一种用于防热瓦结构分层损伤的声学识别方法技术

本发明专利技术提出一种用于防热瓦结构分层损伤的声学识别方法，属于测量测试技术领域，包括如下步骤：第一步、确定发射接收传感器的位置；第二步、防热瓦结构谐振特征分析；对新型防热瓦结构进行分层损伤检测时，首先确定对结构敏感的输入信号，即谐振信号；第三步、建立防热瓦结构损伤状态识别模型；由第二步获得防热瓦结构的谐振频率，通过信号发射装置输入发射传感器，分别获得不同情况下的接收信号的频率和幅值，建立关系矩阵识别模型；第四步、防热瓦结构损伤状态评价；在实际防热瓦分层损伤检测时，获得损伤信号频率与幅值，输入损伤模型，给出实际防热瓦结构分层的位置及损伤的面积信息。本发明专利技术解决了现有技术检测效率低、使用成本高的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于防热瓦结构分层损伤的声学识别方法


[0001]本专利技术属于测量测试
，具体涉及一种用于防热瓦结构分层损伤的声学识别方法。

技术介绍

[0002]声学技术对结构损伤的检测主要分为被动和主动检测两种方法。被动检测主要有超声技术，通过在结构上以扫查的方法，发射高频超声信号，并接收经与结构内损伤产生反射作用的超声信号，分析反射信号的间隔和信号的幅度，可以确定结构中损伤的大小和深度，是目前应用较为广泛的一种无损检测方法。被动检测技术主要有声发射技术，通过结构内部损伤的动态扩展产生应力波，并为声发射传感器接收，分析其特征参数，可以确定结构内部损伤源的位置、损伤状态等。超声技术对结构的损伤深度有一定的要求，对于较深的损伤无能为力，而动态声发射技术则只能检测动态损伤的扩展，对静态损伤一筹莫展。通过将两者相结合发展出的声超声技术，可以对结构内部损伤特别是分层损伤具有较好的检测识别效果。
[0003]防热瓦结构是一种应用于可重复航天器结构外部的热防护结构，是天地往返飞行器热防护系统的一种主要结构形式，包含表面涂层、防热瓦、应变隔离垫等，防热瓦与应变隔离垫之间通过胶粘胶进行连接。由于加工工艺及外界载荷的作用，防热瓦与应变隔离垫之间容易产生分层损伤，导致防热瓦系统防热效果下降，进而影响整个航天器任务的成败，开展防热瓦分层损伤的检测与评价具有重要意义。
[0004]防热瓦结构主要由表面涂层、防热瓦、应变隔离垫及高温胶等组成，结构复杂，传统的无损检测方法无法对分层进行有效的检测。目前应用较多的是太赫兹技术，采用连续波扫查的方法进行分层检测，可以实现分层位置和面积的确定，目前检测500
×
500mm的防热瓦结构需要40分钟左右，检测效率低，同时设备购置和使用成本高，限制了进一步的工程应用，急需开发价格适中、效率高的检测方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种用于防热瓦结构分层损伤的声学识别方法，目的是解决现有技术检测效率低、使用成本高的问题。
[0006]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：
[0007]一种用于防热瓦结构分层损伤的声学识别方法，包括如下步骤：
[0008]第一步、确定发射接收传感器的位置；
[0009]按照发射传感器和接收传感器与防热瓦结构各层之间形成完整的应力传播路径的原则布置和安装传感器，使发射传感器所发射的应力波与分层损伤相互作用，并被接收传感器接收；
[0010]第二步、防热瓦结构谐振特征分析；
[0011]对新型防热瓦结构进行分层损伤检测时，首先确定对结构敏感的输入信号，即谐
振信号；采用扫频的方法确定防热瓦结构的特征频率，利用特征频率的幅值参数变化，实现对防热瓦结构分层损伤的检测；
[0012]第三步、建立防热瓦结构损伤状态识别模型；
[0013]由第二步获得防热瓦结构的谐振频率，通过信号发射装置输入发射传感器，分别获得完好、完全分层、不同位置及不同面积分层损伤情况下的接收信号的频率和幅值，建立不同位置和不同损伤面积与信号频率和幅值的关系矩阵识别模型；
[0014]第四步、防热瓦结构损伤状态评价；
[0015]在实际防热瓦分层损伤检测时，通过发射谐振频率信号，接收分层损伤信号，获得损伤信号频率与幅值，通过输入损伤模型，给出实际防热瓦结构分层的位置及损伤的面积信息。
[0016]作为进一步优化，确定发射接收传感器的位置步骤中，如果防热瓦结构的总厚度小于50mm，将发射和接收传感器布置在防热瓦的同一侧，形成反射式传播路径；如果防热瓦结构的总厚度大于50mm，将发射传感器和接收传感器分别布置在主结构和防热瓦结构上，形成穿透式传播路径。
[0017]作为进一步优化，确定发射接收传感器的位置步骤中，发射传感器安装在主结构上，接收传感器安装在防热瓦相对主结构的一侧，发射传感器发射的高频信号依次通过主结构、应变隔离垫、高温胶层和防热瓦结构后，被接收传感器接收。
