專利名稱：用于結構健康監(jiān)測的核四極共振系統(tǒng)和方法
技術領域：
本文公開的主題涉及材料的結構健康監(jiān)測，并且更具體而言，涉及用于使用核四極共振來進行結構健康監(jiān)測的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
—般而言,核四極共振(NQR)能譜法(spectroscopy)是用于獲得與包圍某些原子以及更具體而言某些核子的局部環(huán)境有關的信息的化學分析方法。例如，具有大于1/2的量子自旋數(shù)的核子能具有電四極矩。電四極矩能受到核子的局部電子環(huán)境的影響(諸如在核子附近的某些化學鍵的性質)，而且還受到在核子附近的電離原子的影響。由于四極核子的電子環(huán)境的原因，它們會展示某些能態(tài)。這些 能態(tài)之間的差異往往落在電磁譜的射頻(RF)部分的范圍中。因此，以類似于核磁共振(NMR)能譜法的方式，利用諸如RF線圈的RF接收器，可非破壞性地獲得NQR譜。但是，不像使用靜態(tài)磁場來對準某些旋磁核子(例如具有1/2的量子自旋數(shù)的那些)的電偶極子的NMR，NQR依賴于包圍四極核子的局部電子環(huán)境來使核子在某些方向上定向。這樣，NQR就能對包圍四極核子的局部電子環(huán)境尤其敏感。能影響給定核子的NQR譜的其它因素包括具有關注的核子的樣本的溫度和/或結晶狀態(tài)。因此，在樣本內的給定的核子的NQR譜可隨位置的不同而改變，這至少取決于化學環(huán)境、局部結晶結構、溫度變化等
坐寸ο

發(fā)明內容
在一個實施例中，提供一種包括由復合物形成的組件或結構的制造品。該復合物包含具有聚合物的基質和設置在基質中的微晶材料，其中，微晶材料能夠進行核四極共振(NQR)，并且適合于產生指示復合物內的平均局部應變和微觀應變分布的一個或多個NQR
譜信號。在另一個實施例中，提供一種監(jiān)測復合物中的應力的方法。該方法包括使用NQR譜儀來掃描復合物，該復合物具有聚合物基質和設置在基質中的微晶材料，其中，微晶材料具有帶有核子的分子，核子具有相應的核四極矩。方法還包括使復合物的一個或多個位置與在該一個或多個位置處收集的NQR譜相關，以產生局部NQR譜；確定各個局部NQR譜內的關注的譜線的線寬度；根據NQR掃描來生成復合物的至少一部分的平均局部應變圖；比較生成的平均局部應變圖與復合物的原始應變圖；以及基于包含在各個圖內的局部應變數(shù)據的比較，確定生成的平均局部應變圖和原始應變圖之間的差異，以量化復合物中的疲勞。在進一步的實施例中，提供一種NQR譜測定系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括控制電路，控制電路包括一個或多個處理器，該一個或多個處理器配置成執(zhí)行一個或多個例程，以對RF探測器收集的局部NQR譜執(zhí)行分析，以產生復合物的一個或多個位置的平均局部應變圖和微觀應變分布指數(shù)，從而識別復合物內的結構異常，其中，復合物包含設置在基質內的NQR活性微晶材料。


當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，其中，相同符號在整個圖中表示相同部件，其中
圖I是用以確定復合物中的應變水平的核四極共振測量的實施例的示意 圖2是具有復合物的制造品的實施例的示意圖，其中，復合物帶有設置在基質中的NQR示蹤劑；
圖3是示出了用于在基質材料內產生具有NQR示蹤劑的復合物的方法的實施例的過程流程 圖4是具有復合物涂層的制造品的實施例的示意圖，該涂層具有設置在基質內的NQR 不蹤劑；
圖5是具有多個復合物層的制造品的實施例的示意圖，各個層均具有設置在基質內的NQR示蹤劑；
