本发明专利技术提供一种利用热声技术无损在位检测低密度材料缺陷的方法，包括下述步骤：采用脉冲微波由波导口入射到待测材料样品中，激发待测材料产生热声信号；涂有耦合剂的声探测器贴于材料表面，在微波发生器同向接收产生的热声信号；热声信号经过信号放大器放大后，采集并显示数据，采集的数据传输并储存到计算机中；利用计算机控制的步进电机驱动声探测器扫描，全方位接收信号；对采集的数据进行处理，得到待测材料样品的热声图像。一种实现上述方法的装置，包括微波发生组件、旋转扫描组件、声信号采集组件、计算机组件等。本发明专利技术克服了传统技术无法检测低密度材料缺陷的困难，具有定位准确，分辨率高的优点。本发明专利技术的装置造价较为低廉，易于推广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无损测试测量技术，特别涉及一种利用热声技术无损 在位检测低密度材料缺陷的方法及其装置。
技术介绍
新型低密度的复合材料与传统材料相比，具有重量轻、强度和刚度高 等特点。因此，被广泛应用于航空航天工业中。如果在制造或者使用中，材料出现缺陷将会导致严重事故。例如，美国NASA的科学家认为，航天 飞机外挂燃料舱的隔热板——一种泡沫材料，由于其内部的缺陷，在航天 飞机起飞时发生脱落，击中并毁坏航天飞机机体，这很可能就是哥伦比亚 号航天飞机失事的原因。但由于缺乏专门的手段，这种隔热材料并不能在 航天飞机发射前被检查。例如，这种粉末泡沫材料对于X射线几乎完全透 明，而对于热和超声波则几乎完全不透明，因此传统的无损探伤方法都很 难探测出可能埋在表面以下的缺陷。由于泡沫隔离层质地疏松且绝热性较 好，利用常规的无损检测方法难以进行检测。因此，发展新型无损探伤技 术十分必要。对于这种低密度材料，微波激发的热声技术在检测其内部结构并发现 其缺陷时，显示了极大的优越性。这种材料对微波辐射有较小的折射率和 吸收系数。因此，利用脉冲微波激发的热声技术对这种材料进行检测，有 望成功地发现隐藏在材料中的缺陷，其中最深缺陷的埋藏深度可超过20厘 米。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有无损检测技术的缺点与不足，提供一种操 作简单，检测精度高，可较好适用于低密度材料的利用热声技术无损在位 检测低密度材料缺陷的方法；所述低密度材料主要指密度小、质地疏松且 绝热性较好、有一定特性及功能的材料；例如，航天飞机燃料箱泡沫隔离层。本专利技术的另一目的在于提供一种实现上述方法的利用热声技术无损 在位检测低密度材料缺陷的装置。本专利技术的目的通过下述技术方案实现 一种利用热声技术无损在位检 测低密度材料缺陷的方法，包括下述步骤(1) 采用脉冲微波由波导口入射到待测材料样品中，激发待测材料 产生热声信号；(2) 涂有耦合剂的声探测器贴于材料表面，在微波发生器同向接收 产生的热声信号；(3) 所接收的热声信号经过信号放大器放大后，采集并显示数据， 采集的数据传输并储存到计算机中；(4) 利用计算机控制的步进电机驱动声探测器扫描，全方位接收信号；(5) 对采集的数据进行处理，得到待测材料样品的热声图像。 步骤(1)中，所述脉冲微波的波长为0.01mm lm。步骤(2)、 (4)中，所述声探测器为低频多元线性阵列探测器(如 L7L38A型多元压电阵列换能器)或者微音器。所述耦合剂可为变压器油。步骤(3)中，所述数据采集为基于LABVIEW控制平台的示波器采集 数据，将模拟信号转换为数字信号；在示波器上可直接观察缺陷的部位和 大小。歩骤(5)中对采集的数据通过matlab程序，利用滤波反投影算法进 行图像重建。一种利用热声技术无损在位检测低密度材料缺陷的装置包括微波发 生组件、旋转扫描组件、声信号采集组件、计算机组件；微波发生组件、 声信号采集组件、计算机依次电气连接；旋转扫描组件与计算机电气连接； 声信号采集组件与旋转扫描组件电气连接。所述旋转扫描组件包括步进电机、驱动器和三维扫描平台，步进电机 与驱动器相连接，步进电机和驱动器安装在三维扫描平台上，三维扫描平 台带动声信号采集组件做三维扫描。所述声信号采集组件由声探测器、信号放大器、控制器和示波器依次 电气连接而成；声探测器通过支架与三维扫描平台相连。所述声探测器置于声耦合剂中，声耦合剂涂于材料样品上。所述声耦 合剂可为变压器油。所述声探测器为低频多元线性阵列探测器或微音器。所述微波发生组件由微波发生器和波导口连接而成；微波发生器包括 相连接的微波管和微波管电源两个部分。