一种微波热声检测监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微波热声检测监测系统及方法，其中微波热声检测监测系统包括声发射传感器阵列、声发射检测仪、控制系统、热像仪、微波信号发生器、微波信号放大器和微波天线，所述声发射传感器阵列布置在被检物体上，所述热像仪的视场覆盖被检物体的待检测区域，所述微波天线对准被检物体的待检测区域，声发射传感器阵列通过声发射检测仪与控制系统电连接，控制系统依次通过微波信号发生器、微波信号放大器与微波天线电连接，控制系统与热像仪电连接。本发明专利技术既可实现在线实时监测，又可实现缺陷位置的重现和定量，监测范围广，检测灵敏度高，检测结果可靠。

A monitoring system and method for microwave thermoacoustic detection

The invention discloses a microwave thermal acoustic detection system and method for monitoring, the system of microwave thermoacoustic monitoring including acoustic emission sensor array, acoustic emission testing, control system, thermal imager, microwave signal generator and microwave signal amplifier and microwave antenna, the acoustic emission sensors array in the inspected object, the the imager field covers the inspected object to be detected, the microwave antenna alignment to the inspected object detection area, acoustic emission sensor array emission detector is electrically connected with the control system through the sound control system, followed by the microwave signal generator and microwave signal amplifier is connected with the microwave antenna, connection control system and image electrical apparatus. The invention can not only realize on-line real-time monitoring, but also realize the reappearance and quantification of defect position, wide monitoring range, high detection sensitivity and reliable detection result.

【技术实现步骤摘要】
一种微波热声检测监测系统及方法
本专利技术属于结构健康监测、无损检测以及故障诊断领域，特别涉及一种微波热声检测监测系统及方法。
技术介绍
随着现代科学和工业技术的发展，无损检测和健康监测技术已成为保证产品质量和运行安全的必要手段。大型结构构件和设备的检测与质量控制正成为无损检测和结构健康监测领域的一个难点，为了保证检测与监测结果的可靠性，一般要求监测系统能够连续运行，检测系统具有可视化、准确度高的特点。金属材料、混凝土材料以及复合材料构件的无损检测和健康监测技术已较为成熟，如超声法、射线法、涡流法、漏磁法、热成像法、x射线法、声发射法、光纤传感监测法以及压电传感监测等。但这些方法均存在一些局限性。超声法能够实现缺陷的定量检测，但是难以实现构件状态的监测。微波法可以穿透非金属材料，是一种很有潜力的检测技术，主要缺点是很难实现缺陷检测的定位和定量，实时监测难度大。声发射法是一种被动式监测技术，可以监测缺陷的产生和扩展过程，并对缺陷的位置进行定位，但在实际监测中，声发射信号十分微弱，易受噪声干扰，很难对缺陷进行定量分析。