圖6是技術員使用便攜式NQR譜測定系統(tǒng)來執(zhí)行的測量的實施例的示意 圖7是示出了便攜式NQR譜測定系統(tǒng)的實施例的框 圖8是遠程分析系統(tǒng)的實施例的示意圖，遠程分析系統(tǒng)用于使用設置在復合物上的一個或多個印刷表面線圈來捕捉NQR數(shù)據，該復合物具有設置在基質內的NQR活性示蹤劑；圖9是示出了用于確定復合物內的疲勞的方法的實施例的過程流程圖，該方法使用根據與位置相關的NQR譜所生成的應變圖和微觀應變分布指數(shù)來確定復合物內的疲勞；以及圖10是示出了用于確定復合物的使用壽命的方法的實施例的過程流程圖，該方法使用根據與位置相關的NQR譜所生成的應變圖和微觀應變分布指數(shù)來確定復合物的使用壽命O
具體實施例方式對于預測物品壽命，以及對于指示何時對制造好的物品進行維修可為合適的，獲得多種制造品的機械失效先兆(或先兆標記)的指示可為有用的工具。典型地，這樣的標志以技術員的視覺和/或機械檢查為基礎。例如，技術員可在視覺上檢查物品的裂紋、層離和翹曲。一些技術涉及使用超聲機器來檢測類似的變形。但是，諸如這些的檢查方法在發(fā)生損傷之后才檢測它，并且可能無法檢測失效先兆，諸如微裂紋和疲勞的開始。也就是說，肉眼可能看不到小的失效標志，或者小的失效標志也許不能提供大型物品的足夠的信號差異來供某些技術(例如超聲技術)檢測。實際上，一些失效模式能在一段時間里保持未被檢測，從而造成無用物品或重大且成本高的修理。通過提供一種用于使用NQR來進行結構健康監(jiān)測的系統(tǒng)和方法，本文公開的實施例克服了典型的方法的這些和其它缺點。例如，當前實施例中的某些包括摻有展示NQR活性的微晶材料的復合物。這些材料的結晶結構可展示某些特征NQR頻率。當這些材料的結晶結構例如由于施加機械應力而被干擾時，這些頻率可改變。因此，位于已被施加了應力的或者正在經受機械變化(例如，裂紋)的區(qū)域內或附近的微晶體可產生不同于從未被干擾的區(qū)域中獲得的譜線的NQR譜線。這些譜線變化可用來定位有疲勞、失效或早期失效的區(qū)域。例如，在其中應變在微觀尺度下不均勻地分布的實施例中，使用本文描述的方法所獲得的NQR譜可揭示密排的重疊NQR線的分布。這些密排的重疊線可導致整個譜線寬度加寬。在復合物材料中，在復合物的彈性極限處發(fā)生這些情形。因此，通過監(jiān)測具有NQR活性材料的關注的復合物的一個或多個譜線的這種加寬，確定結構缺陷的開始或存在是可能的。具體而言，在本文描述的方法的某些實施例中，可針對復合物的一個或多個位置來確定微觀應變分布指數(shù)，以監(jiān)測疲勞和/或執(zhí)行對具有復合物的制造品的壽命推斷。在某些實施例中，微觀應變分布指數(shù)可定義為關注的譜線的半極大值下的總寬度(FWHM)和中心NQR線頻率之間的比。在一個實施例中，微觀應變分布指數(shù)定義為FWHM除以中心NQR線頻率。在一些實施例中，NQR測量可實現(xiàn)觀察到失效的先兆，諸如從復合物的彈性狀態(tài)過渡到塑性狀態(tài)。類似地，在一些實施例中，可使用NQR活性材料來構建大型復合物或大型制造品。使用這些NQR材料對局部電環(huán)境的小變化(諸如機械應力和變形所引起的那些)的敏感性，獲得早期物品失效的指示是可能的。除了提供NQR活性復合物來結合到制造品中或涂覆到制造品上，本實施例提供一種監(jiān)測它們的NQR活性的系統(tǒng)和方法。例如，根據某些實施例，提供NQR譜測定系統(tǒng)，諸如 便攜式系統(tǒng)，以允許技術員對以別的方式可能難以包在RF線圈內的某些制造品執(zhí)行現(xiàn)場測試。便攜式系統(tǒng)可包括用于在物品的表面上掃描的RF探測器和相關聯(lián)的譜電路，以獲得局部NQR譜。局部譜又可用來生成2D或3D應變圖。