[发明专利]碳纤维缠绕复合材料气瓶缺陷的微波检测方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维缠绕复合材料气瓶缺陷的微波检测方法，包括如下步骤，S1：气瓶的准备，制作瓶身无缺陷和有缺陷的气瓶试样；S2：确定最佳检测频率，采用频率扫描的方法对无缺陷瓶身扫描测定气瓶瓶身材料的特征频率，并将此频率作为对气瓶瓶身缺陷检测的最佳检测频率；S3：在最佳检测频率下，使用波导探头对含有缺陷的气瓶扫描检测，根据检测结果建立常规缺陷特征反射系数数据库；S4：缺陷种类的确定，在最佳检测频率下，使用波导探头对待检测的气瓶瓶身进行扫描检测，根据检测结果确定缺陷的种类；S5：缺陷位置的确定，在检测到存在缺陷时，记录此时波导探头的位置信息为缺陷位置，本发明能够准确的确定缺陷种类、尺寸。

技术领域

本发明属于压力管道检测领域，更具体的说涉及一种碳纤维缠绕复合材料气瓶缺陷的微波检测方法。

背景技术

纤维缠绕复合材料气瓶是在金属或非金属内胆上缠绕高强度碳纤维或玻璃纤维制造而成。由于其具有轻质、耐压、抗疲劳性能好等诸多优点，近年来被越来越多地应用于航空航天产品的研制中。与传统的金属材料气瓶相比，复合缠绕气瓶的高强度比和高容重比特性，能够有效降低汽车、飞行器的结构重量，降低能耗，应用前景广阔。同时，由于复合材料气瓶的生产工艺复杂、影响因素多，为使气瓶满足设计压力及后续使用的安全性、可靠性要求，制造过程中需要对每个气瓶进行无损检测。

目前，针对纤维缠绕复合材料气瓶的无损检测方法主要有目视检测、射线检测、计算机层析成像(工业CT)检测、超声检测、声发射检测等。其中目视检测主要针对气瓶瓶体外壁纤维缠绕情况进行检测，而射线检测、工业CT检测、超声检测主要针对纤维缠绕层内部及其与内胆粘接层缺陷情况进行检测。气瓶在后续试验或使用过程中，瓶体内压的变化、内胆与缠绕层复合材料线膨胀系数的差异以及弹性模量、延伸率的差异等诸多因素都有可能导致气瓶瓶身复合材料层出现纤维断裂、分层、脱粘等损伤或缺陷，而目前并没有对气瓶瓶身复合材料层的检测。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种采用微波技术对纤维缠绕复合材料气瓶瓶身的缺陷进行无损检测研究，旨在通过系统性的研究，掌握纤维缠绕复合材料气瓶缺陷的微波检测方法，提高检测的准确性和可靠性，为开发基于微波技术的新型无损检测方法提供实验依据。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种碳纤维缠绕复合材料气瓶缺陷的微波检测方法，包括如下步骤，

S1：气瓶的准备，制作瓶身无缺陷、含有孔隙、裂纹、分层或脱粘中一种或多种缺陷的纤维缠绕复合材料的气瓶试样；

S2：确定最佳检测频率，采用频率扫描的方法对无缺陷瓶身扫描测定气瓶瓶身材料的特征频率，并将此频率作为对气瓶瓶身缺陷检测的最佳检测频率；

S3：在最佳检测频率下，使用波导探头对含有缺陷的气瓶扫描检测，并根据缺陷记录相应的反射系数的变化，将反射系数的变化结果归集建立常规缺陷特征反射系数数据库；

S4：缺陷种类的确定，在最佳检测频率下，使用波导探头对待检测的气瓶瓶身进行扫描检测，观察反射系数的变化并使反射系数与反射系数数据库内的数据进行比对，确定缺陷的种类；

S5：缺陷位置的确定，在检测到存在缺陷时，记录此时波导探头的位置信息为缺陷位置。

进一步的在步骤S4或S5之后，增设步骤S6：缺陷尺寸的确定，在检测到存在缺陷时，降低扫描速率，监测反射系数的变化，测定缺陷的尺寸。

进一步的在检测到存在缺陷时，系统自动降低扫描速率，以确定缺陷的尺寸并记录。

或者在检测到存在缺陷时，系统发出报警提示，由人工主动降低扫描速率，以确定缺陷的尺寸并记录。

进一步的在步骤S2中，使用矢量网络分析仪作为信号源，基于微波反射原理，将波导探头垂直靠近气瓶瓶身进行扫频检测，在回波信号呈现正态波形的频段内找出反射系数的极值，以此确定最佳检测频率。