[发明专利]一种复合材料结构R区缺陷超声判别方法

摘要

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种复合材料结构R区缺陷超声判别方法。本发明方法基于来自被检测复合材料结构R区不同方向和位置的宽带窄脉冲超声波反射信号及其特征，利用其时域幅值、相位、传播时间等参量的变化与被检测复合材料结构R区蒙皮内部、R区蒙皮‑R区填充区界面、R区填充区及其缺陷的信号联系，构建了复合材料结构R区缺陷超声判别方法、检出缺陷的深度位置确定方法，采用软膜接触耦合或喷水耦合、手动或自动扫描方式，实现复合材料结构R区超声RF和成像检测，R区检测厚度范围为0.5～20mm。实际检测效果表明，显著提高了复合材料结构R区超声检测缺陷判别的准确性和可靠性以及对R区的缺陷检出能力与可检性。

主权项

1.一种复合材料结构R区缺陷超声判别方法，实现该方法的检测系统由超声换能器(1)、超声单元(2)、扫描单元(3)、信号处理单元(4)和显示单元(5)构成，其特征是，超声换能器(1)与被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B、6C)表面之间采用液体耦合剂，超声换能器(1)在超声单元(2)的作用下，产生宽带窄脉冲入射超声波信号通过耦合剂传播到被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B、6C)表面，中的一部分在被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B、6C)表面形成宽带窄脉冲反射超声波信号另一部分声波经过在被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B、6C)表面反射/折射后，在被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B、6C)内部形成宽带窄脉冲透射超声波信号当传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)‑R填充区(6D)界面时，经过再次反射/折射后，分别在被检测复合材料结构R区(6)中的填充区(6D)内和被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)‑R填充区界面，形成宽带窄脉冲透射超声波信号和宽带窄脉冲反射超声波信号在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮内缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)‑R填充区(6D)界面缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波在被检测复合材料结构R区(6)中的填充区(6D)内缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波这里，A_I、t_I分别为的幅值、相位和自发出后传播时间，A_F、t_F分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)表面的时间，A_T1、t_T1分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中蒙皮(6A、6B、6C)内部的时间，A_T2、t_T2分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R(6)中的填充区(6D)内的时间，A_B、t_B分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)‑R填充区(6D)界面的时间，A_D1、t_D1分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)内缺陷界面的时间，A_D2、t_D2分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)‑R填充区(6D)界面缺陷界面的时间，A_D3、t_D3分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的填充区(6D)内部缺陷界面的时间，由超声换能器(1)接收来自被检测复合材料结构R区(6)中的宽带窄脉冲反射超声波信号，经过信号处理单元(4)处理后，由显示单元(5)显示宽带窄脉冲反射超声波信号，并基于此宽带窄脉冲反射超声波信号或其对应的图像信号进行被检测复合材料结构R区(6)中的缺陷判别，其中：1)当显示单元(5)显示的检测信号满足下列条件时：判别被检测复合材料结构R区(6)中没有缺陷，其中，这里，A_F＝R₁A_I，t_F＝t_I，ρ₁，υ₁——分别为超声换能器(1)与被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)表面之间的液体耦合剂的密度和声速，ρ₂，υ₂——分别为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)的密度和声速，Sgn(R₁)——为取R₁的正负号函数；当R₁>0时，Sgn(R₁)＝1，R₁<0时，Sgn(R₁)＝‑1；这里，且当A_B＝0时，即表示此时在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)‑R填充区(6D)界面没有形成宽带窄脉冲反射超声波信号被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)的厚度h由下式确定：这里，t_B——为从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)表面传播到蒙皮(6A、6B、6C)‑R填充区(6D)界面的往返所需时间，当A_B≠0时，则即表示此时在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)‑R填充区(6D)界面形成了宽带窄脉冲反射超声波信号且且当超声换能器(1)从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮Ⅰ(6B)一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮Ⅰ(6B)的厚度h₁，即h＝h₁，当超声换能器(1)从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮Ⅱ(6A)一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮Ⅱ(6A)的厚度h₂，即h＝h₂，当超声换能器(1)从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮Ⅲ(6C)一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮Ⅲ(6C)的厚度h₃，即h＝h₃，ρ₃，υ₃——分别为被检测复合材料结构R区(6)中的R填充区(6D)的密度和声速，α₁——为宽带窄脉冲超声波在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)中的声衰减系数，当T₁T₁'R₂>0时，Sgn(T₁T₁'R₂)＝1，T₁T₁'R₂<0时，Sgn(T₁T₁'R₂)＝‑1；2)当显示单元(5)显示的检测信号满足下列条件时：且会出现的二次宽带窄脉冲超声波信号判别被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)内有缺陷，其中，A_B＝0或A_B→0，与缺陷的性质和大小有关，这里，ρ_D1，υ_D1——分别为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)中的缺陷的密度和声速，当T₁T₁'R_D1>0时，Sgn(T₁T₁'R_D1)＝1，T₁T₁'R_D1<0时，Sgn(T₁T₁'R_D1)＝‑1，缺陷的深度h_D1为：3)当显示单元(5)显示的检测信号满足下列条件时：且出现的二次宽带窄脉冲超声波信号和判别被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)‑R填充区(6D)界面有缺陷，其中，这里，ρ_D2，υ_D2——分别为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B、6C)‑R填充区(6D)界面缺陷的密度和声速，当T₁T₁'R_D2>0时，Sgn(T₁T₁'R_D2)＝1，T₁T₁'R_D2<0时，Sgn(T₁T₁'R_D2)＝‑1，缺陷的深度h_D2等于蒙皮(6A、6B、6C)的厚度，且：当超声换能器(1)从蒙皮Ⅰ(6B)一侧检测时，h_D2＝h₁，当超声换能器(1)从蒙皮Ⅱ(6A)一侧检测时，h_D2＝h₂，当超声换能器(1)从蒙皮Ⅲ(6C)一侧检测时，h_D2＝h₃；4)当显示单元(5)显示的检测信号满足下列条件时：且会出现的二次宽带窄脉冲超声波信号判别被检测复合材料结构R区(6)中的R填充区(6D)内部存在缺陷，其中，在R填充区(6D)内部缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波这里，ρ_D3，υ_D3——分别为被检测复合材料结构R区(6)中的R填充区(6D)内部缺陷的密度和声速，当T₁T₁'T₂T₂'R_D3>0时，Sgn(T₁T₁'T₂T₂'R_D3)＝1，T₁T₁'T₂T₂'R_D3<0时，Sgn(T₁T₁'T₂T₂'R_D3)＝‑1，h_D3——为缺陷的深度，由下式确定，