用于测量复合材料的热降解的系统和方法技术方案

本申请涉及用于测量复合材料的热降解的系统和方法。该系统可以包括：具有内部的外壳，该外壳具有开口，该开口被整形成将所述复合材料的要测试的测试区暴露到所述内部；发光二极管，该发光二极管发射主要为紫外线的辐射，所述二极管安装在所述外壳上，以将所述紫外线辐射引导到所述内部中并通过所述开口；图像传感器，该图像传感器安装在所述外壳上并且开放到所述内部，以接收从所述测试区发射的、通过所述开口进入所述内部的辐射；以及图像处理器，该图像处理器被连接成接收来自所述图像传感器的信号，所述图像处理器响应于所述信号来确定所述测试区中存在或不存在热降解。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及用于对材料的非破坏性测试的系统和方法，并且更具体地说，涉及用于检测并测量复合材料(compositematerial)的热降解(degradation)的系统和方法。
技术介绍
诸如飞行器这样的交通工具的结构性组件由数量日益增长的复合材料组成，如碳纤维强化塑料(CFRP)。对这种复合材料的热破坏可能因多种原因而发生，包括雷击、布线中的电气短路，或者过热的组件。如果被加热至高温达扩展时段，则复合材料可能丧失一些它们的希望机械特性。具体来说，这种加热可以缩减复合材料用于经得住机械应力的能力。当前，利用便携式FTIR(傅里叶变换红外)频谱仪来执行对复合材料的非破坏性测试，以标识任何潜在的退化。这种便携式装置相对较大且昂贵。FTIR频谱仪使用不同化合物的可选IR(红外)吸收，以使容易区分氧化碳与未氧化材料。复合材料的相对粒状的密度(consistency)导致在检查区域规模(其典型为直径1mm)上可能高度可变。这需要对统计上显著数量的不同的附近点进行测量，以便获得有关损坏程度的可靠推断。这种FTIR频谱仪相对较大且昂贵。而且，它们的尺寸不宜将它们用于检测难于抵达区域的复合材料。因此，需要一种用于测量复合材料的热降解的小型便携式系统。
技术实现思路
本公开致力于提供这样一种用于测量复合材料(composite)的热降解的系统和方法，即，其利用制造和操作上相对廉价的小型手持式检测装置。在一个方面，一种用于测量复合材料的热降解的系统，该系统可以包括：具有内部的外壳，该外壳具有开口，该开口被整形成将所述复合材料的要测试的测试区暴露到所述内部；发光二极管，该发光二极管发射主要为紫外线的辐射，所述二极管安装在所述外壳上，以将紫外线辐射引导到所述内部中并通过所述开口；图像传感器，该图像传感器安装在所述外壳上并且开放到所述内部，以接收从所述测试区发射的、通过所述开口进入所述内部的辐射；以及图像处理器，该图像处理器被连接成接收来自所述图像传感器的信号，所述图像处理器响应于所述信号来确定所述测试区中存在或不存在热降解。在另一方面，一种用于测量复合材料的热降解的系统，该系统可以包括：外壳，该外壳具有形成内部的侧壁、顶壁以及底壁，所述外壳具有开口，该开口被整形成将要测试的样本暴露到所述内部；发光二极管，该发光二极管发射主要为紫外线的辐射，所述二极管安装在所述外壳的所述侧壁中，以将紫外线辐射引导到所述内部中并通过所述开口，并且所述系统包括高通滤波器，该高通滤波器仅允许来自所述发光二极管的紫外线辐射进入所述内部；椭球面镜，该椭球面镜安装在所述内部内的所述侧壁上，并且被整形并定位成，接收所述紫外线辐射，并将所述紫外线辐射反射通过所述开口；图像传感器，该图像传感器安装在所述外壳的所述顶壁上并且开放到所述内部，以接收从所述样本发射的、通过所述开口的辐射；安装在所述内部内的所述顶壁上的第一抛物面镜，和安装在所述内部内的所述底壁上的第二抛物面镜，所述第一抛物面镜面对所述第二抛物面镜，以使由所述样本发射的辐射从所述第一抛物面镜反射至所述第二抛物面镜，接着从所述第二抛物面镜反射至所述图像传感器；以及图像传感器，该图像传感器被连接成接收来自所述图像传感器的信号，所述图像处理器具有显示器，该显示器响应于所述信号来指示所述样本存在或不存在热降解。