例如，在一個實施例中，局部譜可用來生成微觀應變分布指數(shù)圖。再次，如上面提到的那樣，這些圖可為根據本文公開的某些方法的物品的一種類型的應變圖。但是，在其它實施例中，應變圖可以指使用應變的一個或多個譜標志(諸如線轉變、線加寬等等)來生成的圖。例如，關注的譜線的線轉變可為應變的宏觀標志，而線加寬或更具體而言根據線加寬而確定的微觀應變分布指數(shù)可能是觀測位置內的應變分布的微觀標志。在某些實施例中，這些應變圖、微觀應變分布指數(shù)和指數(shù)圖和/或NQR譜可用來確定物品對于其典型的使用的使用壽命，或者用來檢測物品的失效先兆標記。例如，在一個實施例中，風力渦輪機葉片可構建成具有帶有NQR示蹤劑的復合物。使用本文描述的實施例中的某些，可確定風力渦輪機葉片的平均使用壽命。圖I示意性地描繪了響應于施加的載荷14的、對復合物12內的某些NQR活性核子的NQR譜的測量10的實施例。具體而言，復合物12由NQR活性材料(即具有量子自旋數(shù)大于1/2的至少一個核子的材料)形成。但是，如參照圖2-5所論述的那樣，復合物12可摻有NQR活性示蹤劑，諸如NQR活性微晶材料。如圖I中示出的那樣，測量10包括具有某個功率18和持續(xù)時間20的施加的RF脈沖16，其對應于復合物12內的NQR活性核子的期望的NQR響應22。例如，使用RF線圈或用于以某些期望的頻率和能量來發(fā)送RF能量的類似裝置來施加脈沖16。大體上，脈沖16的RF頻率和能量將對應于某些NQR活性核子的共振頻率。脈沖16會導致旋磁核子被激勵成受激勵自旋狀態(tài)。在施加脈沖16之后，處于它們的受激勵自旋狀態(tài)的核自旋開始弛豫，并且發(fā)射信號，該信號是NQR響應22。使用RF接收線圈24來取得NQR響應22，在核自旋旋進和弛豫(自旋-自旋弛豫)時，RF接收線圈24捕捉信號，信號呈自由感應衰變(FID) 26的形式。然后FID 26用來生成NQR譜28。例如，可對FID 26執(zhí)行傅里葉變換，以生成譜28。在示出的實施例中，在施加載荷14之前，復合物12內的NQR核子發(fā)射第一響應，從而生成第一 NQR譜線30。但是，在對復合物12施加載荷14(這會引起NQR活性核子的至少一部分的局部電場的變化)之后，第一 NQR譜線30轉變成第二 NQR譜線32。這種轉變可為在復合物12的觀測位置處的宏觀應變變化(即平均應變的變化)的指示。也就是說，在施加引起力的應變時，NQR活性核子的共振頻率會轉變。應當注意到，在一些情形中，當復合物開始達到其機械極限時，可觀察到這種轉變。除了譜線30轉變成譜線32，或者作為譜線30轉變成譜線32的代替，在施加載荷14時，第一 NQR譜線30的譜線寬度34可加寬。在某些情況下，這種加寬可表示觀測位置內的微觀應變分布。因此，譜線30的NQR頻率的轉變是在給定的位置中的平均應變變化的宏觀微觀標志，而譜線30的加寬是在該位置處的應變的分布的微觀標志。實際上，在一些實施例中，與第一 NQR譜線30相比，可使第二 NQR譜線32加寬和/或轉變，這取決于變形應變的性質和復合物12受影響的程度。如上面提到的那樣，基于第二 NQR譜線32的加寬的線寬度36和中心NQR頻率從第一 NQR譜線30到第二 NQR譜線32的轉變，可確定微觀應變分布指數(shù)。如上面提到的那樣，雖然示出的實施例描繪了由于施加載荷14而導致第一譜線30轉變成第二譜線32，但是應當注意到，譜28可展示由于施加的力而引起的若干種不同的現(xiàn)象(例如變形應變)。在某些實施例中，在具有帶有NQR活性核子的聚合物或具有包含 NQR活性示蹤劑的聚合物的復合物中，不同量的應力可引起不同的現(xiàn)象。在一個實施例中，在對復合物施加應力使得聚合物達到其彈性極限時，NQR信號可加寬。