孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 樹脂傳遞模塑（RTM)是一種材料成型工藝，由于其成本低、成型快、質(zhì)量好、污染 小的特點(diǎn)，深受國(guó)內(nèi)外航空、航天等領(lǐng)域的青睞。然而運(yùn)用此工藝制備的紡織復(fù)合材料容易 生成孔隙微缺陷，導(dǎo)致材料的最終力學(xué)性能降低。因此研究孔隙對(duì)于RTM/紡織復(fù)合材料的 應(yīng)用具有實(shí)際意義。
[0003] 傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)技術(shù)已較成熟，目前較多使用的檢測(cè)方法是通過(guò)對(duì)聲速W及超聲 波衰減的測(cè)試來(lái)判定孔隙率。但由于RTM/紡織復(fù)合材料與預(yù)浸料工藝制造的復(fù)合材料結(jié) 構(gòu)有明顯的變化，使聲波在其內(nèi)部傳播規(guī)律要復(fù)雜得許多。近年來(lái)，力學(xué)、聲學(xué)和材料學(xué)領(lǐng) 域的一些研究進(jìn)展發(fā)現(xiàn)，通過(guò)非線性超聲方法能夠很好的反映結(jié)構(gòu)內(nèi)部疲勞損傷和疲勞裂 紋引起的力學(xué)性能變化，即使是非常小的損傷，也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的非線性。本發(fā)明結(jié) 合非線性聲學(xué)原理，提出用非線性超聲方法評(píng)價(jià)RTM/紡織復(fù)合材料的孔隙含量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)RTM/紡織復(fù)合材料，提出一種孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)方 法及裝置，通過(guò)對(duì)聲速、聲衰減系數(shù)W及超聲非線性系數(shù)的測(cè)量來(lái)評(píng)價(jià)材料的孔隙含量。
[0005] -種孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 制備一套R(shí)TM/紡織復(fù)合材料不同孔隙含量的試樣； (2) 采用孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)裝置，對(duì)RTM/紡織復(fù)合材料試樣進(jìn)行測(cè)試，獲得聲 速、聲衰減系數(shù)和超聲非線性系數(shù)； (3) 通過(guò)圖表的形式對(duì)RTM/紡織復(fù)合材料試樣的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，總結(jié)出聲速、聲 衰減系數(shù)和超聲非線性系數(shù)等各參量與孔隙含量之間的聯(lián)系； (4) 對(duì)待測(cè)RTM/紡織復(fù)合材料重復(fù)2)的步驟，獲得待測(cè)RTM/紡織復(fù)合材料的聲速、聲 衰減系數(shù)和超聲非線性系數(shù)； (5) 通過(guò)與RTM/紡織復(fù)合材料試樣的聲速、聲衰減系數(shù)W及超聲非線性系數(shù)進(jìn)行比 較，得到待測(cè)RTM/紡織復(fù)合材料的孔隙含量。
[0006] 本發(fā)明所述一種孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)裝置，包括測(cè)量聲速、聲衰減系數(shù)的實(shí) 驗(yàn)裝置和測(cè)量超聲非線性系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，二個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置都包括上位機(jī)模塊、信號(hào)激勵(lì)與 接收模塊和換能器模塊；上位機(jī)模塊連接信號(hào)激勵(lì)與接收模塊，信號(hào)激勵(lì)與接收模塊連接 換能器模塊。
[0007] 本發(fā)明所述測(cè)量聲速、聲衰減系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置的上位機(jī)模塊包括計(jì)算機(jī)和高速數(shù) 據(jù)采集卡，信號(hào)激勵(lì)與接收模塊包括接收裝置、阻抗器、衰減器和低通濾波器；換能器模塊 包括發(fā)射接收換能器和試樣，其特征是；計(jì)算機(jī)連接高速數(shù)據(jù)采集卡，高速數(shù)據(jù)采集卡連接 信號(hào)激勵(lì)與接收裝置，信號(hào)激勵(lì)與接收裝置連接阻抗器，阻抗器連接衰減器，衰減器連接低 通濾波器，低通濾波器和信號(hào)激勵(lì)與接收裝置連接發(fā)射接收換能器，發(fā)射接收換能器連接 試樣。
[0008] 本發(fā)明所述測(cè)量聲速、聲衰減系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置的操作步驟為： (1) 打開測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)入上位機(jī)軟件評(píng)價(jià)界面，選擇聲速或聲衰減評(píng)價(jià)界面，對(duì)測(cè)量聲 速、聲衰減系數(shù)中的信號(hào)激勵(lì)與接收裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括激勵(lì)信號(hào)的頻率、周期和試塊 厚度等； (2) 信號(hào)激勵(lì)與接收裝置輸出幅度、寬度和頻率可調(diào)的激勵(lì)射頻脈沖串，通過(guò)阻抗器、 衰減器和低通濾波器，激勵(lì)發(fā)射接收換能器發(fā)出超聲波，經(jīng)過(guò)試樣，再由發(fā)射接收換能器接 收，最終由信號(hào)激勵(lì)與接收裝置接收信號(hào)； (3) 接收信號(hào)通過(guò)高速數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，通過(guò)上位機(jī)軟件評(píng)價(jià)界面對(duì)信 號(hào)進(jìn)行處理，顯示及存儲(chǔ)。
[0009] 本發(fā)明所述測(cè)量聲速、聲衰減系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置的檢測(cè)采用反射法進(jìn)行。