目前各类应变传感器包括较先进的FBG传感器的检测范围比较小，只能采集到传感器所在点的应变变化，对损伤的捕捉能力有限。热成像法可以实现大面积检测和监测，近年来在无损检测和健康监测领域得到重视。常见的主动式热成像法采用光学加热方式，只能对被检材料的表面进行加热，内部需依靠热传导方式进行加热。近年来，内部加热方式已引起人们的重视，由此催生了新的热成像检测技术，如涡流热成像检测技术、超声热成像检测技术。超声波热成像检测技术是接触式的，且要求被检对象位置固定，还受到共振频率的干扰。涡流热成像检测技术虽然是非接触式的，但要求检测对象为导体，同时还受到激励线圈形状影响，非均匀加热现象较严重。而采用微波进行加热，具有一些独特的优势：1）微波在不连续的界面会产生反射、散射、透射，加强了对材料内部缺陷检测的效果；2）微波加热均匀性好，加热效率高，速度快，能在短时间内达到加热效果；3）微波加热的热惯性小，易于实现不同函数调制的加热方式。声发射具有一些缺点，如信号十分微弱，易受噪声干扰，很难对缺陷进行定量。现有声发射技术主要采用放大器电路对声发射信号进行放大，无法在源头增强声发射信号，更无法复现静态缺陷的声发射信号。因此，只能对动态缺陷进行监测，无法实现主动检测。使用其它检测方法获得的检测数据和声发射监测数据脱钩，缺乏有机结合，整体评价效果得不到充分发挥。
技术实现思路
针对目前检测监测技术的需求以及现有无损检测和健康监测技术存在的不足，本申请将微波加热、热成像检测和声发射监测技术相结合，提出一种微波热声检测监测系统及方法，可用于玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、天然纤维材料等的无损检测和损伤监测，既可实现在线实时监测，又可实现缺陷位置的重现和定量，监测范围广，检测灵敏度高，检测结果可靠。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种微波热声检测监测系统，其结构特点是包括声发射传感器阵列、声发射检测仪、控制系统、热像仪、微波信号发生器、微波信号放大器和微波天线，所述声发射传感器阵列布置在被检物体上，所述热像仪的视场覆盖被检物体的待检测区域，所述微波天线对准被检物体的待检测区域，声发射传感器阵列通过声发射检测仪与控制系统电连接，控制系统依次通过微波信号发生器、微波信号放大器与微波天线电连接，控制系统与热像仪电连接。借由上述结构，在被检物体上布置声发射传感器阵列，当被检物体中有缺陷产生或扩展时（如材料内部产生裂缝、胶缝开裂等），将发出弹性波并被声发射传感器阵列采集，并通过声发射检测仪和控制系统记录数据，即可对被检对象进行整体实时监测。同时，利用参数可控的微波（即通过对微波加热时间、波形、周期等的控制），对被检对象可能出现缺陷的部位进行激励，缺陷处由于热声效应，再次发出弹性波，通过声发射传感器阵列捕获该声发射信号，可对缺陷进行再次定位和定量检测。同时，缺陷将影响热量的产生或传导过程，进而影响被检物体表面的温度场，采用热像仪记录构件表面变化的温度场，对浅层缺陷进行定量，即对被检对象进行局部适时检测。综合应用多通道声发射信号和热图像序列等信息，辅之以锁相、频域互相关、自适应稀疏表示、盲源分离等算法，对缺陷进行自动分离和参数定量，最终实现声发射和热成像等多源数据的融合应用，以及检测和监测的有机结合。作为一种优选方式，声传感器阵列中的声传感器为谐振式声发射传感器、宽频式声发射传感器或超声波传感器。作为一种优选方式，所述热像仪为可直接成像的短波热像仪、中波热像仪、长波热像仪中的一种或几种。作为一种优选方式，所述控制系统为以计算机为核心的控制和数据分析系统，能控制声发射检测仪、热像仪和微波信号发生器，并能够存储和处理声发射和热成像数据。作为一种优选方式，所述微波天线和热像仪位于被检物体的同侧或两侧。基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种微波热声检测监测方法，利用所述的微波热声检测监测系统，包括以下步骤：步骤一，将声发射传感器阵列布置于被检物体表面，将热像仪的视场覆盖被检物体的待检测区域；声发射传感器阵列实时采集被检物体中动态缺陷产生的弹性波并通过声发射检测仪发送至控制系统分析和记录，热像仪实时采集被检物体表面的温度变化并发送至控制系统分析和记录；步骤二，将微波天线对准被检物体的待检测区域，通过控制系统和微波信号发生器设置发射微波的各项参数，微波信号发生器通过微波信号放大器和微波天线把微波发射到被检物体；步骤三，声发射传感器阵列采集被检物体损伤区域受微波激励后产生的弹性波并通过声发射检测仪发送至控制系统分析和记录；步骤四，热像仪采集被检物体表面受微波激励后的温度或热信号，并发送至控制系统分析和记录；步骤五，对控制系统上记录的弹性波信号和热信号进行信号处理，提取可表征缺陷属性的特征值；步骤六，利用特征值和诊断算法对被检对象进行诊断。