一種碳纖維樹脂基復(fù)合材料中頻渦流檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]
[0002]本發(fā)明涉及一種碳纖維樹脂基復(fù)合材料的無損檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種碳纖維樹脂基復(fù)合材料的中頻渦流檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]
[0004]以碳纖維為增強體的先進碳纖維樹脂基復(fù)合材料(簡稱“CFRP”)，是20世紀60年代中期崛起的一種新型結(jié)構(gòu)材料，具有其它復(fù)合材料無法比擬的優(yōu)越性能，在民用工業(yè)、軍事、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。然而，CFRP復(fù)合材料的多相性和自身結(jié)構(gòu)特點，使CFRP復(fù)合材料構(gòu)件的內(nèi)部缺陷和加工、使用時的結(jié)構(gòu)損傷均無法避免。因此，為保證CFRP復(fù)合材料構(gòu)件能夠滿足各領(lǐng)域的使用要求，監(jiān)控復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的內(nèi)部質(zhì)量受到越來越廣泛的關(guān)注。
[0005]目前，實現(xiàn)CFRP復(fù)合材料無損檢測的方法主要有:超聲波、聲阻、射線和紅外線方法檢測，但這些方法對于碳纖維復(fù)合材料的檢測各有不足，有的需要耦合劑，有的設(shè)備體積大，價格昂貴，只能用于離位車間檢測。普遍的問題靈敏度低，易受外界因素干擾，檢測結(jié)果可靠性不高。
[0006]對于碳纖維復(fù)合材料的檢測來說，一個重要的任務(wù)是在材料成型和預(yù)浸料生產(chǎn)中監(jiān)測材料中出現(xiàn)的損傷和異常，包括纖維的排列錯位、抽出、外來物夾雜、面內(nèi)碳纖維分布濃度不一致、預(yù)浸料中的樹脂積聚等。能夠?qū)FRP成型過程中的缺陷進行檢測是渦流法的一大優(yōu)點。傳統(tǒng)方法包括超聲、射線和熱成像法等都要求待測復(fù)合材料為固態(tài)物質(zhì)，即復(fù)合材料必須要經(jīng)過固化成型之后才能檢測，而且材料中的機械強度和熱滲透率等應(yīng)是均勻的，這樣超聲波、應(yīng)力波和熱波才能在材料中傳播進行缺陷檢測。由于對材料形態(tài)的限制，傳統(tǒng)的幾種無損檢測方法都無法對干纖維預(yù)成型體和預(yù)浸料等進行檢測。
[0007]渦流檢測是一種高效無接觸的無損檢測技術(shù)，無需耦合劑，自動化程度高。由于渦流檢測是基于電磁感應(yīng)的原理實現(xiàn)的，而且線圈探頭不需要與被測件接觸，電渦流在傳播時也不受材料形態(tài)的影響，因此至少從目前來看渦流是對碳纖維成型缺陷檢測的唯一方法。
[0008]CFRP渦流檢測雖已有相關(guān)實驗結(jié)果的報道，但主要還是集中于高頻渦流檢測方法的研宄。高頻渦流檢測系統(tǒng)實現(xiàn)較難，由于頻率很高(通常達到或超過10MHz)，高頻渦流線圈和信號處理和放大電路很難設(shè)計，且信號更易受到外界干擾和線圈提離的影響。與高頻ECT方法相比，中頻渦流檢測方法實現(xiàn)起來則簡單得多，但是仍存在傳感信號微弱和靈敏度差的問題，需要盡可能提高后處理電路的靈敏度和放大增益，以達到提取微弱有用信號的目的。此外采用中頻ECT技術(shù)還應(yīng)保證線圈阻抗小，響應(yīng)電壓大及激勵源信號穩(wěn)定，這樣就進一步提尚對CFRP檢測的可罪性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]
[0010]技術(shù)問題
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種針對CFRP復(fù)合材料的中頻渦流檢測系統(tǒng)，采用發(fā)射-接收式線圈探頭，實現(xiàn)對CFRP復(fù)合材料性能和損傷的識別，操作方便，檢測結(jié)果直觀易懂，靈敏度高，適合在線、在役檢測。
[0011]技術(shù)方案
