基于太赫兹成像的玻璃纤维基复材损伤识别方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及无损检测领域，具体涉及一种基于太赫兹成像的玻璃纤维基复材损伤识别方法和装置，包括获取具有不同深度缺陷的多种缺陷样件的参考信号波形；利用太赫兹检测系统采集待测目标的检测数据，对其进行傅里叶变换，得到待识别信号波形；将待识别信号波形和参考信号波形进行对比，确定待测目标的缺陷深度；其中，利用太赫兹检测系统采集检测数据的方法为，发送第一发射信号和第二发射信号，将其进行合路，将合路后的信号聚焦于待测目标，接收反射信号，将反射信号进行分路，得到第一反射信号和第二反射信号，将其分别转换为中频信号，两路中频信号按照相同的频率间隔进行线性插值，获得待测目标的检测数据。能够实现不同深度处的分层缺陷识别。深度处的分层缺陷识别。深度处的分层缺陷识别。

【技术实现步骤摘要】
基于太赫兹成像的玻璃纤维基复材损伤识别方法和装置


[0001]本专利技术涉及无损检测
，具体涉及一种基于太赫兹成像的玻璃纤维基复材损伤识别方法和装置。

技术介绍

[0002]在航空领域，无论是民用客机还是军用飞机都使用了高性能玻璃纤维增强复合材料，这种材料具有优良的力学性能，优异的抗疲劳和耐腐蚀性，优良的透波介电性能，可实现20％～30％的结构减重，其结构有利于整体设计和制造，可在提高飞机结构效率和可靠性的同时，降低制造成本。然而，玻璃纤维在服役过程中常会遭受到意外的冲击载荷，比如生产制造过程中的缺陷，使用过程中跑道的碎石、冰雹以及在维护过程中的工具跌落等情况，由于玻璃纤维层间结合力差对冲击损伤的敏感性，即使小能量的冲击载荷可能会造成复合材料结构基体开裂和分层等损伤，进而导致结构强度大幅下降，因此对于重要玻璃纤维基复材需要进行内部损伤模式识别，这给检测技术提出了较大的挑战。
[0003]目前来说，玻璃纤维基复材检测主要以超声检测技术为主，其是利用玻璃纤维的声学特性和内部组织的变化对超声波产生一定影响的物理现象，通过超声波所受影响程度来分析判断材料性能和结构变化的技术，遇到空气界面便将超声能量全部反射回来，在役阶段仅适合对单层损伤模式识别，不适合在役阶段多层损伤模式识别，而不同损伤模式对结构强度影响程度不一样，设计人员处置方案不同，一般情况下，分层需要修补处理，单层分层损伤补胶处理，多层损伤需对损伤区进行挖除再进行新补片修补等。因此，亟待一种能够在玻璃纤维基复材上对缺陷/损伤模式进行无损检测识别的方法，尤其是能定性识别多层分层缺陷的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中不能对内部损伤模式进行识别的问题，提供一种基于太赫兹成像的玻璃纤维基复材损伤识别方法和装置。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]一种基于太赫兹成像的玻璃纤维基复材损伤识别方法，包括：
[0007]获取具有不同深度缺陷的多种缺陷样件的参考信号波形；
[0008]利用太赫兹检测系统采集待测玻璃纤维基复材的检测数据，对所述待测玻璃纤维基复材的检测数据进行傅里叶变换，得到待识别信号波形；
[0009]将所述待识别信号波形和所述参考信号波形进行对比，确定待测玻璃纤维基复材的缺陷深度；
[0010]其中，利用太赫兹检测系统采集检测数据的方法为，发送第一发射信号和第二发射信号，将所述第一发射信号和第二发射信号进行合路，将合路后的信号聚焦于待测玻璃纤维基复材，接收反射信号，将所述反射信号进行分路，得到第一反射信号和第二反射信号，将所述第一反射信号和第二反射信号分别转换为中频信号，两路中频信号按照相同的