微波热声检测监测方法的自动监测原理为：当被检物体出现动态损伤时，声发射传感器阵列采集被检物体损伤部位发出的弹性波信号并存入控制系统，热像仪采集被检物体损伤部位导致的温度变化，并存在控制系统。对声发射信号和温度信号进行分析，就可以实现实时监测。微波热声检测监测方法的检测原理为：微波信号发生器受控制系统触发向微波信号放大器输出微波信号，微波信号放大器将微波信号放大后输出到微波天线，微波天线将微波信号辐射到被检物体上，被检物体在微波场作用下被加热，热量在被检物体内部传导，被检物体内部的损伤在微波热作用下再次发射出弹性波，被声发射传感器阵列采集到并存入控制系统。被检物体内部的缺陷影响微波加热或传热过程，并引起被检物体表面的温度变化，采用热像仪记录被检物体的表面温度变化，并存入控制系统。通过对弹性波信号和热信号进行处理分析，可以获取被检物体表面和内部的缺陷信息，即实现检测。作为一种优选方式，所述步骤二中，微波信号发生器发射微波的各项参数包括频率、功率、脉冲周期、脉冲时间和脉冲次数。作为一种优选方式，所述步骤二中，输出的微波信号可以为连续微波信号，也可以为多个微波脉冲信号，即多周期的微波脉冲信号。在周期微波激励下，相应获得的声发射信号和热信号也是周期性的，这样可以提高检测灵敏度。作为一种优选方式，所述步骤五中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波热声检测监测系统，其特征在于，包括控制系统（1）、声发射检测仪（2）、声发射传感器阵列（3）、热像仪（4）、微波信号发生器（5）、微波信号放大器（6）和微波天线（7），所述声发射传感器阵列（3）布置在被检物体（8）上，所述热像仪（4）的视场覆盖被检物体（8）的待检测区域，所述微波天线（7）对准被检物体（8）的待检测区域，声发射传感器阵列（3）通过声发射检测仪（2）与控制系统（1）电连接，控制系统（1）依次通过微波信号发生器（5）、微波信号放大器（6）与微波天线（7）电连接，控制系统（1）与热像仪（4）电连接。

【技术特征摘要】
1.一种微波热声检测监测系统，其特征在于，包括控制系统（1）、声发射检测仪（2）、声发射传感器阵列（3）、热像仪（4）、微波信号发生器（5）、微波信号放大器（6）和微波天线（7），所述声发射传感器阵列（3）布置在被检物体（8）上，所述热像仪（4）的视场覆盖被检物体（8）的待检测区域，所述微波天线（7）对准被检物体（8）的待检测区域，声发射传感器阵列（3）通过声发射检测仪（2）与控制系统（1）电连接，控制系统（1）依次通过微波信号发生器（5）、微波信号放大器（6）与微波天线（7）电连接，控制系统（1）与热像仪（4）电连接。2.如权利要求1所述的微波热声检测监测系统，其特征在于，声传感器阵列中的声传感器为谐振式声发射传感器、宽频式声发射传感器或超声波传感器。3.如权利要求1所述的微波热声检测监测系统，其特征在于，所述热像仪（4）为可直接成像的短波热像仪、中波热像仪、长波热像仪中的一种或几种。4.如权利要求1所述的微波热声检测监测系统，其特征在于，所述控制系统（1）为以计算机为核心的控制和数据分析系统，能控制声发射检测仪（2）、热像仪（4）和微波信号发生器（5），并能够存储和处理声发射和热成像数据。5.如权利要求1所述的微波热声检测监测系统，其特征在于，所述微波天线（7）和热像仪（4）位于被检物体（8）的同侧或两侧。6.一种微波热声检测监测方法，其特征在于，利用如权利要求1至5任一项所述的微波热声检测监测系统，包括以下步骤：步骤一，将声发射传感器阵列（3）布置于被检物体（8）表面，将热像仪（4）的视场覆盖被检物体（8）的待检测区域；声发射传感器阵列（3）...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑞珍，何赟泽，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43