本专利技术的作用原理是微波发生器产生脉冲微波(波长、脉宽和重复 频率可根据需要选择)，经波导口辐射到待测材料样品上，材料内部缺陷 与周围正常组织对微吸收差异导致热膨胀而产生热声信号，经过声耦合剂 耦合到声探测器；接收的信号经放大器预处理后，再由采集卡采集并传输 到计算机做后处理。信号采集过程中，计算机控制的步进电机驱动三维平 台带动声探测器的扫描。最后通过一定的成像算法重建出材料缺陷的热声 图像。本专利技术可为低密度材料缺陷提供无损在位检测，通过对低密度材料 缺陷进行定位分析，并确定缺陷区域的大小及形状，从而可以对材料的内 部结构和质量进行评价。本专利技术的方法和装置与现有技术相比具有如下的优点及效果(1) 本专利技术利用材料缺陷部位对微波的吸收差异特性产生热声信号， 不仅仅限于反映材料对微波的吸收差异，还反映了组织的声学特性的变 化，因此可得到高分辨率高对比度的低密度材料缺陷的热声图像。(2) 微波激发的热声技术， 一方面，微波的波长较长，可以有效的 穿透低密度材料；另一方面，低频声信号在低密度材料中衰减较小。因此，可以有效的检测低密度材料中的缺陷，克服了传统x光和超声等技术无法检测低密度材料缺陷的困难。(3) 本专利技术可无损在体检测低密度材料缺陷，无需破坏材料结构。(4) 本专利技术装置的各组件的造价较低，所以整体装置的造价亦相对 较低，没有特殊限制，应用广泛。附图说明 图l是本专利技术装置的结构示意图。图2是图1所示装置采集的缺陷信号图；图2 (a)为材料缺陷的热声信 号图，图2 (b)为图2 (a)中某一特定缺陷信号的放大图。图3是低密度材料(泡沫面板)缺陷的热声检测图；图3 (a)为缺陷的热声检测图像，图3 (b)为实物照片。图4是低密度材料裂缝的热声检测图；图4 (a)为裂缝的热声检测图 像，图4 (b)为对应照片。图5是低密度材料分层热声检测图。图5 (a)为分层的热声检测图像， 图5 (b)为对应照片。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例l本专利技术的优选装置图l为本专利技术一个优选装置的结构示意图，本专利技术装置由微波发生组 件、旋转扫描组件、声信号采集组件、计算机组成。其中微波发生组件由 微波发生器4-l和波导口4-2连接构成；旋转扫描组件由计算机2-4通过数字 1/0卡控制步进电机及驱动器3-2和三维扫描平台3-l和支架3-3移动声探测 器l-l;声信号采集组件由声探测器l-l接收信号，信号通过声耦合剂l-2耦 合，再经信号放大器2-l放大和滤波器2-2，经示波器2-3采集传输到计算机 2-4，控制器2-5同步控制微波发射4-l，经分频器2-6分频后控制数据采集 2-3;其中微波发生器4-l选用中国兵器工业第二零六研究所的 BW-1200HPT，可发射频率为1.2GHz的脉冲微波，脉宽为0.5或lus可选， 微波的能量通过截面积为12.7mm x 6.3mm的矩形波导4-2均匀的辐射到样 品上；微波发生器4-l和声探测器l-l同向形成一体化探测系统，5为材料样 品，样品材料5和声探测器1-1间充满了声耦合剂，有利于声速匹配；声探 测器l-l选用低频多元线性阵列探测器(如L7L38A型多元压电阵列换能 器)，接收热声信号并通过相控聚焦技术放大信号。所述低频多元线性阵 列探测器由192个振元组成并被分割成64个振群，每3个振元组成一个振 群。示波器2-3选用泰克TDS3032型，采用外部触发方式，采样速率可达 250MHz;步进电机及驱动器3-2为日本东方2相步进电机VEXTA，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用热声技术无损在位检测低密度材料缺陷的方法，其特征在于包括下述步骤： （１）采用脉冲微波由波导口入射到待测材料样品中，激发待测材料产生热声信号； （２）涂有耦合剂的声探测器贴于材料表面，在微波发生器同向接收产生的热声信号； （３）所接收的热声信号经过信号放大器放大后，采集并显示数据，采集的数据传输并储存到计算机中； （４）利用计算机控制的步进电机驱动声探测器扫描，全方位接收信号； （５）对采集的数据进行处理，得到待测材料样品的热声图像。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邢达，向良忠，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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