太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法技术

本发明专利技术公开了太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法，制备胶接结构样本；利用太赫兹时域光谱系统对胶接结构样本进行测试；获取胶接结构样本粘合部分的时域信号；将时域信号变换为频域信号；对胶接结构样本在太赫兹时域光谱系统的反射模式下进行二维扫描，分别得到三维时域数据矩阵和三维频域数据矩阵；应用太赫兹三维时域数据矩阵的时间轴数据对胶接结构样本进行成像；应用三维频域数据矩阵的频谱轴数据对胶接结构样本进行成像；根据成像结果对胶接结构样本的脱粘缺陷进行人工识别。本发明专利技术不会破坏待测样本，为非接触式检测，并且在检测过程中不需要在复合材料表面涂抹其他辅助物质，避免了对样本的污染和伤害。

Detection of debonding defects in composite adhesive structures by terahertz time-domain spectroscopy

The invention discloses a method of terahertz time-domain spectroscopy to detect the debonding defects of the adhesive bonding structure of composite materials. The sample of the adhesive structure is prepared. The time domain signal of the adhesive part of the adhesive structure is obtained by the terahertz time-domain spectrum system, and the time domain signal is transformed into a frequency domain signal, and the adhesive structure is used. The sample is scanned by the reflection mode of the terahertz time-domain spectrum system, and the three dimensional time domain data matrix and the 3D frequency domain data matrix are obtained respectively. The time axis data of the terahertz time domain data matrix is used to image the adhesive structure sample, and the adhesive structure is applied to the 3D frequency domain data matrix. The samples were imaging, and the debonding defects of the adhesive structure samples were manually identified according to the imaging results. The invention will not destroy the samples to be measured, be non-contact detection, and do not need to apply other auxiliary materials on the surface of the composite in the detection process, so as to avoid the pollution and damage to the sample.

