[发明专利]一种用于检测复合材料的超声‑声发射激励方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术，涉及一种用于航空、航天、兵器、船舶、交通、冶金、钢铁、建筑等领域复合材料及金属材料结构的无损检测，尤其涉及一种用于检测复合材料的超声-声发射激励方法。

背景技术

利用被检测材料或零件在受到应力作用下产生的声发射现象，可以实现复合材料的无损检测，而要实现复合材料声发射检测，首先必须在被检测复合材料中形成声发射源，产生声发射信号。传统声发射激励或者产生方法是通过对被检测零件加载，使被检测复合材料零件在受到外部载荷作用或者力的作用下，在其内部激励声发射信号。由于复合材料中缺陷的存在，在外部加载作用下，缺陷周围会产生应力显著集中，从而出现明显的声发射行为。基于此声发射行为，通过提取来自缺陷的声发射信号，分析其信号规律，进行缺陷识别，实现复合材料的声发射检测。因此，传统声发射检测都必须对被检测零件进行加载。目前，主要是机械加载方法，其主要不足是：1)在复合材料零件制造阶段和服役阶段，通常难以实现对被检测复合材料零件的加载，而且大厚度复合材料结构往往难以采用机械加载方法产生声发射行为；2)加载响应时间长，在缺陷周围产生声发射信号的时域特性差，难以对缺陷进行准确定位和定量；3)复合材料中的分层、疏松、气孔、贫胶等诸多缺陷对这种加载产生的声发射现象不明显；4)不能实现局部加载，进而难以实现复合材料100％逐点扫描检测和可视化成像检测，检测结果不直观。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测复合材料超声-声发射激励方法，克服传统超声-声发射需要机械加载、加载响应特性差、难以实现超声-声发射扫描成像检测、缺陷检出能力差与定位定性定量困难等不足，提高复合材料超声-声发射缺陷检出能力和检测可靠性。

本发明的技术解决方案是，

在高压电源的初级电路产生电压为10-20V、频率为100kHz-300kHz的交流脉冲信号，在高压电源的输出级产生200-450V、频率为100kHz-300kHz的高频交流脉冲电压，经整流滤波转换为200-450V的直流高压V_HDC；激励单元由高压晶体管V₁、电阻R₁、电容C₁、电感L₁、电阻R₂组成，高压晶体管V₁的基极与脉冲触发单元的输出级相连，高压晶体管V₁的发射极接地，高压晶体管V₁的集电极同时与电阻R₁的一端和电容C₁的一端连接，电阻R₁的另一端与高压单元的输出级相连，电容C₁的另一端同时与电感L₁和电阻R₂的一端连接，电感L₁和电阻R₂的另一端接地；高压电源的输出级与电阻R₁的一端相连，直流高压V_HDC施加在电阻R₁的一端；脉冲触发单元输出级产生的触发脉冲V_TTL(t)施加在激励单元中高压晶体管V₁的基极端，t表示触发脉冲V_TTL(t)的周期，高压晶体管V₁与电容C₁构成充放电回路，在电容C₁的另一端产生冲击脉冲激励信号V_C(t)，V_C(t)的下降沿调节范围为4-50ns，通过电感L₁和电阻R₂构成的输出阻抗匹配器，激励不同阻抗的压电单元，脉冲触发单元为IC震荡电路；直流电源给高压电源和脉冲触发单元提供工作电压。

压电单元为用于复合材料检测的超声-声发射换能器。

高压电源输出级输出的直流高压V_HDC的电压调节范围为200-400V，用于产生不同大小的超声-声发射冲击脉冲激励信号V_C(t)。

激励单元产生的超声-声发射冲击脉冲激励信号V_C(t)的幅值调节范围为200-400V，冲击脉冲激励信号V_C(t)的下降沿范围为4-30ns，用于激励不同特性的超声-声发射换能器检测复合材料。

通过改变激励单元中的电感L₁和电阻R₂的大小，调节激励单元输出阻抗，激励不同阻抗特性的压电单元，用于检测不同的复合材料。