[发明专利]一种检测混合铺层复合材料层压结构的缺陷超声识别方法

摘要

本发明属于复合材料及无损检测技术领域，涉及一种检测混合铺层复合材料层压结构的缺陷超声识别方法。本发明方法利用脉冲超声波在与被检测的混合铺层复合材料层压结构中产生的反射声波行为与其内部微结构及其界面的固有联系，通过高品质超声换能器提取来自混合铺层复合材料层压结构中的反射回波信号，构建缺陷识别与报警域，进行缺陷的判别，进而显著改进了缺陷判别的准确性，为混合铺层复合材料层压结构超声检测提供了一种缺陷判别方法。实际检测应用结果表明，利用本发明，可以显著提高缺陷判别的正确性和准确性，取得了较好的实际检测效果，可用于不同厚度混合铺层复合材料层压结构的超声反射法检测。

主权项

1.一种检测混合铺层复合材料层压结构的缺陷超声识别方法，检测混合铺层复合材料层压结构的设备包括换能器(1)、声波发射/接收单元(2)、信号处理单元(3)、信号显示单元(4)，根据被检测混合铺层复合材料层压结构采用水膜或水柱耦合方式的高分辨率宽带窄脉冲超声换能器(1)，声波发射/接收单元(2)采用单通道或双通道声波发射/接收卡或超声仪器，信号处理单元(3)采用具有A/D变换功能的信号采集卡或超声信号处理单板，信号显示单元(4)采用具有CPU运算能力的计算机或微型计算机单元构成，采用TFT显示屏，通过编程对来自信号处理单元(3)的数字信号进行存储、分析和显示，再利用换能器(1)在声波发射/接收单元(2)的作用下，产生脉冲超声波w0(t)，t表示脉冲超声波传播的时间，此脉冲超声波w0(t)通过换能器(1)入射到被检测的混合铺层复合材料层压结构(5)中，形成入射脉冲超声波wI(t)，下角标I表示入射；入射脉冲超声波wI(t)在被检测的混合铺层复合材料层压结构(5)中产生反射脉冲超声波w(t)，并在声波发射/接收单元(2)转换为相应的反射脉冲信号u(t)，由信号处理单元(3)进行超声波的放大和处理并将反射脉冲信号u(t)转换为数字信号v(t)，通过I/O接口，v(t)数字信号进入到信号显示单元(4)，信号显示单元(4)选用具有CPU运算能力的计算机或微型计算机单元构成，采用TFT显示屏，通过编程对来自信号处理单元(3)的数字信号v(t)进行存储、运算、分析、数字化重构和显示，实现混合铺层复合材料缺陷的超声识别，其特征是，具体步骤如下：①标准信号的获取信号显示单元(4)存储和记录换能器在无缺陷的混合铺层复合材料层压结构(5)表面不同位置j的数字检测信号，用表示，j＝1,2,3,...,m，G表示无缺陷，经过运算处理，得到来自无缺陷的混合铺层复合材料层压结构(5)中m组数字信号v^G(t)并存储，且：这里，t的取值范围为所设置的信号记录闸门，且t∈(tst,ted)，tst、ted分别为信号记录闸门的起点时域位置和终点时域位置，在t∈(tst,ted)范围内，vG(t)包含vf(tf)、vi(ti)、vb(tb)，并将vG(t)存储到信号显示单元(4)中，这里vf(tf)为来自被检测的混合铺层复合材料层压结构(5)表面的反射脉冲超声数字信号，vi(ti)为来自被检测的混合铺层复合材料层压结构(5)内部的反射脉冲超声数字信号，vb(tb)为来自被检测的混合铺层复合材料层压结构(5)底面的反射脉冲超声数字信号；②缺陷识别域的构建方法利用vG(t)通过信号显示单元(4)进行运算和数字化重构，构建缺陷识别域ΔAG(t)：从m组数字信号vG(t)中，求得每个时域位置ti的幅值A(ti)的最大值Amax(ti)和最小值Amin(ti)，i＝1,2,3,...,m，且：式中，MAX,MIN—分别表示对v^G(t)中m组数字信号求其每个时域位置t_i的最大值和最小值；根据式(2)和式(3)，构建的缺陷识别域ΔAG(t)由式(4)确定：式中，t∈(tst,ted)—为vG(t)所对应的数据记录长度；③对检测区域缺陷的判别对检测区域获取的检测信号的幅值A(t)和构建的缺陷识别域ΔAG(t)通过信号处理单元(3)进行比较：当时，判别为缺陷，当A(t)∈ΔAG(t)时，判别为好区，这里，A(t)为来自当前检测位置的超声数字信号v(t)的幅值。