基于光纤F-P超声传感器的复合材料分层检测系统设计研究

碳纤维复合材料的分层缺陷对其安全性能有着严重影响。采用超声检测方法可以有效检验复合材料构件分层缺陷，通常超声信息的探测采用超声换能器，频带窄，检测精度低，无法适应嵌入式检测。针对这个问题，设计一非本征型光纤F-P干涉腔结构，研究了F-P腔的光学干涉模型，设计了F-P腔的初始腔长，建立了碳纤维复合材料分层缺陷光纤F-P超声在线检测系统，开展了分层缺陷的嵌入式检测实验研究。结果表明，设计的嵌入式检测系统能可靠用于碳纤维复合材料分层缺陷实时在线检测，具有结构简单、易操作、便于安装调试等优点，整体成本较低，具有较好工程应用价值。     

碳纤维复合材料激光超声检测方法研究

激光超声检测技术具有非接触、快速及高效等优点,在复合材料无损检测领域应用前景较好。该文研究了激光热弹激发超声应力的机理,构建了非接触式扫描激光超声检测系统,用于碳纤维复合材料结构健康状况的实时在线检测。实验研究了超声信号与激光参数和接收距离等参数间的关系。实验结果表明,激光超声检测技术可有效用于碳纤维复合材料结构健康检测;建立的碳纤维复合材料激光超声检测系统采用了扫描激光技术,单次检测仅需0.1s,提高了检测效率,且装置简单,操作方便,易于安装调试;热弹范围内超声信号幅值随激光能量增大而增大,随接收距离增大而减小。     

航空复合材料内部缺陷差动式激光红外热成像检测

航空复合材料内部缺陷的存在严重威胁着飞行安全。以航空碳纤维复合材料层合板为检测对象,利用激光作为红外热成像检测技术的热激励源,充分利用激光的远距离精准加热、高功率密度等优点,实现对复合材料内部分层缺陷的定位检测。利用激光红外热成像技术对缺陷试件和参考试件进行多次差动检测,并且依据试件与热像仪的空间位置关系,选择温差最大时刻计算内部分层缺陷的直径。实验结果表明:激光红外热成像技术可有效检测航空碳纤维复合材料内部分层缺陷。同时,首次使用的差动式激光红外方法可有效消除激光能量分布不均对检测结果带来的影响,使缺陷成像结果更清晰。     

新型光束匀化激光红外热成像检测系统及应用

激光红外热成像检测方法具有检测距离远、检测速度快、检测结果可视化等优点,在纤维增强复合材料缺陷检测领域具有广阔的应用前景。为消除由于激光加热不均造成的检测能力较低等问题,本文提出和研究了一种基于衍射分束原理的激光光束整形和匀化方法,在此基础上开发了便携式光纤耦合光束匀化激光红外热成像检测系统,并将其应用于航空碳纤维增强复合材料结构快速检测上的应用研究,计算及实验结果表明该方法及系统大幅提升了激光光束的均匀度,有效消除了由于加热不均造成的背景噪声,提高了缺陷的检出率,可以实现对纤维增强复合材料内部分层脱粘缺陷和冲击损伤等的有效检测。与现有商用红外热成像检测系统相比,所开发系统具有更高的检测性能。     

机器人辅助激光超声检测系统的设计与实现

为解决飞行器复合材料结构的非接触、高精度无损检测问题,提出一种基于关节型机器人的激光超声检测系统。在系统设计上,利用波长1 064nm的Nd:YAG脉冲激光器激励超声波,基于光折变效应的双波混合干涉测量系统探测超声信号,激励和探测激光全部由光纤传导至光束聚焦端口投射到被测物表面,采用精密六轴关节型机器人作为扫描执行机构进行C型扫描检测。建立了系统的实验室原型,实现了碳/环氧复合材料试样的激光超声C扫描检测,得到试样内部模拟缺陷的分布、形状和尺寸特征,验证了系统的有效性。研究结果表明,研制的机器人辅助激光超声检测系统可以实现碳/环氧复合材料内部直径1mm以上分层的检测,在飞行器复合材料构件的无损检测方面具有应用前景。     

飞机复合材料超声红外无损检测实验研究

结合飞机复合材料无损检测需求,介绍了复合材料试件的材料工艺,分析了超声红外无损检测技术的基本原理及其特点,并对几块复合材料试件进行了无损检测实验,通过实验结果的分析、评估显示,超声红外无损检测可以有效检测复合材料试件中的缺陷,特别是闭合类缺陷。     

纤维增强复合材料太赫兹成像无损检测

利用太赫兹时域光谱成像技术检测了内含缺陷的玻璃纤维与碳纤维增强复合材料,获得了材料内部缺陷的太赫兹透射图像,从而实现对复合材料样本的无损检测。实验结果表明,太赫兹透射成像技术可检测出多层玻璃纤维复合材料的层间缺陷。但该技术对于碳纤维复合材料中缺陷的检测能力有限,主要是因为碳纤维具有导电特性,导致太赫兹信号对其穿透能力有限。通过对成像模式的调节,太赫兹无损检测技术可对碳纤维材料内部深度约为0.2 mm、宽度为10 mm的缺陷进行成像检测。这为发展准确、灵敏、高效的纤维增强复合材料太赫兹无损检测技术提供了基础实验数据。     

LTCC滤波器微分层的超声检测及有效性验证研究

针对超声扫描用于LTCC滤波器微分层检测的可行性开展研究。首先通过理论计算证实,在参考频率下滤波器内部微分层缺陷对超声波有极高的反射率,对实际检测过程中的分辨力要求进行了说明。其次对滤波器开展超声实测,给出具体可行的检测程序,依据检测结果对缺陷信息进行了判别。然后制取样品剖面,根据获取的缺陷信息定位缺陷。最后,利用FIB刻蚀技术对检测结果进行验证,证实了滤波器微分层超声检测的可行性。     

