一种复合材料结构R区缺陷超声判别方法技术

本发明专利技术属于无损检测技术领域，涉及一种复合材料结构R区缺陷超声判别方法。本发明专利技术方法基于来自被检测复合材料结构R区不同方向和位置的宽带窄脉冲超声波反射信号及其特征，利用其时域幅值、相位、传播时间等参量的变化与被检测复合材料结构R区蒙皮内部、R区蒙皮‑R区填充区界面、R区填充区及其缺陷的信号联系，构建了复合材料结构R区缺陷超声判别方法、检出缺陷的深度位置确定方法，采用软膜接触耦合或喷水耦合、手动或自动扫描方式，实现复合材料结构R区超声RF和成像检测，R区检测厚度范围为0.5～20mm。实际检测效果表明，显著提高了复合材料结构R区超声检测缺陷判别的准确性和可靠性以及对R区的缺陷检出能力与可检性。

Ultrasonic discrimination method for R zone defect of composite structure

The invention belongs to the technical field of nondestructive testing, and relates to a method for identifying the defect of the R area of the composite structure. Based on the method of the invention is different from broadband direction and position detection of composite structure R narrow ultrasonic reflection signal and its characteristic pulse using time domain amplitude, phase, and other parameters change propagation time and the detected composite structures R and R internal skin skin R interface, R area filling area filling area and the defect signal, the method of determining the depth of construction of composite structure R ultrasonic identifying method, defect detection, using soft contact coupling or water coupling, manual or automatic scanning mode, realize the composite material of RF and ultrasound imaging structure R detection, R detection zone thickness range from 0.5 to 20mm. The actual test results show that the accuracy and reliability of the ultrasonic flaw detection in the R area of the composite structure can be significantly improved, and the ability to detect defects in the R area and the detectability can be detected.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无损检测
，涉及一种复合材料结构R区缺陷超声判别方法。
技术介绍
复合材料结构已经在在航空航天、交通等领域得到了批量应用，R区是复合材料结构中的重要连接与几何过渡区，起着承载和传力作用。因此，通常要求对复合材料结构中的R区进行100％覆盖无损检测。目前，主要是基于来自复合材料结构R区超声反射信号的幅值(即dB法)进行缺陷判别，其主要不足是：由于复合材料结构R区内部结构复杂，由此会造成复杂的声波反射信号，影响缺陷的判别和缺陷的定量分析，容易造成缺陷漏检和误判。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对判别复合材料结构中的R区缺陷存在的不足，提出一种复合材料结构R区缺陷超声判别方法。本专利技术的技术解决方案是，1.所述的一种复合材料结构R区缺陷超声判别方法，由超声换能器、超声单元、扫描单元、信号处理单元和显示单元构成，超声换能器与被检测复合材料结构R区蒙皮表面之间采用液体耦合剂，超声换能器在超声单元的作用下，产生宽带窄脉冲入射超声波信号通过耦合剂传播到被检测复合材料结构R区蒙皮(6A、6B和6C)表面，中的一部分在被检测复合材料结构R区蒙皮表面形成宽带窄脉冲反射超声波信号另一部分声波经过在被检测复合材料结构R区蒙皮表面反射/折射后，在被检测复合材料结构R区蒙皮内部形成宽带窄脉冲透射超声波信号当传播到被检测复合材料结构R区中的蒙皮-R填充区界面时，经过再次反射/折射后，在被检测复合材料结构R区中的填充区内形成宽带窄脉冲透射超声波信号和在被检测复合材料结构R区中的蒙皮-R填充区界面形成的宽带窄脉冲反射超声波信号在被检测复合材料结构R区中的蒙皮内缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波在被检测复合材料结构R区中的蒙皮-R填充区(6D)界面缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波在被检测复合材料结构R区中的填充区内缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波这里，AI、tI分别为的幅值、相位和自发出后传播时间，AF、tF分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区中的蒙皮表面的时间，AT1、tT1分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区中蒙皮(内部的时间，AT2、tT2分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R中的填充区内的时间，AB、tB分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区中的蒙皮-R填充区界面的时间，AD1、tD1分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区中的蒙皮内缺陷界面的时间，AD2、tD2分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区中的蒙皮-R填充区界面缺陷界面的时间，AD3、tD3分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区中的填充区内部缺陷界面的时间，由超声换能器接收来自被检测复合材料结构R区中的宽带窄脉冲反射超声波信号，经过信号处理单元处理后，由显示单元显示宽带窄脉冲反射超声波信号，并基于此宽带窄脉冲反射超声波信号或其对应的图像信号进行被检测复合材料结构R区中的缺陷判，其中：1)当显示单元显示的检测信号满足下列条件时：判别被检测复合材料结构R区中没有缺陷，其中，这里，AF＝R1AI，tF＝tI，ρ1，υ1——分别为超声换能器与被检测复合材料结构R区中的蒙皮表面之间的液体耦合剂的密度和声速，ρ2，υ2——分别为被检测复合材料结构R区中的蒙皮的密度和声速，Sgn(R1)——为取R1的正负号函数；当R1＞0时，Sgn(R1)＝1，R1＜0时，Sgn(R1)＝-1；这里，AB＝T1T1'R2AI，且当AB＝0时，即表示此时在被检测复合材料结构R区中的蒙皮-R填充区界面没有形成宽带窄脉冲反射超声波信号被检测复合材料结构R区中的蒙皮的厚度h由下式确定：这里，tB——为从被检测复合材料结构R区中的蒙皮表面传播到蒙皮-R填充区界面的往返所需时间，当AB≠0时，则即表示此时在被检测复合材料结构R区中的蒙皮-R填充区界面形成了宽带窄脉冲反射超声波信号且且当超声换能器从被检测复合材料结构R区中的蒙皮一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区中的蒙皮的厚度h1，即h＝h1，当超声换能器从被检测复合材料结构R区中的蒙皮一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区中的蒙皮的厚度h2，即h＝h2，当超声换能器从被检测复合材料结构R区中的蒙皮一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区中的蒙皮的厚度h3，即h＝h3，ρ3，υ3——分别为被检测复合材料结构R区中的R填充区的密度和声速，α1——为宽带窄脉冲超声波在被检测复合材料结构R区中的蒙皮中的声衰减系数，当T1T1'R2＞0时，Sgn(T1T1'R2)＝1，T1T1'R2＜0时，Sgn(T1T1'R2)＝-1；2)当显示单元(5)显示的检测信号满足下列条件时：且会出现的二次宽带窄脉冲超声波信号判别被检测复合材料结构R区中的蒙皮内有缺陷，其中，AB＝0或AB→0，与缺陷的性质和大小有关，这里，AD1＝T1T1'RD1AI，ρD1，υD1——分别为被检测复合材料结构R区中的蒙皮中的缺陷的密度和声速，当T1T1'RD1＞0时，Sgn(T1T1'RD1)＝1，T1T1'RD1＜0时，Sgn(T1T1'RD1)＝-1，缺陷的深度hD1为：3)当显示单元(5)显示的检测信号满足下列条件时：且出现的二次宽带窄脉冲超声波信号判别被检测复合材料结构R区中的蒙皮-R填充区界面有缺陷，其中，这里，ρD2，υD2——分别为被检测复合材料结构R区中的蒙皮-R填充区界面缺陷的密度和声速，当T1T1'RD2＞0时，Sgn(T1T1'RD2)＝1，T1T1'RD2＜0时，Sgn(T1T1'RD2)＝-1，缺陷的深度hD2等于蒙皮的厚度，且：当超声换能器从蒙皮一侧检测时，hD2＝h1，当超声换能器从蒙皮一侧检测时，hD2＝h2，当超声换能器从蒙皮一侧检测时，hD2＝h3；4)当显示单元显示的检测信号满足下列条件时：且会出现的二次宽带窄脉冲超声波信号判别被检测复合材料结构R区中的R填充区内部存在缺陷，其中，在R填充区内部缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波这里，AD3＝T1T1'T2T2'RD3AI，ρD3，υD3——分别为被检测复合材料结构R区中的R填充区内部缺陷的密度和声速，当T1T1'T2T2'RD3＞0时，Sgn(T1T1'T2T2'RD3)＝1，T1T1'T2T2'RD3＜0时，Sgn(T1T1'T2T2'RD3)＝-1，hD3——为缺陷的深度，由下式确定，采用超声RF方式记录和显示来自被检测复合材料结构R区(6)的宽带窄脉冲超声波信号，通过移动超声换能器从被检测复合材料结构R区中的蒙皮不同方向进行检测，实现对被检测复合材料结构R区不同部位和不同类型的R区进行超声覆盖检测。超声换能器与被检测复合材料结构R区中的蒙皮表面之间采用软膜接触耦合或喷水耦合。超声换能器的脉冲周期1-1.5周，频率2-10MHz之间选择，通过手动或者多轴扫描机构实现超声换能器对被检测复合材料结构R区的扫描检测。超声单元的增益可调、阻尼可调，带宽不小于40MHz。显示单元采用超声RF显示和图像显示方式。