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的碳纖維樹脂基復(fù)合材料的中頻渦流檢測系統(tǒng)包括信號發(fā)生模塊、渦流傳感單元、鎖相放大模塊和信號采集模塊，其中，所述的鎖相放大模塊包括前置放大單元和相敏檢波單元，所述的渦流傳感單元包括傳輸電纜、渦流激勵線圈、渦流檢測線圈和線圈控制機構(gòu)；信號發(fā)生模塊產(chǎn)生的頻率、幅值可調(diào)的電信號一路經(jīng)傳輸電纜傳輸給渦流傳感單元中的渦流激勵線圈，另一路傳輸給鎖相放大模塊中的相敏檢波單元作為鎖相放大模塊的輸入電信號，相敏檢波由乘法器構(gòu)成，若輸入信號與參考信號同頻率則乘法器得到一個有直流偏置的正弦信號，經(jīng)低通濾波、放大后輸出同頻率的信號幅值，反之，則沒有輸出信號，能大幅度抑制無用噪聲，檢測靈敏度高；渦流激勵線圈將信號發(fā)生模塊輸入的電信號轉(zhuǎn)換為磁信號并耦合到碳纖維樹脂基復(fù)合材料待測試件，渦流檢測線圈接收測試件變化的磁信號并轉(zhuǎn)換為電信號輸入鎖相放大模塊中的前置放大單元，經(jīng)前置放大單元放大濾波后輸入相敏檢波單元；信號采集模塊將鎖相放大模塊輸出的模擬電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸入上位機中進行分析處理。
[0012]更進一步地，所述的線圈控制機構(gòu)用于控制渦流線圈距離測試件表面的檢測高度。線圈控制機構(gòu)使用柔性彈簧機構(gòu)壓緊渦流線圈，使之始終貼合被測件表面，以減少提離效應(yīng)的影響。
[0013]更進一步地，所述的信號發(fā)生模塊產(chǎn)生的信號在100kHz ~ IMHz間連續(xù)可調(diào)，頻率精確度為±25ppm，電壓范圍為lm~10Vp-p。
[0014]更進一步地，渦流激勵線圈和渦流檢測線圈均采用空心圓餅線圈，左右排列組成發(fā)射-接收式線圈。所述激勵線圈和檢測線圈在中頻段(100kHz ~ IMHz)的電阻值約為11~ 18 Ω，電感值約為32 ~ 37μΗ，噪聲低、諧波失真小，便于信號采集和損傷特征提取。
[0015]本發(fā)明的傳輸電纜用于連接信號發(fā)生器和渦流線圈，采用屏蔽同軸電纜，長度小于lm，寄生電容值小于100pF/m，這樣可以有效地降低噪聲信號的干擾，減小傳輸損耗。
[0016]所述的鎖相放大模塊電壓輸入的滿刻度靈敏度為2nV ~ IV，最大輸出電壓為±10V，頻率范圍為ImHz ~ 250kHz，共模抑制比大于100dB，最大動態(tài)儲備大于100dB，最大增益達90dB，對微小信號具有很高的靈敏度，檢測能力強。
[0017]有益效果
本發(fā)明的CFRP復(fù)合材料的中頻渦流檢測系統(tǒng)實現(xiàn)了 CFRP復(fù)合材料特性和損傷的檢測與判斷，設(shè)計合理、操作簡單、效率高、價格低廉。設(shè)計的線圈控制機構(gòu)采用柔性彈簧機構(gòu)壓緊線圈，使之始終貼合被測件表面，減少提離效應(yīng)的影響，同時，各模塊的設(shè)計對于微小信號具有很高的靈敏度，檢測能力強。
【附圖說明】
[0018]
[0019]圖1是CFRP復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是同軸電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是渦流線圈結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的渦流線圈檢測信號示意圖；
圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖6是本發(fā)明的線圈控制機構(gòu)裝配示意圖。
【具體實施方式】
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[0021]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步說明。
[0022]以下實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了具體的實施方案和操作過程，但本發(fā)明保護的范圍不限于下述的實施例。
[0023]如圖1所示，是本實施例的待測試件一CFRP復(fù)合材料板，該復(fù)合材料由不同角度方向的纖維層堆疊組成，每層0.125mm，共8層，圖1所示為其中一種鋪層方式。
[0024]如圖2所示，為本實施例中采用的傳輸電纜4，由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、鋁箔屏蔽、編織屏蔽和護套構(gòu)成，其長度小于lm，寄生電容值小于100pF/m，可有效地降低噪聲信號的干擾，減小傳輸損耗。
[0025]如圖3所示，本實施例的渦流傳感單元3包括渦流激勵線圈5和渦流檢測線圈6，渦流激勵線圈5和渦流檢測線圈6均采用空心圓餅線圈，左右排列組成如圖3所示的發(fā)射-接收式，線圈的內(nèi)徑為1.2mm，外徑為3.2mm，高度0.8mm，激勵線圈和檢測線圈的中心間距為5mmο
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