專(zhuān)利名稱(chēng)：纖維纏繞復(fù)合材料液浸超聲檢測(cè)探頭位置的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液浸超聲檢測(cè)復(fù)合材料時(shí)聚焦超聲換能器位置的優(yōu)化方法，屬于無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料由于具有耐高溫、高比強(qiáng)度、比剛度、抗氧化和抗疲勞性能好等優(yōu)異性能，已發(fā)展成為民用和軍用領(lǐng)域不可或缺的材料之一，目前不僅應(yīng)用于導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星等尖端工業(yè)中，同時(shí)在汽車(chē)、醫(yī)療、機(jī)械、電子、橋梁等多個(gè)行業(yè)中得到應(yīng)用。由于復(fù)合材料獨(dú)特的制作工藝，導(dǎo)致其缺陷類(lèi)型與傳統(tǒng)材料有所不同，主要有分層、疏松、孔隙、夾雜和樹(shù)脂固化不良等。這些缺陷的存在會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料性能的顯著下降，必須進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，而超聲檢測(cè)是復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)最常用的方法。目前常用的復(fù)合材料超聲檢測(cè)技術(shù)主要包含超聲C掃描檢測(cè)、超聲導(dǎo)波檢測(cè)、空氣耦合超聲檢測(cè)、相控陣超聲檢、激光超聲檢測(cè)等，超聲C掃描由于顯示直觀，檢測(cè)速度快， 是大型復(fù)合材料構(gòu)件普遍采用的技術(shù)，目前在超聲C掃描檢測(cè)復(fù)合材料技術(shù)中，為避免超聲波束在水中的擴(kuò)散，通常采用聚焦超聲換能器使超聲波束進(jìn)行會(huì)聚，進(jìn)入工件后形成二次聚焦焦點(diǎn)，來(lái)提高缺陷的檢測(cè)精度和靈敏度，尤其對(duì)于復(fù)雜曲面或表面粗糙不平整的工件，其檢測(cè)效果更加明顯。復(fù)合材料超聲C掃描檢測(cè)中，根據(jù)超聲換能器接收信號(hào)的方式，一般可分為超聲反射法和透射法檢測(cè)，反射法只使用一個(gè)換能器實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)的發(fā)射和接收，檢測(cè)靈敏度較透射法高，但主要適合工件近表面缺陷的檢測(cè)；透射法需要使用兩個(gè)超聲換能器，采取一發(fā)一收的方式，通過(guò)對(duì)透射超聲信號(hào)的能量衰減來(lái)識(shí)別缺陷，信號(hào)識(shí)別比較簡(jiǎn)單，適合整個(gè)工件厚度各位置缺陷的檢測(cè)，比反射法應(yīng)用廣泛。無(wú)論反射還是透射法檢測(cè)都存在聚焦探頭最佳位置的放置問(wèn)題；對(duì)于反射法檢測(cè)，聚焦探頭的放置相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)槌暡ㄊ伤M(jìn)入工件內(nèi)形成二次聚焦，在遇到缺陷后，回波信號(hào)會(huì)按照原路線(xiàn)從工件返回到水中(對(duì)平底孔缺陷效果最明顯)，所以只需調(diào)整一個(gè)探頭的位置；而透射法檢測(cè)時(shí)需要同時(shí)調(diào)整兩個(gè)探頭的位置，且要考慮兩個(gè)探頭的頻率、晶片直徑、標(biāo)稱(chēng)焦距各不相同等因素，所以比較難實(shí)現(xiàn)，但只要找出兩個(gè)聚焦探頭在工件內(nèi)的聚焦規(guī)律，完全可以利用其聚焦特性達(dá)到精確檢測(cè)的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)對(duì)聚焦超聲換能器在水和纖維纏繞復(fù)合材料兩種不同介質(zhì)中傳播時(shí)聚焦特性的研究，給出檢測(cè)時(shí)聚焦探頭放置的最佳檢測(cè)位置，以提高缺陷檢測(cè)精度和靈敏度。本發(fā)明提出的復(fù)合材料檢測(cè)時(shí)聚焦探頭位置的優(yōu)化方法，其原理在于根據(jù)幾何超聲學(xué)原理，如附

圖1中所示，超聲球面聚焦換能器在水中焦距的公式
權(quán)利要求
1.一種液浸超聲無(wú)損檢測(cè)復(fù)合材料時(shí)聚焦超聲換能器位置的優(yōu)化方法，其特征在于 分反射法和透射法兩種檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其特征在于反射法檢測(cè)的步驟如下1)確定所用聚焦探頭后，根據(jù)公式計(jì)算其焦區(qū)直徑和焦區(qū)長(zhǎng)度，選用探頭的原則是其焦區(qū)直徑和長(zhǎng)度應(yīng)盡量小，這樣檢測(cè)精度和靈敏度會(huì)更高。2)確定h值(根據(jù)聲波穿透復(fù)合材料的情況，保證能接收到清晰的底面回波信號(hào))，代入(1)式計(jì)算得出H，即為檢測(cè)時(shí)聚焦探頭到工件的距離。C水
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其特征在于透射法檢測(cè)的步驟如下1)確定所用發(fā)射聚焦探頭后，根據(jù)公式計(jì)算其焦區(qū)直徑和焦區(qū)長(zhǎng)度；2)確定hi(即計(jì)劃聚焦的區(qū)域)，然后代入( 式計(jì)算出Hl ；m = Fm-hh^^(2)c水3)根據(jù)所確定發(fā)射探頭的聚焦焦區(qū)情況來(lái)選擇接收探頭，求出其焦區(qū)直徑和長(zhǎng)度，根據(jù)h2 = T-hl確定h2，然后代入C3)式求出H2，既為接收探頭放置的最佳位置。Hl = &收一hi · C復(fù)合材料(3)C水
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其特征在于對(duì)于厚度較小的被測(cè)工件，無(wú)論反射還是透射法檢測(cè)，在選擇探頭時(shí)盡量使其焦點(diǎn)處于工件厚度中央，焦區(qū)長(zhǎng)度等于或接近工件厚度；對(duì)于厚度較大的被測(cè)工件，利用調(diào)節(jié)hi和h2實(shí)現(xiàn)整個(gè)厚度方向上不同位置聚焦的效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液浸超聲無(wú)損檢測(cè)復(fù)合材料時(shí)聚焦超聲換能器位置的優(yōu)化方法，通過(guò)對(duì)不同頻率、晶片直徑、焦距的聚焦換能器在水和復(fù)合材料中聚焦規(guī)律和特性的研究，分別給出反射法和透射法檢測(cè)時(shí)計(jì)算焦距F、探頭至工件距離H等的公式，依此給出聚焦探頭最佳放置位置的方法，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程中對(duì)缺陷檢測(cè)精度和靈敏度的提高以及對(duì)工件的可靠性檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N29/22GK102507747SQ20111036038
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者夏沙, 徐春廣, 王洪博, 肖定國(guó), 趙新玉, 郝娟, 閻紅娟 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)