作為示例，在對復合物的聚合物施加應力達到其彈性極限時，第一譜線30的半極大值下的總寬度(FWHM)(即線寬度34)可增加，這可由線寬度36表示。因而，第二譜線32的微觀應變分布指數(shù)可大于第一譜線30的微觀應變分布指數(shù)，從而指示增大的應力和/或疲勞。實際上，使用對各個位置所確定的微觀應變分布，以及在一些實施例中，使用根據宏觀應變變化信息(例如根據譜線轉變)所生成的應變圖，可直接量化應力對復合物的作用，以及在這些實施例中的某些中，應力對復合物的作用用來確定復合物的疲勞先兆標記和使用壽命。另外，在聚合物達到其斷裂極限時，加寬的譜線可分解成若干個不同的譜線。參照上面的示例，第一譜線30可加寬和/或轉變，并且然后在斷裂時分解成若干個不同的譜線。如上面提到的那樣，本文論述的復合物可由NQR活性材料形成，或者可包括一個或多個不同的NQR活性不蹤劑。根據本文描述的某些實施例，復合物可包括一個其中散布有NQR活性示蹤劑的連續(xù)的層，如關于圖2和圖3所描述的那樣。在其它實施例中，第一復合物層可涂有第二復合物層，第二復合物層包含NQR活性示蹤劑，如關于圖4所描述的那樣。在另外的實施例中，多個復合物層可各自包含NQR活性示蹤劑。在這樣的實施例中，聚合物和/或NQR活性示蹤劑可為相同的或不同的，如關于圖6和圖7所描述的那樣。圖2示出了制造品尤其是翼型件(airfoil)40的實施例，翼型件40包括具有散布在其中的NQR活性示蹤劑44的復合物42。應當注意到，雖然在翼型件的語境中論述本實施例，但是它們也適用于其它復合物結構，諸如飛機的機身、機翼、水平的或豎直的穩(wěn)定器，或類似的航空器特征。在示出的實施例中，復合物42是由示蹤劑44和基質材料46的混合物形成的基本連續(xù)的層?；|材料46可為單體、預聚物、未固化的聚合物、熔融聚合物、溶解的聚合物或其任何組合。例如，基質材料46可包括諸如烯烴、尿烷、酯、丙烯酸鹽和環(huán)氧樹脂的單體、由這些單體中的任何或其組合形成的預聚物，或這些單體中的任何或其組合形成的聚合物?；|材料46還可包括促進淀積諸如溶劑(例如水、有機溶劑)的基質-示蹤劑混合物的其它材料。因此，在對襯底施加之前，NQR活性示蹤劑44可在凝結(set)之前與基質材料46混合，或者可在聚合和/或固化之前散布在基質材料46內。
大體上，NQR活性示蹤劑44可包括能夠展示NQR的任何材料。因此，NQR活性示蹤劑44包括具有至少一個原子的分子，原子具有量子自旋數(shù)大于1/2(即電四極矩)的核子。作為示例，分子可包括這樣的原子諸如硼C°B和/或11B)、氮(14N)、氯(35Cl和/或37Cl)',孟(55Mn)、鈷(59Co)、銅(63Cu 和 / 或 65Cu)'砷(75As)、溴(79Br 和 / 或 81Br)、銻(121Sb和/或123Sb),或碘(127I)，或其任何組合。結合了這樣的原子的分子可包括無機材料，諸如Cu2O, CuSe、NaC103、LiI03、KBrO3> NH4N03、Sb2O3, Mo3Sb7, SbSI、SbF3, BiBr3 和某些堿性-氯碘化物。在其它實施例中，結合了這樣的原子的分子可包括有機分子，諸如鹵代烴基(例如碘化烴基、溴化烴基或氯化烴基，或其組合)。在某些實施例中，如下面論述的那樣，采用結晶NQR活性材料可為合乎需要的。雖然在一般意義，無機示蹤劑由于它們的離子鍵的原因而能夠更容易結晶，但是可選擇某些有機NQR活性材料具有促進晶體形成的分子結構。作為示例，可選擇這樣的有機分子具有平面式或半平面式結構，該結構能夠通過一個或多個分子間相互作用而聚集，諸如Pi-Pi堆積、范德華力、氫鍵結合、配位金屬相互作用、離子相互作用或其任何組合。在某些實施例中，有機NQR活性材料可包括芳香族分子和/或具有上面列出的某些NQR活性原子的有機 金屬絡合物。例如，在一個實施例中，二(4-氯苯基)砜(N-I)可用來形成微晶針。能夠進行晶體形成的有機NQR活性示蹤劑的另一個示例是3，4- 二氯苯胺(N-2)。N-I和N-2的公式如下所示。