基于THz-TDS的碳纤维复合材料无损检测

基于反射式THz-TDS成像技术对碳纤维缠绕增强复合材料缺陷进行无损检测实验,获得不同缺陷碳纤维样品的成像结果及数据。结果表明,反射式THz-TDS成像技术在0.1～3.5 THz波段对碳纤维复合材料中的热损伤、划伤缺陷、磨损缺陷及孔洞缺陷成像清晰,分辨率较高;且获得的时域波形对样品热损伤缺陷敏感,适用于局部检测对整体性能的判断。     

碳纤维层压板冲击损伤的红外热波检测

采用无损检测技术对碳纤维增强复合材料进行检测是保证其构件质量的必要手段.介绍了利用红外热波无损检测技术对碳纤维增强多层复合材料板冲击损伤试件检测的结果,并将热波检测结果与超声C扫描检测结果进行比较,结果表明两种检测方法各具优势.热波检测技术与超声检测技术结合起来对碳纤维增强多层复合材料板冲击损伤无损检测效果更佳.     

Multimodal Damage Detection in Self‐Sensing Fiber Reinforced Composites

Internal delamination damage is detected in fiber reinforced polymer composite materials containing active functionality. Damage‐triggered magnetization of the delaminated zone is accomplished using a vascular system to deliver fluids that precipitate magnetic particles upon mixing. Multiple modes of detection are used to sense the presence of this magnetic material. Visual detection is accomplished by the high contrast between damaged and undamaged areas provided by the biomimetic “bruise” formed by the magnetic particles. Magnetic scanning is also used to detect the particles, even if obscured by paint or by opaque reinforcement, such as carbon fiber. Additionally, thermal detection is accomplished by inductively heating the magnetic particles and sensing the temperature differential with an infrared camera. The effectiveness of each detection mode is discussed and compared to industry standard C‐scan to assess accuracy. Using the damage area measured with C‐scan as the benchmark, visual detection measures the damage area with 76% accuracy, and magnetic detection measures the damage area with 91% accuracy. Thermal detection accuracy is time‐dependent as expected. All detection modes consistently detect the presence of damage. The multifunctionality of this material can tailor damage detection techniques for the application and provide a parallel system to augment and potentially enhance self‐healing.     

内部微缺陷的超声与数字全息成像检测系统设计

微机电系统与微机械零件的内部微缺陷需要高精度、强穿透性的非接触检测技术。目前缺少这样内部微缺陷的检测方法。针对上述问题,设计了超声与数字全息成像的复合系统。该系统结合了超声检测的强穿透能力和数字全息成像技术的高分辨率。该系统包括近场超声子系统、数字全息子系统和同步控制子系统。在近场超声子系统中,产生的近场超声波场穿过样品的内部缺陷,在样品表面形成表面超声波场,再通过数字全息子系统测量和分析这个表面超声波场的瞬态形貌,分析声波场中包含的内部缺陷信息。实验结果表明:该系统通过对超声波场的分析,可以测量出超声波场的瞬态三维形貌,并且可以有效的检测出50 μm的内部缺陷。     

火车轮轴、轮箍超声探伤工艺

目前,超声波探伤工艺在无损检测中具有广泛的应用,超声波探伤工艺对超声检测技术的发展起到至关重要的作用。通过分析火车轮轴、轮箍的疲劳裂纹及各种缺陷的特点,采用不同的超声探头和探伤工艺来针对不同的裂纹和缺陷进行探伤,并对缺陷进行了定性和定量的评价。结果表明,超声波探伤存在一定的优势,它减少了检测的时间,提高了检测的精度,且所需探头数目比常规探伤大大减少,具有很大的发展前景。     

用于局部放电探测的超声光纤传感方法

局部放电是一种有效的高压部件绝缘性能检测方法,可通过声、光及电等信号的探测来有效预报绝缘劣化程度。该文建立了基于局部放电超声信号检测的光纤传感器测试系统,使用Mach-zehnder光干涉法来检测声信号导致的光程差,测算测量回路的微小机械形变。实际测试结果表明,该系统具有高的测试灵敏度,可精确测量纳米级的机械形变,准确反映局部放电过程引起的超声信号。采用该光纤传感系统可对多层陶瓷器件的局部放电进行跟踪测量。     

基于超声扫描的塑封器件缺陷判定方法研究

超声扫描检测因为其灵敏度高、对样品没有损伤的特点,被广泛地应用到塑封器件的筛选和检测中,但是目前不存在一个完整的超声扫描检测方法。对塑封器件缺陷进行分析,提出一种塑封器件缺陷的超声扫描检测方法。该方法采用A扫描与C扫描检测塑封器件内部的缺陷,其过程为塑封体缺陷检测与重要界面缺陷检测。与现有GJB 4027A要求的聚焦6个重要界面的检测方法相比,本方法只需要聚焦两个界面即可观察到6个界面的情况,可以提升检测效率。     

卤素灯加热红外成像检测技术仿真研究

针对复合材料的红外成像无损检测问题,使用卤素灯作为激励源,配合非制冷红外热像仪搭建了检测系统,并针对该系统建立了仿真模型,应用Ansys软件对碳纤维复合材料平底洞试验样件进行了仿真分析,给出了检测结果,得出了该系统的检测性能参数。应用该系统对实际的碳纤维复合材料平底洞试验样件进行了检测试验。结果表明,仿真分析与实际检测结果相符,性能参数分析准确。本文搭建的系统成本低、检测效果好,激励功率和作用时间容易调整,可应用于各类复合材料的无损检测领域。