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原文传递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

专利名称：	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
摘要：	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。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安空天能源动力智能制造研究院有限公司
发明人：	樊军伟;张百灵;周鑫;成星;王耀湘;高赟;贺一轩
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-22T00:00:00+0800
申请号：	CN201910693540.5
公开号：	CN110361323A
代理机构：	北京科家知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	陈娟
分类号：	G01N19/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N19
申请人地址：	710100 陕西省西安市国家民用航天产业基地航天中路385号众创广场三楼303-306室
主权项：	1.一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。 2.根据权利要求1所述的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：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。 3.根据权利要求1所述的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：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。 4.根据权利要求1或3所述的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：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。 5.根据权利要求1所述的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：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。 6.一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方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任意一项所述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实现，具体步骤如下： S1：调整激光器参数，使得激光冲击波产生的拉应力δ不大于复合材料粘接层结合力指标σN一半，即 S2：控制激光器在复合材料中首次激发冲击波，传感器单元阵列所有单元同时通过高速采集系统记录由激光冲击区域向四周辐射的冲击波信号，并传输给计算机； S3：利用计算机提取传感器单元阵列中各单元接收信号中相关信号特征定义传感器单元i对应方向上损伤指数DIi，绘制第一次激光冲击时，损伤指数周向分布曲线DI1，其中i＝1,2,...n，i为传感器单元编号； S4：针对待测复合材料，对其合格标准件进行大量检测，获得正常状态下损伤指数分布曲线包络作为基准，第一次激光冲击时获得的损伤指数周向分布曲线DI1，观察DI1是否在损伤指数正常包络范围内，即可判断待测复合材料结合力指标是否满足要求； S5：如无法获得合格标准件正常状态下损伤指数分布曲线包络，需重新调整激光器参数，使得激光冲击波产生的拉应力δ等于复合材料粘接层结合力指标σ，即δ＝σn；按步骤S2，获得第二次激光冲击时，损伤指数周向分布曲线DI2； S6：将待测复合材料损伤指数DI1分布曲线与DI2分布曲线进行对比，判断待测材料粘接层结合力指标是否满足要求。 7.根据权利要求6所述的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方法，其特征在于，步骤S3中，不同检测方向损伤指标DIi定义：接收信号中层裂后缺陷反射回波幅值、底面反射回波幅值、波包到达时间或频谱信号中特征频率点幅值作为定义损伤特征值Ai；当特征值Ai与损伤严重性呈正相关时，按式Ι计算；当特征值Ai与损伤严重性呈负相关时，损伤指数DIi按式Ⅱ计算；这样保证损伤程度增大，损伤指数DIi均增大。 8.根据权利要求6所述的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方法，其特征在于，步骤S6中，DI1与DI2分布曲线对比结果采用平方误差W进行表征，若平方误差W小于设定阈值T，则结合力指标满足要求，若平方误差W大于且等于设定阈值T，则结合力指标不满足要求，其中阈值T通过测试标准合格复合材料样件获得。
所属类别：	发明专利