h2nhQ)—ci
0Cl
If4N-2如上面提到的那樣，在某些實施例中，NQR活性示蹤劑44在基質材料46內作為結晶材料而存在。結晶材料可包括多個微晶體，微晶體具有長度介于大約I微米和I毫米之間的至少一個尺寸，諸如介于大約10微米和500微米之間、介于50微米和500微米之間，或者介于100微米和500微米之間。實際上，微晶體的微米級尺寸可使得能夠收集能局限于復合物的具體區(qū)段的信息。例如，因為微晶體具有至少一個微米級尺寸，所以本實施例使得能夠確定微觀應變分布(例如應變分布的指數(shù))。在一般意義上，微晶體可具有引起電場梯度的任何晶格幾何結構(例如三斜晶系、單斜晶系、斜方晶系、正方晶系、六方晶系和立方晶系)，電場梯度可被外部機械應力干擾。在一些實施例中，NQR活性示蹤劑44基本可由微晶針組成。實際上,在某些實施例中，采用微晶針可為合乎需要的，因為與其它結晶幾何結構相比，微晶針對局部應變的敏感度有所增加。例如，比與諸如立方體的其它結晶形式相比，微晶針可具有更大的縱橫比。更大的縱橫比可導致對應用于復合物42的力高度敏感的晶體電場梯度。也就是說，與其它結晶形式相比，一旦對復合物42施加的應變，晶體場梯度將被干擾的可能性更高。這個梯度干擾可導致示蹤劑44內的NQR活性核子的一個或多個NQR譜線中有變化(例如轉變和/或加寬)。如上面提到的那樣，NQR示蹤劑44設置在基質材料46內，以形成混合物。當對制造品施加時，該混合物可用來促進檢測和量化物品的疲勞，確定物品的使用壽命，和/或確定物品強度。圖3是示出了用于產生具有復合物42的、諸如翼型件40的制造品的方法50的實施例的過程流程圖。在方法50的第一個步驟中，NQR活性示蹤劑44散布在基質材料46內(框52)。大體上，NQR活性示蹤劑44可按不會不利地影響基質材料46和/或得到的復合物的期望屬性的任何量而散布在基質材料46內。在某些實施例中，NQR活性示蹤劑44可按范圍為整個混合物的大約O. I重量％(wt%)至大約10 wt%的量而存在。在這些實施例中的一些中，NQR活性示蹤劑44加載量可介于大約I wt%和5 wt%之間，包括其中的一切。例如，在一個實施例中，NQR活性示蹤劑44可按大約2 wt%的量而存在。NQR活性示蹤劑44的、散布在基質材料46內的量可取決于多個因素,包括(但不限于)成本、NQR敏感度、在示蹤劑44內的NQR活性核子的數(shù)量、示蹤劑44的材料屬性，以及在使用NQR活性示蹤劑44時獲得的信噪比。在下面論述關于NQR活性示蹤劑44散布在基質材料46內的某些其它確定因素。例如，如本文在下面論述的那樣，NQR活性示蹤劑44的某些材料屬性可至少部分地確定選擇散布哪種NQR活性示蹤劑44。在下面關于圖6來論述諸如譜考量的其它因素。
在某些實施例中，散布可使得示蹤劑44基本均勻地分布在基質材料46內。在其中示蹤劑44是結晶的實施例中，通過選擇示蹤劑和基質材料的合適的組合,示蹤劑44在基質材料46中可保持基本未溶解。例如，蹤劑44具有使得基質材料46能夠在使蹤劑44懸浮達期望的時間量的同時而不使示蹤劑44溶解的密度可為合乎需要的。因此，示蹤劑44可具有僅略微大于、基本等于或小于基質材料46的密度，其中基質材料46中的溶解度足夠地低，以防止晶體退化。這種密度可使得基質材料46能夠使示蹤劑44懸浮達這樣的時間量，該時間量足以對襯底施加混合物，以及凝結、聚合和/或固化基質材料46,而不使示蹤劑溶解。因此，雖然諸如預聚物、熔融聚合物或未固化的聚合物的某些基質材料46可能能夠使無機示蹤劑懸浮，但是在一些實施例中，示蹤劑為有機的可為合乎需要的，因為某些有機材料可具有小于無機材料的密度。