[发明专利]基于微波激励的复合材料内部积水缺陷损伤检测法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料内部积水缺陷检查技术，具体涉及非导电复合材料内部结构（包括蜂窝、夹层、夹芯等）中积水缺陷的有无及积水量的分析，属于复合材料结构安全保障领域。

背景技术

复合材料结构是将多种材料根据功能需要结合而成的，因其所特有的比强度高、比刚度高等特点而在航空航天、风力发电、交通运输、建筑工程等领域得到了广泛的应用。为了减轻结构自重，复合材料中经常采用蜂窝、夹层、夹芯等结构形式，内部有较多的空隙。复合材料构件的外层结构在外界因素（如复杂应力、高低温、冲击载荷、硬质物体的刮擦等）作用下，有可能形成损伤，出现裂纹、脱粘、小孔等缺陷，潮湿空气携带较多水汽从此类缺陷处进入蜂窝、夹层、夹芯等结构中，温度、气压等变化后，水汽凝结成液态水，难以排出。较长时间累积后，积水会对复合材料的性能产生重要影响，降低结构的可靠性。特别的，在复合材料雷达罩等重要结构中，蜂窝等处的积水会严重影响电磁波的传播，大幅度降低系统的探测能力。因此，复合材料结构将“积水”列为影响其性能的重要缺陷。

积水缺陷是复合材料结构在服役过程中累积形成的。在复合材料结构中及时准确发现积水区域对保障结构安全具有重要的意义。为此人们发展了超声波、x射线、敲击、振动频率、红外等检测技术。其中超声波检测技术效率较低，对于大面积结构其检测速度过慢；x射线检测技术对周围生物体会造成不良影响，其应用受到严格限制；敲击法和振动频率法检测效率也不高，并且检测过程中有较大的不确定性，特别是对于较复杂的结构区域难以确定检测结果。红外检测技术具有准确、快速、无污染等优点，得到了较多的应用。红外检测技术有主动式和被动式两种方法，主动式检测方法需要对被测结构进行热激励，利用在温度升高或降低过程中积水区域与正常区域温度场的差异分析其状态。被动式检测方法所应用的对象与周围环境有温度差，所以不对被测结构进行热激励，利用自然形成的温度场在温度升高或降低过程中积水区域与正常区域温度场的差异分析其状态，如飞机在飞行过程中表面与空气剧烈摩擦，刚降落的飞机表面温度较高，该温度差可供红外检测用。主动式检测方法受到的制约较少，其实施的时间、场合等可以根据需要进行选择，更重要的是可以通过控制热激励过程使得内部缺陷产生的表面温度异常更明显，从而提高红外检测的灵敏度和可靠性。

主动式检测方法需要对被测区域进行适当的热激励。目前主要采用加热垫、热气流、红外灯、超声波等方法。这些方法在复合材料内部损伤与缺陷的红外无损检测中发挥了较好的作用。但对积水检测，这些热激励方法都有一定的局限性。在积水缺陷形成的早期，复合材料内部的积水量较少，上述热激励方法形成的温度差不明显，容易产生漏检；这些热激励方式所形成的热流与复合材料中含水区域的位置、方向等对激励效果影响很大，未知积水区域所形成的温度差有可能不足以产生明显的红外异常；积水在复合材料中可能以多种形式出现，如水柱、水滴、水汽等。在前述激励方法的作用下，分散性的水滴较难检测，弥散性的水汽更难检测。

复合材料结构在服役过程中，积水缺陷呈单调累积发展，在缺陷形成的早期不易被发现，给结构运行留下了较大的安全隐患。对于雷达罩等构件，还会降低整体性能，甚至造成更大损失。采用更有效的方法及时发现并准确评估复合材料内部的含水量是保障结构安全使用的基础。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于微波激励的复合材料内部积水缺陷检测方法及检查系统，适用于非导电复合材料（如玻璃纤维增强树脂材料等）等内部结构（包括蜂窝、夹层、夹芯等）的积水区域探测，能够便捷且准确地判断结构是否出现积水缺陷，特别适用于早期积水缺陷的检查。

一种基于微波激励的复合材料内部积水缺陷损伤检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤（1），连接微波源输出装置和微波辐射装置，将微波辐射装置对准待检测区域；步骤（2），调节微波源输出装置，激励待检测区域；步骤（3），用红外热像仪记录待检测区域表面红外辐射，记录该区域温度场的变化过程；步骤（4），将该区域温度场的变化过程送入红外热像分析系统，利用微波激励选择性作用原理分析温度异常区域，显示该温度异常区域的位置、大小及与周围温度正常区域的温度差的变化；输出复合材料内部是否存在积水缺陷及程度的判断结果；上述微波激励选择性作用原理，是指在非导电复合材料中微波激励只对积水有作用，所以有高温区即表明有积水，不会是其他缺陷。