【技术实现步骤摘要】
太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法
本专利技术涉及太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法。
技术介绍
复合材料的胶接结构在工程应用中有诸多的优越性，胶接技术是包括国防工业在内的现代工业中越来越广泛采用的工艺技术，其中包括金属材料之间、金属材料与非金属材料之间及非金属材料之间各类材料的胶接。其中复合材料夹层结构，它是一种层合复合材料，面板和芯材用胶接的方法连接起来，具有强度高、重量小、成本低等优点，被广泛应用于航空、雷达、汽车、建筑、风电等领域。胶接的过程中工艺条件和环境的影响，容易使夹层结构胶接面产生脱粘缺陷，以及实施过程中疲劳、老化、腐蚀等各种因素也容易造成弱粘接或者脱粘缺陷，大大降低构件性能，影响复合材料的可靠性。胶接结构界面粘接状况的无损检测技术中，常用的射线检测方法对复合材料中的分层缺陷不敏感，不易发现与射线垂直方向上的缺陷；超声波检测方法为接触式检测，且速度慢，检测周期长；红外检测法检测胶接结构，对面板的厚度和材料的导热系数有要求。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法，利用太赫兹对电介质PMI和胶层有穿透性，对金属材料钢板有很强反射性，建立太赫兹与胶接结构的相互作用模型，对胶接结构进行反射模式的二维扫描和数据成像处理，实现脱粘缺陷的检测。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法，包括：步骤(1)：制备胶接结构样本；所述胶接结构样本，包括：复合材料层和金属层，所述复合材料层和金属层之间通过胶进行部分粘合；步骤(2)：利用太赫兹时域光谱系统对胶接结构样本进行测试；步骤(3)：获取胶接结构样本粘合部分的时域信号作为第一时域参考信号ref1；获取胶接结构样本未粘合部分的时域信号作为第二时域参考信号ref2；步骤(4)：将第一时域参考信号ref1进行傅里叶变换为第一频域参考信号；将第二时域参考信号ref2进行傅里叶变换为第二频域参考信号；步骤(5)：对胶接结构样本在太赫兹时域光谱系统的反射模式下进行二维扫描，分别得到三维时域数据矩阵和三维频域数据矩阵；步骤(6)：应用太赫兹三维时域数据矩阵的时间轴数据对胶接结构样本进行成像，根据设定时间位置对应的信号幅值、幅值最大值和延迟时间对胶接结构样本进行成像；步骤(7)：应用三维频域数据矩阵的频谱轴数据对胶接结构样本进行成像，根据频域信号不同频点的幅值和所有频点幅值叠加值分别对胶接结构样本成像；步骤(8)：根据步骤(6)和步骤(7)的成像结果对胶接结构样本的脱粘缺陷进行人工识别。所述步骤(7)应用太赫兹频域信号不同频点的幅值对胶接结构样本成像，频点的选择粘合部分的与未粘合部分的频域幅值差大于设定阈值的频点；Δf(ω)＝fref1(ω)-fref2(ω)；其中，fref1(ω)为粘合部分的频谱，fref2(ω)为未粘合部分的频谱，Δf(ω)为粘合部分的与未粘合部分频谱的幅值差。所述复合材料为PMI泡沫材料；所述金属层为304钢板。所述步骤(2)采用的太赫兹时域光谱系统工作在反射模式下，实验时，胶接结构样本放置在充满干燥空气的封闭箱内，空气湿度控制在0～2％，温度控制在20℃。所述步骤(5)的步骤为：步骤(51)：根据第一时域参考信号ref1获得粘合部分的时域波形；根据第二时域参考信号ref2获得未粘合部分的时域波形；步骤(52)：对胶接结构样本在太赫兹时域光谱系统的反射模式下进行X和Y方向的二维扫描，每个扫描点对应一个太赫兹时域脉冲，得到x轴、y轴和时间轴的三维时域数据矩阵；步骤(53)：将三维时域数据矩阵进行傅里叶变换，得到x轴，y轴和频谱轴的三维频域数据矩阵。所述步骤(6)应用太赫兹时域信号的设定时间位置对应的信号幅值对胶接结构样本进行成像，所述时间位置选择粘合部分与未粘合部分的时域信号幅值差大于设定阈值的时间位置，即第一时域参考信号ref1和第二时域参考信号ref2的幅值差大于设定阈值的时间位置；Δf(t)＝fref1(t)-fref2(t)；其中，fref1(t)为粘合部分的时域脉冲波形，fref2(t)为未粘合部分的时域脉冲波形，Δf(t)为粘合部分的与未粘合部分的时域信号幅值差。所述步骤(6)应用太赫兹时域信号的幅值最大值对样本成像，所述幅值最大值是每个扫描点对应时域信号的幅值最大值。所述步骤(6)应用太赫兹时域信号的延迟时间对胶接结构样本进行成像，所述延迟时间为粘合部分时域信号幅值最大值对应的时间位置与每个扫描点时域信号数据幅值最大值对应的时间位置之差。fref1_max＝fref1(t0)；f扫描_max＝f扫描(t1)；Δt＝t0-t1；其中，fref1_max为粘合部分所测得时域信号的幅值最大值，f扫描_max为每个扫描点所测得时域信号的幅值最大值，fref1为粘合部分所测得时域信号，f扫描为每个扫描点所测得时域信号，t0为粘合部分时域信号幅值最大值对应的时间位置，t1每个扫描点的时域信号幅值最大值对应的时间位置，Δt为延迟时间。所述步骤(6)中，一个扫描点(x,y)对应一个时间轴数据，时间轴数据为扫描点对应的时域信号。所述步骤(7)中，一个扫描点(x,y)对应一个频谱轴数据，频谱轴数据即为扫描点对应的频域信号。本专利技术的有益效果在于：本专利技术不会破坏待测样本，为非接触式检测，并且在检测过程中不需要在复合材料表面涂抹其他辅助物质，避免了对样本的污染和伤害。此外，太赫兹辐射对人体没有电离伤害，安全性高。本专利技术提供的基于太赫兹时域光谱技术检测复合材料胶接结构的脱粘缺陷的方法：应用太赫兹三维时域数据矩阵的时间轴数据，提取设定时间位置对应的信号幅值、幅值最大值和延迟时间对样本成像，成像结果能够清晰的显示脱粘缺陷的存在和位置；将太赫兹三维频域数据矩阵的频谱轴数据，提取频域信号不同频点的幅值和所有频点幅值叠加值分别对胶接结构样本成像，成像结果也能够有效的发现脱粘缺陷的存在和位置。本专利技术提供的基于太赫兹时域光谱技术检测复合材料胶接结构的脱粘缺陷的方法能够有效的检测出复合材料胶接结构脱粘缺陷的存在，并能够准确确定脱粘缺陷的位置。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为基于太赫兹光谱技术的复合材料胶接结构脱粘缺陷检测方法流程图。图2为反射型太赫兹时域光谱系统原理示意图。图3为制备的实验样本结构图。图4为粘合部分与未粘合部分的时域参考信号。图5为粘合部分与未粘合部分的时域参考信号变换至频域。图6为粘合部分的与未粘合部分的时域信号幅值差。图7为粘合部分的与未粘合部分的频域信号幅值差。图8为t＝38.72ps时间位置的成像结果。图9为t＝39.5ps时间位置的成像结果。图10为t＝41.37ps时间位置的成像结果。图11为时域脉冲最大幅值成像结果。图12为延迟时间成像结果。图13为频域f＝0.66THz的成像结果。图14为频域f＝0.84THz的成像结果。图15为频域所有频点的幅值叠加的成像结果。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法，其特征是，包括：步骤(1)：制备胶接结构样本；所述胶接结构样本，包括：复合材料层和金属层，所述复合材料层和金属层之间通过胶进行部分粘合；步骤(2)：利用太赫兹时域光谱系统对胶接结构样本进行测试；步骤(3)：获取胶接结构样本粘合部分的时域信号作为第一时域参考信号ref1；获取胶接结构样本未粘合部分的时域信号作为第二时域参考信号ref2；步骤(4)：将第一时域参考信号ref1进行傅里叶变换为第一频域参考信号；将第二时域参考信号ref2进行傅里叶变换为第二频域参考信号；步骤(5)：对胶接结构样本在太赫兹时域光谱系统的反射模式下进行二维扫描，分别得到三维时域数据矩阵和三维频域数据矩阵；步骤(6)：应用太赫兹三维时域数据矩阵的时间轴数据对胶接结构样本进行成像，根据设定时间位置对应的信号幅值、幅值最大值和延迟时间对胶接结构样本进行成像；步骤(7)：应用三维频域数据矩阵的频谱轴数据对胶接结构样本进行成像，根据频域信号不同频点的幅值和所有频点幅值叠加值分别对胶接结构样本成像；步骤(8)：根据步骤(6)和步骤(7)的成像结果对胶接结构样本的脱粘缺陷进行人工识别。...