因此，許多有機示蹤劑可容易地懸浮在許多不同的基質中，諸如溶劑、單體、預聚物、熔融聚合物、未固化的聚合物或其組合，以生成基本均勻分布的混合物。但是，在某些實施例中，諸如，當基質材料46關于有機示蹤劑材料用作強溶劑時，示蹤劑44可為無機的。另外，可選擇NQR活性示蹤劑44和基質材料46，使得避免基質材料過早地固化和聚合。例如，在其中在對襯底施加之前，基質材料是單體、預聚物或未固化的聚合物的實施例中，可選擇NQR活性示蹤劑44，使得示蹤劑不用作聚合或固化催化劑。在這樣的實施例中，可使用有機NQR活性示蹤劑而非無機NQR活性示蹤劑，因為某些無機材料可催化聚合和/或固化過程。但是，應當注意到，某些無機NQR活性示蹤劑也可與單體、預聚物或未固化的聚合物成分基本不起反應。因此，在其中示蹤劑44與基質材料46基本不起反應的實施例中，可在以后存儲和使用混合物，或者立即使用。在某些其它實施例中，示蹤劑催化聚合和/或固化可為合乎需要的。在這樣的實施例中，可在使用混合物來形成復合物之前立即執(zhí)行示蹤劑和基質材料的混合。因而，在準備混合物之后(框52)，可最后或立即對襯底施加混合物(框54)。框54所表示的動作可包括涂覆襯底的表面，或將混合物灌注到模子、金屬絲網或框架中或灌注到其上。例如，可將混合物灌注到具有類似于期望的制造品的幾何形狀的金屬絲網中，諸如風力渦輪機葉片或航空器機翼的一般形狀。在另一個實施例中，可對聚合物或復合物層施加混合物，如關于圖4-6所論述的那樣。在這樣的實施例中，混合物可用作額外的復合物層，諸如保護層或涂層。在已經對襯底施加基質材料46和示蹤劑44的混合物之后(框54)，基質材料可聚合，以及在一些實施例中，固化或凝結(框56)。具體而言，在其中基質材料包括單體或預聚物的實施例中，基質材料可聚合?？墒褂弥T如光或熱的外部刺激或者使用催化劑或其任何組合來執(zhí)行聚合。在其中基質材料包括未固化的聚合物的實施例中，可使用熱、光或催化劑或組合來使基質材料固化。在其中基質材料是熔融聚合物的實施例中，在施加之后，可允許聚合物冷卻和凝結。在這些實施例中，可選擇聚合、固化和/或凝結的速率和方式，以生成具有帶有期望的特性的聚合物的復合物，諸如期望的分子重量、熔體流動特性、密度、分子重量分布和/或期望的交聯(lián)量。如上面關于框54所提到的那樣，可對現(xiàn)有的聚合物層和/或復合物層施加復合物42。圖4示出了諸如翼型件60的、具有涂覆到現(xiàn)有的聚合物層和/或復合物層62上的復合物42的制造品的實施例。在示出的實施例中，翼型件60包括可為結構層的、現(xiàn)有的聚合物層和/或復合物層62。層62不包括NQR活性示蹤劑，但是涂有復合物42，以促進檢測疲勞和可能存在于翼型件60內的任何變形。在某些實施例中，翼型件60可表示已經涂有復合物42的現(xiàn)有的翼型件，以允許進行這種檢測。因此，根據本公開的某些方面，現(xiàn)有的制造品可涂有NQR活性復合物(例如復合物42)，以根據本文公開的方法來促進監(jiān)測和檢測疲5J、接頭強度或局部應力。雖然圖4示出了具有僅一個NQR活性復合物層的翼型件(但是可為任何復合結構，諸如飛機的機身、機翼或豎直的穩(wěn)定器)的實施例，但是具有多個NQR活性層可為合乎需要的。例如，這樣的多層式復合物可使得能夠針對特定的表面位置來確定依賴于深度的不同的應變狀態(tài)(例如通過線轉變)和微觀應變分布指數(shù)(例如通過線加寬)。這樣，多個NQR活性層可促進檢測制造品的本體內的某些疲勞位置。圖5示出了具有多個NQR活性復合物層的翼型件70的實施例。具體而言，翼型件70包括第一 NQR活性復合物層72和涂覆在第一層72上面的第二 NQR活性復合物層74。第一層72包括散布在第一基質材料78內的至少第一 NQR活性示蹤劑76。可根據上面描述的方法50來形成第一 NQR活性復合物層72。