在又一方面，一种用于测量复合材料的热降解的方法，该方法可以包括以下步骤：启动发光二极管，以将主要为紫外线的辐射发射到外壳的内部；引导所述紫外线辐射从所述外壳的所述内部通过所述外壳中的开口到样本的一部分，以使所述样本以荧光发出可见光辐射；通过安装在所述外壳上并且向所述内部开放的图像传感器来检测所述可见光辐射；通过图像处理器接收来自所述图像传感器的信号，该信号指示通过所述图像传感器检测的可见光辐射的特性；以及响应于通过所述图像处理器接收的所述信号，设置显示器，该显示器指示所述样本的所述一部分存在或不存在热降解。根据下面的描述、附图以及所附权利要求书，所公开的用于测量复合材料的热降解的系统和方法的其它目的与优点将变清楚。附图说明图1是用于测量复合材料的热降解的系统的一方面的示意性侧视图；图2是显示通过图1的系统接收的数据的示意性表述；图3A、3B以及3C是利用计算比率的两种方法的、复合材料的实际测试样品的第一侧的荧光化辐射强度与暴露温度之比的图形，其中，数据点是可见光谱中的红光段与绿光段、红光段与蓝光段、以及蓝光段与绿光段的强度之比；以及图4A、4B以及4C是利用计算比率的两种方法的、复合材料的实际测试样品的第二相对侧的荧光化辐射强度与暴露温度之比的图形，其中，数据点是可见光谱中的红光段与绿光段、红光段与蓝光段、以及蓝光段与绿光段的强度之比。具体实施方式如图1所示，用于测量复合材料的热降解的系统(总体上指定为10)可以包括外壳12，外壳12形成内部14，该外壳具有被整形成暴露复合材料20的要测试的测试区18的开口16。发光二极管(LED)22可以通过电源23供电，并且发射紫外线辐射，或者发射主要为紫外线的辐射。发光二极管22可以安装在外壳12上，并且被定向成，将紫外线辐射引导穿过侧孔24进入内部14，以将该紫外线辐射引导至开口16。图像传感器26安装在外壳12上，并且开放到内部14，以接收从测试区18发射的、经过开口16进入内部14的辐射28。图像处理器30可以被连接成接收来自图像传感器26的信号，如下详细描述的，图像处理器可以响应于来自图像传感器26的信号，来确定测试区18中存在或不存在热降解。在实施方式中，外壳12可以包括：侧壁32、附接至侧壁的上壁34，以及附接至侧壁的下壁36。侧壁32可以在形状上总体为圆筒形，并且上壁34和下壁36可以被圆盘状地整形，在直径上匹配侧壁。侧壁可以包括容纳二极管22的侧孔24。侧壁32、上壁34以及下壁36可以组合，以限定外壳12的内部14。发光二极管22可以安装在附接或安装在侧壁32上的外壳38内。图像传感器26可以安装在形成在上壁34中的凹部40中。开口16可以形成在下壁36中。在实施方式中，外壳12可以包括：位于内部14中的第一反射表面42。第一反射表面42可以被整形并定位成，接收从测试区18发射的辐射28，并将从测试区发射或荧光化的辐射反射至图像传感器26。而且，在该实施方式中，第一反射表面42可以包括：安装在上壁34上的第一抛物面镜44和安装在下壁36上的第二抛物面镜46。第一抛物面镜44和第二抛物面镜46可以被整形并定位成，使得第一抛物面镜接收从测试区18发射或荧光化的辐射28，并将从测试区发射的辐射反射至第二抛物面镜46。第二抛物面镜可以被整形并定位成，将从测试区18发射的并且从第一抛物面镜44反射的辐射28反射至图像传感器26。在实施方式中，第一抛物面镜44和第二抛物面镜46可以彼此面对，而且，还在其它实施方式中，它们可以位于公共中心轴上并且彼此平行。系统10可以包括第二反射表面48，该第二反射表面48安装在外壳12的内部14中，并且被定位成，接收来自发光二极管22的紫外线辐射50。第二反射表面48可以被定位成，将紫外线辐射50向外壳12中的开口16反射，其中，其碰撞复合材料20的、要测试的测试区18。在实施方式中，第二反射表面48可以包括椭球面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量复合材料的热降解的系统，该系统包括：具有内部(14)的外壳(12)，该外壳(12)具有开口(16)，该开口(16)被整形成将所述复合材料(20)的要测试的测试区(18)暴露到所述内部(14)；发光二极管(22)，该发光二极管(22)发射主要为紫外线的辐射，所述二极管安装在所述外壳(12)上，以将紫外线辐射引导到所述内部(14)中并通过所述开口(16)；图像传感器(26)，该图像传感器(26)安装在所述外壳(12)上并且开放到所述内部(14)，以接收从所述测试区(18)发射的、经过所述开口(16)进入所述内部(14)中的辐射；以及图像处理器(30)，该图像处理器(30)被连接成接收来自所述图像传感器(26)的信号，所述图像处理器(30)响应于所述信号来确定所述测试区(18)中存在或不存在热降解。