[0010] 本發(fā)明所述測(cè)量超聲非線性系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置的上位機(jī)模塊包括計(jì)算機(jī)和高速數(shù) 據(jù)采集卡，信號(hào)激勵(lì)與接收模塊包括信號(hào)激勵(lì)與接收裝置、阻抗器、衰減器、低通濾波器、 高通濾波器和前置放大器，換能器模塊包括發(fā)射換能器、試樣、接收換能器和換能器夾持裝 置，其特征是；計(jì)算機(jī)連接高速數(shù)據(jù)采集卡，高速數(shù)據(jù)采集卡連接信號(hào)激勵(lì)與接收裝置，信 號(hào)激勵(lì)與接收裝置連接阻抗器，阻抗器連接衰減器，衰減器連接低通濾波器，低通濾波器連 接發(fā)射換能器，發(fā)射換能器連接試樣和換能器夾持裝置，試樣和換能器夾持裝置連接接收 換能器，接收換能器連接高通濾波器，高通濾波器連接前置放大器，前置放大器連接信號(hào)激 勵(lì)與接收裝置。
[0011] 本發(fā)明所述測(cè)量超聲非線性系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置的操作步驟為： (1) 打開測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)入上位機(jī)軟件評(píng)價(jià)界面，選擇非線性評(píng)價(jià)界面，對(duì)測(cè)量超聲非線 性系數(shù)中的信號(hào)激勵(lì)與接收裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括激勵(lì)信號(hào)的頻率、周期和功率等； (2) 信號(hào)激勵(lì)與接收裝置輸出幅度、寬度和頻率可調(diào)的激勵(lì)射頻脈沖串，通過(guò)阻抗器、 衰減器和低通濾波器，激勵(lì)發(fā)射換能器發(fā)出超聲波，經(jīng)過(guò)試樣，再由接收換能器接收，通過(guò) 高通濾波器和前置放大器，最終由信號(hào)激勵(lì)與接收裝置接收信號(hào)； (3) 接收信號(hào)通過(guò)高速數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，通過(guò)上位機(jī)軟件評(píng)價(jià)界面對(duì)信 號(hào)進(jìn)行處理，顯示及存儲(chǔ)。
[0012] 本發(fā)明所述測(cè)量超聲非線性系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置的檢測(cè)采用穿透法進(jìn)行。
[0013] 本發(fā)明所述測(cè)量超聲非線性系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置的檢測(cè)采用水楊酸苯醋固體禪合劑。
[0014] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果；（1)本發(fā)明針對(duì)RTM/紡織復(fù)合材料，提出了一種 孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)方法及裝置，實(shí)現(xiàn)了用聲速、聲衰減系數(shù)、超聲非線性系數(shù)等多參 量來(lái)評(píng)價(jià)復(fù)合材料孔隙含量；（2)利用本發(fā)明提出的孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)方法及裝 置，克服了專用設(shè)備的系統(tǒng)性能不穩(wěn)定及系統(tǒng)集成問(wèn)題，從而明顯提高了孔隙缺陷的檢出 能力和可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)裝置中測(cè)量聲速、聲衰減系數(shù)的組成連接關(guān)系和檢 測(cè)示意圖。
[0016]圖2孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)裝置中測(cè)量超聲非線性系數(shù)的組成連接關(guān)系和檢 測(cè)示意圖。
[0017] 圖3孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)裝置中的上位機(jī)軟件流程圖。
[0018]在圖中，a為上位機(jī)模塊，b為信號(hào)激勵(lì)與接收模塊，C為換能器模塊。
[0019] 在圖中，1、計(jì)算機(jī)，2、高速數(shù)據(jù)采集卡，3、信號(hào)激勵(lì)與接收裝置，4、阻抗器，5、衰減 器，6、低通濾波器，7、發(fā)射換能器，8、試樣，9、接收換能器，10、換能器夾持裝置，11、高通濾 波器，12、前置放大器。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0021] 圖1為本發(fā)明的孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)裝置中測(cè)量聲速、聲衰減系數(shù)的實(shí)施 例，包括上位機(jī)模塊（a)中計(jì)算機(jī)（1)和高速數(shù)據(jù)采集卡（2)，信號(hào)激勵(lì)與接收模塊（b)中信 號(hào)激勵(lì)與接收裝置（3)、阻抗器（4)、衰減器（5)和低通濾波器（6)W及換能器模塊（C)中發(fā) 射接收換能器（13)和試樣（8)，其中信號(hào)激勵(lì)與接收裝置激勵(lì)一定頻率的超聲波信號(hào)經(jīng)過(guò) 阻抗器減少噪音連接衰減器、低通濾波器和發(fā)射接收換能器，經(jīng)過(guò)禪合劑送入到被檢測(cè)試 樣，反射回來(lái)重新被發(fā)射接收換能器接收傳播的信號(hào)，送入到信號(hào)激勵(lì)與接收裝置中，通過(guò) 高速數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。
[0022] 圖2為本發(fā)明的孔隙含量超聲多功能評(píng)價(jià)裝置中測(cè)量超聲非線性系數(shù)的實(shí)施例， 包括上位機(jī)模塊（a)中計(jì)算機(jī)（1)和高速數(shù)據(jù)采集卡（2)，信號(hào)激勵(lì)與接收模塊（b)中信號(hào) 激勵(lì)與接收裝置（3)、阻抗器（4)、衰減器（5)、低通濾波器（6)、高通濾波器（11)和前置放大 器（12)W及換能器模塊（C)中發(fā)射換能器（7)、試樣（8)、接收換能器（9)和換能器夾持裝 置（10)，其中信號(hào)激勵(lì)與接收裝置激勵(lì)一定頻率的超聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)阻抗器減少噪音連接衰 減器，低通濾波器和發(fā)射換能器，經(jīng)過(guò)禪合劑