因此，第一 NQR活性復合物層72可為制造品的結構層、物品上的保護層或物品上的涂層。類似地，第二 NQR活性復合物層74包括散布在第二基質材料82內的至少第二 NQR活性示蹤劑80。大體上，第一基質材料78和第二基質材料82可為相同的或不同的，并且第一 NQR活性示蹤劑76和第二 NQR活性示蹤劑80可為相同的或不同的。實際上，雖然示出的實施例描繪了兩個由于不同的基質材料78、82而與截然不同的層，但是在某些實施例中，基質材料78、82可為相同的，使得翼型件70的橫截面僅揭示具有不同的NQR示蹤劑的單個層?？筛鶕⒄請D3所描述的方法50來對第一 NQR活性復合物層72施加第二 NQR活性復合物層74。因此，第一 NQR活性復合物層70可認為是第二 NQR活性復合物層72的襯底。實際上，方法50可重復多次，以形成具有多個NQR活性層的制造品。此外，因為層具有不同的NQR活性示蹤劑，所以通過測量應變圖以及確定依賴于深度的微觀應變分布指數(shù)，可能確定可存在于制造品內的任何缺陷和/或疲勞的深度(即，大小)、形狀和/或程度。 根據某些實施例，收集的數(shù)據(例如，微觀應變分布指數(shù)和/或應變變化數(shù)據)可用來生成3D應變圖。在某些實施例中，可選擇NQR活性示蹤劑，使得它們以與截然不同的頻率共振，以促進檢測和防止數(shù)據卷積。如上面提到的那樣，本實施例使得能夠量化疲勞、檢測早期失效標志(例如微裂紋、膨脹、纖維波紋)，以及，在某些實施例中，使用針對復合物的多種位置所確定的應變變化信息和微觀應變分布指數(shù)來確定多種制造品 的殘存使用壽命。圖6描繪了可監(jiān)測制造品以檢測疲勞、失效和/或殘存使用壽命的結構指示的方式的實施例。具體而言，圖6是技術員92執(zhí)行來識別翼型件94內的疲勞的宏觀標志和微觀應變分布指數(shù)標志的存在的測量90的圖解。再次，結構可為任何復合結構，諸如飛機的機身、機翼或穩(wěn)定器。翼型件94包括復合物96，復合物96包含一個或多個NQR活性材料，諸如NQR活性示蹤劑(例如微晶NQR示蹤劑)。如參照示出的實施例可意識到的那樣，制造品，尤其是翼型件94可大得以至于不能使用傳統(tǒng)的攝譜儀或傳統(tǒng)的螺線管線圈(典型地包圍關注的對象)來捕捉數(shù)據。因此，本實施例提供技術員92可用來對翼型件94的多種位置執(zhí)行NQR能譜法測量的便攜式NQR譜儀98。便攜式NQR譜儀98包括手持式RF探測器100，RF探測器100能夠將RF能發(fā)送到復合物96中，以激勵NQR活性核自旋，并且還能夠接收在這些核自旋旋進和弛豫時發(fā)射的信號。NQR數(shù)據可存儲在便攜式攝譜儀98中，并且在以后傳送到專用計算機或通用計算機，以進行分析。在其它實施例中，除了數(shù)據采集，便攜式攝譜儀98還可執(zhí)行分析。例如，在一個實施例中，便攜式攝譜儀98可包括能夠分析譜線的轉變(例如由于應變的原因)和加寬(例如由于局部應變分布的原因)的一個或多個處理器。譜線的中心NQR線頻率的轉變的識別連同局部加寬信號可用來產生一系列的微觀應變分布指數(shù)，可用圖的形式呈現(xiàn)微觀應變分布指數(shù)。例如，可生成提供應變變化信息的應變圖，并且，另外或備選地，可生成微觀應變分布指數(shù)圖。實際上，為了使得便攜式攝譜儀98能夠執(zhí)行這樣的任務，便攜式攝譜儀98可包括USB接口式攝譜儀卡。在下面關于圖7來論述便攜式攝譜儀98和RF探測器100的某些特征。大體上，便攜式攝譜儀98和手持式RF探測器100使得技術員92能夠沿著翼型件94的表面對翼型件94執(zhí)行一個或多個分析。例如，在對翼型件94進行NQR測量的期間，技術員92可將RF探測器100置于翼型件94的外表面102的上面，以從復合物96中取得NQR數(shù)據。