本专利技术具有的优点和有益效果，本专利技术方法基于来自被检测复合材料结构R区不同方向和位置的宽带窄脉冲超声波反射信号及其特征，利用其时域幅值、相位、传播时间等参量的变化与被检测复合材料结构R区蒙皮内部、R区蒙皮-R区填充区界面、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料结构R区缺陷超声判别方法，由超声换能器(1)、超声单元(2)、扫描单元(3)、信号处理单元(4)和显示单元(5)构成，其特征是，超声换能器(1)与被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B和6C)表面之间采用液体耦合剂，超声换能器(1)在超声单元(2)的作用下，产生宽带窄脉冲入射超声波信号通过耦合剂传播到被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B和6C)表面，中的一部分在被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B和6C)表面形成宽带窄脉冲反射超声波信号另一部分声波经过在被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B和6C)表面反射/折射后，在被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B和6C)内部形成宽带窄脉冲透射超声波信号当传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)‑R填充区(6D)界面时，经过再次反射/折射后，在被检测复合材料结构R区(6)中的填充区(6D)内形成宽带窄脉冲透射超声波信号和在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)‑R填充区界面形成的宽带窄脉冲反射超声波信号在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮内缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)‑R填充区(6D)界面缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波在被检测复合材料结构R区(6)中的填充区(6D)内缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波这里，AI、tI分别为的幅值、相位和自发出后传播时间，AF、tF分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)表面的时间，AT1、tT1分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中蒙皮(6A、6B和6C)内部的时间，AT2、tT2分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R(6)中的填充区(6D)内的时间，AB、tB分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)‑R填充区(6D)界面的时间，AD1、tD1分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)内缺陷界面的时间，AD2、tD2分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)‑R填充区(6D)界面缺陷界面的时间，AD3、tD3分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的填充区(6D)内部缺陷界面的时间，由超声换能器(1)接收来自被检测复合材料结构R区(6)中的宽带窄脉冲反射超声波信号，经过信号处理单元(4)处理后，由显示单元(5)显示宽带窄脉冲反射超声波信号，并基于此宽带窄脉冲反射超声波信号或其对应的图像信号进行被检测复合材料结构R区(6)中的缺陷判，其中：1)当显示单元(5)显示的检测信号满足下列条件时：判别被检测复合材料结构R区(6)中没有缺陷，其中，这里，AF＝R1AI，tF＝tI，R1=ρ2υ2-ρ1υ1ρ2υ2+ρ1υ1,]]>ρ1，υ1——分别为超声换能器(1)与被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)表面之间的液体耦合剂的密度和声速，ρ2，υ2——分别为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)的密度和声速，Sgn(R1)——为取R1的正负号函数；当R1＞0时，Sgn(R1)＝1，R1＜0时，Sgn(R1)＝‑1；这里，AB＝T1T1'R2AI，且当AB＝0时，即表示此时在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)‑R填充区(6D)界面没有形成宽带窄脉冲反射超声波信号被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)的厚度h由下式确定：这里，tB——为从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)表面传播到蒙皮(6A、6B和6C)‑R填充区(6D)界面的往返所需时间，当AB≠0时，则即表示此时在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)‑R填充区(6D)界面形成了宽带窄脉冲反射超声波信号且且当超声换能器(1)从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6B)一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6B)的厚度h1，即h＝h1，当超声换能器(1)从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A)一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A)的厚度h2，即h＝h2，当超声换能器(1)从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6C)一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6C)的厚度h3，即h＝h3，T1=2ρ2υ2ρ1υ1+ρ2υ2,]]>T1′=2ρ1&upsi...