频率间隔进行线性插值，获得所述待测玻璃纤维基复材的检测数据。
[0011]进一步的，所述太赫兹检测系统包括太赫兹准光装置、第一太赫兹收发模块、第二太赫兹收发模块、微波扫频信号源、高速数据采集装置和主控计算机；
[0012]所述太赫兹准光装置用于太赫兹波束的调控和传输；
[0013]第一太赫兹收发模块和第二太赫兹收发模块用于将接收的射频和本振信号倍频放大到对应工作频段的太赫兹信号，同时将接收到的中频信号送入高速数据采集装置；
[0014]所述高速数据采集装置用于采集第一太赫兹收发模块获取的第一中频信号和第二太赫兹收发模块获取的第二中频信号，并将采集的两路中频信号送入主控计算机；
[0015]所述主控计算机用于控制所述微波扫频信号源和所述高速数据采集装置，获取所述第一中频信号和搜索第二中频信号并对其进行处理。
[0016]进一步的，将所述第一太赫兹收发模块的开始频率与第二太赫兹收发模块的终止频率设置为相同。
[0017]进一步的，所述太赫兹准光装置包含第一收发天线、第二收发天线、极化光栅和透镜；第一收发天线连接所述第一太赫兹收发模块，第二收发天线连接所述第二太赫兹收发模块，极化光栅用于实现对第一收发天线的发射信号和第二收发天线的发射信号的合路、以及第一收发天线的反射信号和第二收发天线的反射信号的分路，透镜用于实现太赫兹波束的聚焦。
[0018]进一步的，所述获取具有不同深度缺陷的多种缺陷样件的参考信号波形的方法包括：利用太赫兹检测系统发送第一发射信号和第二发射信号，将所述第一发射信号和第二发射信号进行合路，将合路后的信号聚焦于缺陷样件，接收反射信号，将所述反射信号进行分路，得到第一反射信号和第二反射信号，将所述第一反射信号和第二反射信号分别转换为中频信号，两路中频信号按照相同的频率间隔进行线性插值，获得所述缺陷样件的检测数据，对所述缺陷样件的检测数据进行傅里叶变换，得到所述缺陷样件的参考信号波形；或，将得到的所述参考信号波形进行存储后，从存储装置中读取所述参考信号波形。
[0019]优选的，得到缺陷样件的检测数据或者待测玻璃纤维基复材的检测数据以后先对其进行双频段校准，校准步骤包括：
[0020](1)，采集未放置缺陷样件的背景数据，所述第一太赫兹收发模块得到空背景反射信号S
1空背景
，所述第二太赫兹收发模块得到空背景反射信号S
2空背景
；
[0021](2)，在所述太赫兹准光装置聚焦位置处放置金属板，采集全反射的测试数据，所述第一太赫兹收发模块得到全反射信号S
1金属板
，所述第二太赫兹收发模块得到全反射信号S
2金属板
；
[0022](3)，对所述第一太赫兹收发模块得到的缺陷样件的检测数据S
1目标
和所述第二太赫兹收发模块得到的缺陷样件的检测数据S
2目标
，或，所述第一太赫兹收发模块得到的待测玻璃纤维基复材的检测数据S
1目标
和所述第二太赫兹收发模块得到的待测玻璃纤维基复材的检测数据S
2目标
，按照以下公式进行校准，得到校准后的检测数据S1和S2：
[0023][0024][0025]其中，f是太赫兹频率，c是光速，R是所述透镜的焦距。
[0026]进一步的，所述方法还包括基于玻璃纤维结构特征和损伤机理制作多种具有不同深度缺陷的缺陷样件的步骤，包括：采用在太赫兹波条件下与空气层介电常数相似或更弱的反射体制作圆形膜片人工缺陷，在玻璃纤维预浸料铺叠过程中，将所述圆形膜片人工缺陷预埋于复合材料预浸料层与层之间，隔一层或数层再放置人工缺陷，缺陷与缺陷之间在俯视角度下部分重叠。
[0027]优选的，所述反射体为聚四氟乙烯。
