一种利用兰姆导波对复合材料进行损伤检测的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用兰姆导波对复合材料进行损伤检测的装置和方法，包括复合材料板、多个PZT传感器、任意波发生器、高电压放大器、数据采集器和计算机，利用计算机对PZT传感器受到的激励信号和发出的相应信号进行采集和计算，对复合材料板处于健康状态和损伤状态下的兰姆波响应信号分别作极差包络并相减获得兰姆波经过圆孔反射和散射后的损伤信号（圆孔相当于复合材料板的损伤处），将损伤信号叠加，可以消除随机误差的影响，并使损伤信号的幅值增大，大大增加了测量结果的准确性和可靠性，能够使测量损伤路程与实际路程的偏差保持在7%以内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料损伤检测领域，尤其涉及一种利用兰姆导波对复合材料进行损伤检测的方法。
技术介绍
复合材料具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀、抗疲劳和优良的隔热隔音性能等特点，在不同的领域内都得到了大量的使用；但是复合材料制件在制造和使用过程中容易产生脱粘、分层和裂纹等问题；为了满足工业产品高质量、高可靠性和长寿命的要求，必须对复合材料制件进行全方位的检测，对于肉眼没办法观测的裂纹损伤的检测尤为重要；目前的检测方式为超声无损检测，超声无损检测在一些比较贵重和关键的产品的制造的质量检测阶段应用广泛，像在制冷系统的管道焊缝质量控制及航空产品中的应用，尤其在对由碳纤维增强树脂基复合材料制造的航空航天制件中，对这类大型结构的超声无损检测，要求检测过程快速而准确，并且尽可能多的降低成本；目前的超声无损检测在换能器和被检材料之间需要一定的耦合介质，大部分采用一层液体或者胶体，但是这种检测方法的效率极低，特别是在一些不规则的表面上，甚至会出现无法检测的现象。
技术实现思路
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【技术保护点】
一种利用兰姆导波对复合材料进行损伤检测的装置，包括复合材料板和多个PZT传感器，其特征在于：还包括任意波发生器、高电压放大器、数据采集器和计算机，其中PZT传感器关于复合材料板上表面中心对称，计算机与任意波发生器通信连接，任意波发生器的输出端与高电压放大器的输入端连接，高压放大器经过测试探棒与PZT传感器电连接，PZT传感器通过测试探棒与数据采集器电连接，数据采集器与计算机通信连接；所述的计算机用于控制任意波发生器发出激励信号，高电压放大器用于放大激励信号，数据采集器用于采集PZT传感器受到激励后产生的响应信号并将响应信号传输给计算机，计算机还用于分析和计算响应信号。

【技术特征摘要】
2016.01.26 CN 20162007762141.一种利用兰姆导波对复合材料进行损伤检测的装置，包括复合材料
板和多个PZT传感器，其特征在于：还包括任意波发生器、高电压放大器、数
据采集器和计算机，其中PZT传感器关于复合材料板上表面中心对称，计算机
与任意波发生器通信连接，任意波发生器的输出端与高电压放大器的输入端连接，
高压放大器经过测试探棒与PZT传感器电连接，PZT传感器通过测试探棒与数
据采集器电连接，数据采集器与计算机通信连接；所述的计算机用于控制任意波
发生器发出激励信号，高电压放大器用于放大激励信号，数据采集器用于采集
PZT传感器受到激励后产生的响应信号并将响应信号传输给计算机，计算机还用
于分析和计算响应信号。
2.根据权利要求1所述的一种利用兰姆导波对复合材料进行损伤检测
的装置，其特征在于：所述的PZT传感器采用压电陶瓷片，高电压放大器采用
HA-205高电压放大器，数据采集器采用PXIe5122数字化仪，测试探棒采用
GTP-150A-2探棒。
3.利用权利要求1所述的利用兰姆导波对复合材料进行损伤检测的装
置进行损伤检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：测量第i个压电陶瓷片与第j个压电陶瓷片之间的距离：
在待检测的复合材料板上表面粘贴M个压电陶瓷片，M个压电陶瓷片的粘贴
位置关于复合材料板上表面中心对称，第i个压电陶瓷片与第j个压电陶瓷片之
间的距离用Lij表示，其中，i≤M，j≤M，M≥4，i≠j，进入下一步；
B1：当复合材料板处于健康状态下时，求对第i个压电陶瓷片进行激励时，第j
个压电陶瓷片接收到的第n个兰姆波响应信号当复合材料板处于健康状态下时，利用计算机控制任意波发生器产生兰姆波
激励信号u(t)，并利用高电压放大器将兰姆波激励信号u(t)进行放大，被放大
后的兰姆波激励信号u(t)通过测试探棒分别对M个压电陶瓷片中的每个压电陶
瓷片均进行m次激励，则剩余的M-1个压电陶瓷片中的每个压电陶瓷片均接收m
次激励；当复合材料板处于健康状态下时，将对第i个压电陶瓷片进行激励时，
第j个压电陶瓷片接收到的第n个兰姆波响应信号记为其中，m≥5，n≤m，
u(t)=A[H(t)-H(t-n/fc)](1-cos2πfctn)sin2πfct]]>其中，H(t)为Heaviside阶梯函数，A为激励信号的调制幅度，fc为激
励信号的中心频率，N为激励信号的波峰个数；进入下一步；
B2：当复合材料板处于损伤状态下时，求对第i个压电陶瓷片进行激励时，第j
个压电陶瓷片接收到的第n个兰姆波响应信号当复合材料板处于损伤状态下时，利用计算机控制任意波发生器产生兰姆波
激励信号u(t)，并利用高电压放大器将兰姆波激励信号u(t)进行放大，被放大
后的兰姆波激励信号u(t)通过测试探棒分别对M个压电陶瓷片中的每个压电陶
瓷片均进行m次激励，则剩余的M-1个压电陶瓷片中的每个压电陶瓷片均接收m
次激励，当复...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成，铁瑛，纪志星，赵竹君，宋成杰，郑艳萍，赵华东，段玥晨，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41