[0018]作为进一步优化，防热瓦结构谐振特征分析步骤中，确定对结构敏感的输入信号按如下方法进行：选取宽频带声发射传感器作为发射和接收传感器，通过信号发生器输入宽频信号作为发射传感器的输入信号；通过扫频方式输入发射传感器，获得经过防热瓦结构相互作用后的接收信号，得到幅值最大的信号的频率和幅值，此信号作为防热瓦结构分层损伤检测的输入信号。
[0019]作为进一步优化，建立防热瓦结构损伤状态识别模型步骤具体包括：
[0020]根据对防热瓦结构分层损伤检测精度的要求，将分层位置、分层面积及大小分为有限个组合N，确保实际损伤的状态包含在组合N中；通过i个发射传感器发射谐振频率入射信号，并在j个接收传感器接收信号，则在特定损伤组合即特定的谐振频率下，第i个发射传感器发射的信号被第j个接收传感器接收的信号幅值特征为k
ij
，则此种分层损伤的幅值特征矩阵为：
[0021][0022]所有类型分层损伤状态的幅值特征阵列为：
[0023]K
N
＝[k
f(1)
…
k
f(N)
][0024]通过幅值特征阵列建立了损伤状态与传感器信号特征之间的关系，形成防热瓦损伤状态识别模型。
[0025]作为进一步优化，防热瓦结构损伤状态评价步骤中，在防热瓦上布置与建立幅值特征阵列时所用一致的发射与接收传感器，通过分析接收信号，获得未知损伤状态的幅值特征矩阵：
[0026][0027]通过选取l
f(n)
与K
N
中最为接近的k
f(n)
值，k
f(n)
所对应的分层位置、分层面积及大小损伤状态特征代表了实际防热瓦损伤状态。
[0028]本专利技术所取得的有益技术效果是：
[0029]采用声超声无损检测新技术，向防热瓦结构发射主动询问应力波，通过采集与防热瓦结构内部损伤相互作用后的接收应力波，分析其波形特征的变化，可以实现对防热瓦结构分层损伤的定位及状态评价。与现有检测方法相比，具有检测效率高、设备经济性好、工程应用方便等优势，具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
[0030]图1是本专利技术其中一种具体实施例的防热瓦结构及传感器安装位置示意图；
[0031]图2是图1的仰视图；
[0032]图3是图2中A处的局部放大图；
[0033]图4是本专利技术其中一种具体实施例的流程框图；
[0034]附图标记：1、主结构；2、应变隔离垫；3、高温胶层；4、防热瓦；5、发射传感器；6、接收传感器。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术要求保护的范围。
[0036]如图1所示，一种用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于防热瓦结构分层损伤的声学识别方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步、确定发射接收传感器的位置；按照发射传感器和接收传感器与防热瓦结构各层之间形成完整的应力传播路径的原则布置和安装传感器，使发射传感器所发射的应力波与分层损伤相互作用，并被接收传感器接收；第二步、防热瓦结构谐振特征分析；对新型防热瓦结构进行分层损伤检测时，首先确定对结构敏感的输入信号，即谐振信号；采用扫频的方法确定防热瓦结构的特征频率，利用特征频率的幅值参数变化，实现对防热瓦结构分层损伤的检测；第三步、建立防热瓦结构损伤状态识别模型；由第二步获得防热瓦结构的谐振频率，通过信号发射装置输入发射传感器，分别获得完好、完全分层、不同位置及不同面积分层损伤情况下的接收信号的频率和幅值，建立不同位置和不同损伤面积与信号频率和幅值的关系矩阵识别模型；第四步、防热瓦结构损伤状态评价；在实际防热瓦分层损伤检测时，通过发射谐振频率信号，接收分层损伤信号，获得损伤信号频率与幅值，通过输入损伤模型，给出实际防热瓦结构分层的位置及损伤的面积信息。2.根据权利要求1所述的声学识别方法，其特征在于，所述确定发射接收传感器的位置步骤中，如果防热瓦结构的总厚度小于50mm，将发射和接收传感器布置在防热瓦的同一侧，形成反射式传播路径；如果防热瓦结构的总厚度大于50mm，将发射传感器和接收传感器分别布置在主结构和防热瓦结构上，形成穿透式传播路径。3.根据权利要求2所述的声学识别方法，其特征在于，所述确定发射接收传感器的位置步骤中，发射传感器安装在主结构上，接收传感器安装在防热瓦相对主结构的一侧，发射传感器发射的高频信号依次通过主结构、应变隔离垫、高温胶层和防热瓦结构后，被接收传感器接收。4.根据权利要求1所述的声学识别方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘武刚，吴振强，王龙，邢睿思，侯传涛，任方，苏蕴荃，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，
类型：发明
国别省市：