景技术

超声是目前广泛用于各种材料及其结构缺陷定量无损检测的重要方法，已在航空航天、兵器、电子、船舶、冶金、石化石油、交通、建筑等领域得到广泛应用，特别是在复合材料领域，目前80％复合材料结构都采用了超声检测。目前用于复合材料超声检测方法主要有反射法和穿透法，利用外部超声脉冲声源，在被检测复合材料中形成的反射/透射声波行为，进行缺陷的检测和判别，其主要不足是：(1)对缺陷取向非常敏感，随着缺陷取向与入射声波传播方向之间的夹角增大，对缺陷的检出能力显著下降，进而容易造成漏检；(2)声波衰减剧烈，难以实现大厚度复合材料及多孔隙复合材料等声波衰减剧烈的材料的无损检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用宽带超声脉冲声波作为激励声波，通过此激励超声脉冲与被检测复合材料相互作用，在缺陷周围产生的声发射行为，通过接收来自复合材料及其内部缺陷的声发射信号，实现复合材料的无损检测，克服传统超声检测受缺陷取向影响，容易造成漏检的不足，解决大厚度复合材料及多孔隙复合材料等声波衰减剧烈的材料的无损检测的复合材料的超声-声发射方法。

本发明的技术解决方案是，该方法基于冲击脉冲产生的超声脉冲声波在复合材料中激发的声发射信号，实现复合材料内部缺陷的检测，

超声发射单元输出的冲击激励脉冲激发发射换能器中的压电传感元件，使发射换能器产生激励超声波，由发射换能器向被检测复合材料零件发射激励超声波，

接收换能器中的压电传感元件接收来自被检测复合材料零件的声发射波，经压电传感元件转换成电脉冲信号输出给声发射接收单元，压电传感元件的频率特性依据发射换能器中的压电传感元件频率特性确定，压电传感元件的频率特性与传感元件的频率特性为非对称模式，

声发射接收单元的频率特性与接收换能器中的压电传感元件的频率特性匹配，声发射接收单元的增益调节范围为0-60dB，声发射接收单元的输出通过高频信号线与信号显示单元相连，接收换能器与发射换能器置于被检测复合材料零件的同侧或任意一侧，接收换能器与发射换能器的距离在0-50mm的半径范围内。

所述的发射换能器的入射位置和入射方向，根据被检测复合材料零件特点和检测要求不同，在0-360°范围内选择发射换能器的入射位置和入射方向。

所述的接收换能器的位置和姿态，根据被检测复合材料零件特点和检测要求不同，在0-360°内选择接收换能器相对发射换能器的接收角度，接收来自被检测复合材料零件内部缺陷的声发射信号。

所述的超声-声发射检测方法中使用的发射换能器和接收换能器采用不同数量的发射换能器和接收换能器的组合构成，实现复合材料零件的多通道超声-声发射检测。

所述的超声-声发射检测方法中使用的发射换能器和接收换能器采用分离式和集成式两种，实现不同复合材料零件的超声-声发射检测。

所述的接收换能器的频率为发射换能器的频率的整数倍。

所述的发射换能器的频率为接收换能器的频率的整数倍。

所述的检测方法中使用的发射换能器和接收换能器为手持式或安装在自动检测设备上。

本发明具有的优点和有益效果，本发明是利用宽带超声脉冲声波作为激励声波，通过此激励超声脉冲与被检测复合材料相互作用，在缺陷周围产生的声发射行为，通过接收来自复合材料及其内部缺陷的声发射信号，实现对复合材料零件的无损检测。由于在缺陷周围的声发射信号呈现周向分布特征，接收换能器在缺陷周围任一方向都可以有效地接收到来自缺陷的声发射信号，因此，这种方法对缺陷的方向不敏感，从而克服了传统超声定向反射/透射检测方法受缺陷取向制约，导致检测灵敏度低和漏检的问题，进而大大地提高了缺陷检出能力和检测可靠性。

本发明采用宽带脉冲超声作为激发信号，在复合材料内部激发高品质的声发射信号，声发射信号的频率特性和分辨率得到质的提高，信号的时域规律十分清晰，从而大大地提高了缺陷识别和定量分析的准确性。

本发明中的检测信号直接来自缺陷周围的声发射信号，声发射源直接来自缺陷自身，用于检测的信号品质直接与缺陷关联，减少了声波在复合材料中的传播声程和能量损失，进而显著提高了大厚度复合材料和多空隙复合材料及大衰减复合材料的检测能力。

附图说明

图1是本发明复合材料的超声-声发射检测方法示意图；

图2是本发明检测复合材料的超声-声发射缺陷定位方法示意图。