【技术特征摘要】
2015.09.16 US 14/855,8921.一种用于测量复合材料的热降解的系统，该系统包括：具有内部(14)的外壳(12)，该外壳(12)具有开口(16)，该开口(16)被整形成将所述复合材料(20)的要测试的测试区(18)暴露到所述内部(14)；发光二极管(22)，该发光二极管(22)发射主要为紫外线的辐射，所述二极管安装在所述外壳(12)上，以将紫外线辐射引导到所述内部(14)中并通过所述开口(16)；图像传感器(26)，该图像传感器(26)安装在所述外壳(12)上并且开放到所述内部(14)，以接收从所述测试区(18)发射的、经过所述开口(16)进入所述内部(14)中的辐射；以及图像处理器(30)，该图像处理器(30)被连接成接收来自所述图像传感器(26)的信号，所述图像处理器(30)响应于所述信号来确定所述测试区(18)中存在或不存在热降解。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外壳包括：侧壁(32)、附接至所述侧壁(32)的上壁(34)、以及附接至所述侧壁(32)的下壁(36)，所述侧壁(32)、所述上壁(34)以及所述下壁(36)限定所述外壳(12)的所述内部(14)。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述发光二极管(22)安装在所述侧壁(32)中；所述图像传感器(26)安装在所述上壁(26)中；而所述开口(16)形成在所述下壁(36)中。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述外壳(12)包括位于所述内部(14)中的第一反射表面(42)，该第一反射表面(42)被整形并定位成，接收从所述测试区(18)发射的所述辐射，并将从所述测试区(18)发射的所述辐射反射至所述图像传感器(26)。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一反射表面(42)包括安装在所述上壁(34)上的第一抛物面镜(44)和安装在所述下壁(36)上的第二抛物面镜(46)；所述第一抛物面镜和所述第二抛物面镜被整形并定位成，使得所述第一抛物面镜(44)接收从所述测试区(18)发射的所述辐射，并将从所述测试区(18)发射的所述辐射反射至所述第二抛物面镜(46)；而所述第二抛物面镜(46)被整形并定位成，将从所述第一抛物面镜(44)或所述测试区(18)发射的所述辐射反射至所述图像传感器(26)。6.根据权利要求3所述的系统，所述系统还包括：第二反射表面(48)，该第二反射表面(48)安装在所述内部(14)中，并且被定位成接收来自所述发光二极管(22)的所述紫外线辐射，并将所述紫外线辐射反射至所述外壳(12)中的所述开口(16)。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第二反射表面包括椭球面镜(52)。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述椭球面镜附接至保持器(54)，该保持器(54)附接至所述侧壁(32)。9.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括：高通滤波器(56)，该高通滤波器(56)安装在所述外壳(12)中，所述高通滤波器(56)仅准许来自所述发光二极管(22)的所述主要为紫外线的辐射中的紫外线分量通过所述高通滤波器(56)并进入所述内部(14)。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·H·小谢莉，G·J·沃纳，米兰·米洛舍维奇，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US