[0028]进一步的，将所述待识别信号波形的深度和幅度和所述参考信号波形的深度和幅度进行对比的具体方法为：
[0029]当待识别信号波形的深度大于前表面的缺陷样件的参考信号波形的深度，且待识别信号波形的深度小于后表面的缺陷样件的参考信号波形的深度，并且待识别信号波形的幅度大于两倍的背景噪声时，通过缺陷样件的参考信号波形的横坐标确定待测玻璃纤维基复材的缺陷深度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹成像的玻璃纤维基复材损伤识别方法，其特征在于，包括：获取具有不同深度缺陷的多种缺陷样件的参考信号波形；利用太赫兹检测系统采集待测玻璃纤维基复材的检测数据，对所述待测玻璃纤维基复材的检测数据进行傅里叶变换，得到待识别信号波形；将所述待识别信号波形和所述参考信号波形进行对比，确定待测玻璃纤维基复材的缺陷深度；其中，利用太赫兹检测系统采集检测数据的方法为，发送第一发射信号和第二发射信号，将所述第一发射信号和第二发射信号进行合路，将合路后的信号聚焦于待测玻璃纤维基复材，接收反射信号，将所述反射信号进行分路，得到第一反射信号和第二反射信号，将所述第一反射信号和第二反射信号分别转换为中频信号，两路中频信号按照相同的频率间隔进行线性插值，获得所述待测玻璃纤维基复材的检测数据。2.如权利要求1所述的一种基于太赫兹成像的玻璃纤维基复材损伤识别方法，其特征在于，所述太赫兹检测系统包括太赫兹准光装置、第一太赫兹收发模块、第二太赫兹收发模块、微波扫频信号源、高速数据采集装置和主控计算机；所述太赫兹准光装置用于太赫兹波束的调控和传输；第一太赫兹收发模块和第二太赫兹收发模块用于将接收的射频和本振信号倍频放大到对应工作频段的太赫兹信号，同时将接收到的中频信号送入高速数据采集装置；所述高速数据采集装置用于采集第一太赫兹收发模块获取的第一中频信号和第二太赫兹收发模块获取的第二中频信号，并将采集的两路中频信号送入主控计算机；所述主控计算机用于控制所述微波扫频信号源和所述高速数据采集装置，获取所述第一中频信号和搜索第二中频信号并对其进行处理。3.如权利要求2所述的一种基于太赫兹成像的玻璃纤维基复材损伤识别方法，其特征在于，将所述第一太赫兹收发模块的开始频率与第二太赫兹收发模块的终止频率设置为相同。4.如权利要求3所述的一种基于太赫兹成像的玻璃纤维基复材损伤识别方法，其特征在于，所述太赫兹准光装置包含第一收发天线、第二收发天线、极化光栅和透镜；第一收发天线连接所述第一太赫兹收发模块，第二收发天线连接所述第二太赫兹收发模块，极化光栅用于实现对第一收发天线的发射信号和第二收发天线的发射信号的合路、以及第一收发天线的反射信号和第二收发天线的反射信号的分路，透镜用于实现太赫兹波束的聚焦。5.如权利要求1所述的一种基于太赫兹成像的玻璃纤维基复材损伤识别方法，其特征在于，所述获取具有不同深度缺陷的多种缺陷样件的参考信号波形的方法包括：利用太赫兹检测系统发送第一发射信号和第二发射信号，将所述第一发射信号和第二发射信号进行合路，将合路后的信号聚焦于缺陷样件，接收反射信号，将所述反射信号进行分路，得到第一反射信号和第二反射信号，将所述第一反射信号和第二反射信号分别转换为中频信号，两路中频信号按照相同的频率间隔进行线性插值，获得所述缺陷样件的检测数据，对所述缺陷样件的检测数据进行傅里叶变换，得到所述缺陷样件的参考信...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨扬，吴晓红，虞永杰，丁鸿儒，彭珂，杨江南，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：