【技术特征摘要】
1.一种复合材料结构R区缺陷超声判别方法，由超声换能器(1)、超声单元(2)、扫描单元(3)、信号处理单元(4)和显示单元(5)构成，其特征是，超声换能器(1)与被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B和6C)表面之间采用液体耦合剂，超声换能器(1)在超声单元(2)的作用下，产生宽带窄脉冲入射超声波信号通过耦合剂传播到被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B和6C)表面，中的一部分在被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B和6C)表面形成宽带窄脉冲反射超声波信号另一部分声波经过在被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B和6C)表面反射/折射后，在被检测复合材料结构R区(6)蒙皮(6A、6B和6C)内部形成宽带窄脉冲透射超声波信号当传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)-R填充区(6D)界面时，经过再次反射/折射后，在被检测复合材料结构R区(6)中的填充区(6D)内形成宽带窄脉冲透射超声波信号和在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)-R填充区界面形成的宽带窄脉冲反射超声波信号在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮内缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)-R填充区(6D)界面缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波在被检测复合材料结构R区(6)中的填充区(6D)内缺陷周围形成反射宽带窄脉冲超声波这里，AI、tI分别为的幅值、相位和自发出后传播时间，AF、tF分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)表面的时间，AT1、tT1分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中蒙皮(6A、6B和6C)内部的时间，AT2、tT2分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R(6)中的填充区(6D)内的时间，AB、tB分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)-R填充区(6D)界面的时间，AD1、tD1分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)内缺陷界面的时间，AD2、tD2分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)-R填充区(6D)界面缺陷界面的时间，AD3、tD3分别为的幅值、相位和传播到被检测复合材料结构R区(6)中的填充区(6D)内部缺陷界面的时间，由超声换能器(1)接收来自被检测复合材料结构R区(6)中的宽带窄脉冲反射超声波信号，经过信号处理单元(4)处理后，由显示单元(5)显示宽带窄脉冲反射超声波信号，并基于此宽带窄脉冲反射超声波信号或其对应的图像信号进行被检测复合材料结构R区(6)中的缺陷判，其中：1)当显示单元(5)显示的检测信号满足下列条件时：判别被检测复合材料结构R区(6)中没有缺陷，其中，这里，AF＝R1AI，tF＝tI，R1=ρ2υ2-ρ1υ1ρ2υ2+ρ1υ1,]]>ρ1，υ1——分别为超声换能器(1)与被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)表面之间的液体耦合剂的密度和声速，ρ2，υ2——分别为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)的密度和声速，Sgn(R1)——为取R1的正负号函数；当R1＞0时，Sgn(R1)＝1，R1＜0时，Sgn(R1)＝-1；这里，AB＝T1T1'R2AI，且当AB＝0时，即表示此时在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)-R填充区(6D)界面没有形成宽带窄脉冲反射超声波信号被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)的厚度h由下式确定：这里，tB——为从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)表面传播到蒙皮(6A、6B和6C)-R填充区(6D)界面的往返所需时间，当AB≠0时，则即表示此时在被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A、6B和6C)-R填充区(6D)界面形成了宽带窄脉冲反射超声波信号且且当超声换能器(1)从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6B)一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6B)的厚度h1，即h＝h1，当超声换能器(1)从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A)一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6A)的厚度h2，即h＝h2，当超声换能器(1)从被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6C)一侧检测时，h为被检测复合材料结构R区(6)中的蒙皮(6C)的厚度h3，即h＝h3，T1=2ρ2υ2ρ1υ1+ρ2υ2,]]>...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松平，刘菲菲，李乐刚，白金鹏，傅天航，
申请(专利权)人：中航复合材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11