【技术特征摘要】
1.太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法，其特征是，包括：步骤(1)：制备胶接结构样本；所述胶接结构样本，包括：复合材料层和金属层，所述复合材料层和金属层之间通过胶进行部分粘合；步骤(2)：利用太赫兹时域光谱系统对胶接结构样本进行测试；步骤(3)：获取胶接结构样本粘合部分的时域信号作为第一时域参考信号ref1；获取胶接结构样本未粘合部分的时域信号作为第二时域参考信号ref2；步骤(4)：将第一时域参考信号ref1进行傅里叶变换为第一频域参考信号；将第二时域参考信号ref2进行傅里叶变换为第二频域参考信号；步骤(5)：对胶接结构样本在太赫兹时域光谱系统的反射模式下进行二维扫描，分别得到三维时域数据矩阵和三维频域数据矩阵；步骤(6)：应用太赫兹三维时域数据矩阵的时间轴数据对胶接结构样本进行成像，根据设定时间位置对应的信号幅值、幅值最大值和延迟时间对胶接结构样本进行成像；步骤(7)：应用三维频域数据矩阵的频谱轴数据对胶接结构样本进行成像，根据频域信号不同频点的幅值和所有频点幅值叠加值分别对胶接结构样本成像；步骤(8)：根据步骤(6)和步骤(7)的成像结果对胶接结构样本的脱粘缺陷进行人工识别。2.如权利要求1所述的太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法，其特征是，所述复合材料为PMI泡沫材料；所述金属层为304钢板。3.如权利要求1所述的太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法，其特征是，所述步骤(2)采用的太赫兹时域光谱系统工作在反射模式下，实验时，胶接结构样本放置在充满干燥空气的封闭箱内，空气湿度控制在0～2％，温度控制在20℃。4.如权利要求1所述的太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法，其特征是，所述步骤(5)的步骤为：步骤(51)：根据第一时域参考信号ref1获得粘合部分的时域波形；根据第二时域参考信号ref2获得未粘合部分的时域波形；步骤(52)：对胶接结构样本在太赫兹时域光谱系统的反射模式下进行X和Y方向的二维扫描，每个扫描点对应一个太赫兹时域脉冲，得到x轴、y轴和时间轴的三维时域数据矩阵；步骤(53)：将三维时域数据矩阵进行傅里叶变换，得到x轴，y轴和频谱轴的三维频域数据矩阵。5.如权利要求1所述的太赫兹时域光谱检测复合材料胶接结构脱粘缺陷的方法，其特征是，所述步骤(6)应用太赫兹时域信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘陵玉，常天英，张献生，张延波，崔洪亮，
申请(专利权)人：山东省科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37