[发明专利]一种基于传感器单元阵列的激光冲击波复合材料结合力检测装置及方法

说明书

本发明提供一种基于传感器单元阵列的激光冲击波复合材料结合力检测装置及方法，包括由导线连接的结合力检测系统和信号采集系统，采取一个激励源(激光器)多个接收源(传感器阵列)，传感器以激光源作为圆心进行环形阵列，其阵列分布方向与复合材料铺层方向相对应，实现激光器一次激励，阵列传感器同时接收多路冲击波响应信号，提取阵列传感器单元接收信号中“层裂”特征信息，获得激光冲击区域“层裂”特征周向分布，通过定义损伤指数和平方误差，实现复合材料结合力指标的重新定义。本发明有效地解决激光冲击波复合材料结合力检测问题，通过一次激励、环向多点接收，通过多方向数据融合方法，实现结合力指标更为全面、准确的评价。

技术领域

本发明属于激光技术和材料性能测试领域，尤其涉及一种基于传感器单元阵列的激光冲击波复合材料结合力检测装置及方法，其适于薄膜或粘接性结构的附着力测定、各种复合材料、涂层以及其它类型的界面结合力测定。

背景技术

复合材料已在航空航天等领域广泛应用，由于其特殊制造工艺及较为恶劣服役环境，易出现分层、夹杂、空洞缺陷，针对上述缺陷类型，现有超声、工业CT、微波、热红外等传统方法即可实现成熟、可靠检测。然而对于“吻”结合、弱结合缺陷，采用上述传统检测方法无法有效识别，上述损伤在服役过程中发生扩展，影响使用寿命，甚至结构产生破坏，造成灾难。为了识别“吻”结合、弱结合缺陷，需对复合材料粘接层结合力进行有效检测和评价。

针对复合材料粘接层结合力检测，理论上讲，可通过拉伸法、弯曲法及断裂力学法等进行评估，但上述方法均具有破坏性，很难应用于服役产品检测。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种基于传感器单元阵列的激光冲击波复合材料结合力检测装置及方法，采取一个激励源(激光器)多个接收源(传感器阵列)，传感器以激光源作为圆心进行环形阵列，对复合材料结合力进行精确检测。

本发明的技术方案如下：

一种基于传感器单元阵列的激光冲击波复合材料结合力检测装置，其特征在于：包括由导线连接的结合力检测系统和信号采集系统，

其中，所述结合力检测系统包括激光器、法兰盘、柔性导光装置、传感器单元、光路保护固定装置和传感器激励接收装置，多个所述传感器单元通过所述法兰盘按阵列设置于待测复合材料的一侧；所述激光器产生的激光冲击波通过所述柔性导光装置引导到待测复合材料检测区域，所述光路保护固定装置设置于所述柔性导光装置端口的外周，通过所述光路保护固定装置将柔性导光装置固定于所述法兰盘上，所述传感器激励接收装置通过导线与所述传感器单元连接；

所述信号采集系统包括通过导线连接的高速采集系统和计算机，且所述高速采集系统还通过导线与所述传感器激励接收装置连接，所述计算机通过导线与所述激光器连接。

优选的，还包括能量吸收层和贴合在所述能量吸收层上的能量约束层，所述能量吸收层贴合于待测复合材料上，贴合位置位于所述激光器的辐照光斑处；

其中，所述能量吸收层为黑胶带或铝箔，所述能量约束层为透明玻璃或水。。

优选的，所述传感器单元阵列和所述激光器位于待测复合材料的同侧，所述传感器单元阵列以柔性导光装置的端头为圆心呈均匀环状分布，且圆环的半径可调。

优选的，所述光路保护固定装置设置于所述柔性导光装置端口的外周。

优选的，所述传感器单元包括电磁超声传感器单元、压电超声传感器单元或空气耦合传感器单元。

优选的，所述传感器单元与所述激光器的端头距离≧10mm，所述传感器单元阵列环形均匀分布方向包含复合材料的所有铺层方向，且每个铺层方向上有两个所述传感器单元对称地分布在所述柔性导光装置端头两侧，即相邻两个所述传感器单元的夹角为

所述n为传感器单元数量，其为铺层方向数量的倍数，n取正整数；N为复合材料铺层方向数量。