RF探測器100包括接觸表面104，可使接觸表面104在某些位置處與外表面102直接接觸，或者技術員92可按有規(guī)則間隔使接觸表面104經過整個外表面102。例如，在一些實施例中，可在外表面102的具體位置處對翼型件94作記號。可將RF探測器100置于那些位置處，并且記錄NQR數(shù)據，以及使NQR數(shù)據與位置相關，以生成收集的NQR譜的圖。在其它實施例中，RF探測器100可用來對整個外表面102執(zhí)行NQR掃描，以生成收集的NQR譜的圖。例如，在一些實施例中，可針對顯示譜線轉變和/或加寬(如關于元素30-36在圖I中示出的那樣)的位置來分析局部NQR譜，這可用來生成局部化微觀應變分布指數(shù)。實際上，如下面描述的那樣，得到的局部NQR譜可用來生成關于疲勞/失效分析以及關于翼型件94的壽命推斷的應變圖。再次，本文描述的分析系統(tǒng)和方法可適用于任何這種制造品。應當注意到，在一些實施例中，各個NQR測量(例如在翼型件94的外表面102上的具體位置處的各個測量)所需的時間可主要地取決于NQR活性示蹤劑內的NQR活性核子的Tl時間常量(即自旋-晶格弛豫常量)。例如，在一些實施例中，在Tl時間常量增大時，各個NQR數(shù)據采集所需的時間也增加。在一些實施例中，某些NQR活性材料的Tl時間常量大約I至900毫秒(ms)左右，但是在某些實施例中，Tl時間常量可能更長(例如，2秒)，或者更短(例如，100微秒)。Tl常量值描述給定的旋磁核子的縱向磁化分量回到其大約63%(1_^)的均衡磁化(即其基態(tài))所需的時間。因此，給定的核子的Tl值可至少部分地確定NQR能譜法的給定的激勵-發(fā)射-檢測循環(huán)可重復的速率，即重復速率。因為對于提高信噪比，許多掃描可為合乎需要的，在一些實施例中，具有Tl時間常量較短的NQR活性示蹤劑可為合乎需要的。大體上，本文描述的NQR示蹤劑室溫(即介于23° C和27° C之間)Tl值可在大約I ms至大約1000 ms之間變化,諸如介于大約I ms和500 ms之間，介于5 ms和250 ms之間，或介于10 ms和150 ms之間。作為示例，Cu2O具有大約140 ms的Tl值，而BCPS(N-I)貝丨J具有大約10 ms的Tl值。因此，單獨基于Tl值，與Cu2O相比，使用BCPS(N-l)，可在相同的時間量中執(zhí)行大約14次那樣多的掃描。另一個示蹤劑示例是Mo3Sb7，它具有大約2. 5 ms的Tl值。但是，應當注意到，在一些實施例中，自旋-晶格弛豫可受到給定樣本的溫度的影響。因此，Tl值，以及因此樣本的NQR譜可受到影響。例如，在升高的溫度處，譜線可加寬，這能導致有卷積數(shù)據。這在其中觀察到譜線加寬以生成微觀應變分布指數(shù)的實施例中可能是特 別成問題的。此外，更銳利的NQR譜線可提供更多關于宏觀應變改變的詳細信息。因此，使用Tl值小的材料可為合乎需要的。雖然NQR活性核子的Tl值在很大程度上確定各個采集所需的時間，但是其它因素可確定適合于獲得期望的信噪比的掃描的次數(shù)，這能影響準確且可再現(xiàn)地確定局部宏觀應變改變和/或微觀應變分布指數(shù)的能力。具體而言，NQR活性核子的自由感應衰變的持續(xù)時間以及用于NQR信號檢測(例如，檢測RF探測器100內的線圈)的線圈的質量(Q)因子可為總的掃描時間和信噪比的決定因素。在一般意義上，F(xiàn)ID的持續(xù)時間越長，信噪比就越大。在其中信噪比增大的實施例中，適于生成有用的數(shù)據的掃描的次數(shù)可減少。因此，使用具有持續(xù)時間長的FID的NQR示蹤劑來促進確定微觀應變分布指數(shù)在大體上是合乎需要的。在一些實施例中，特定的材料的FID持續(xù)時間取決于NQR活性材料的T2值。大體上，NQR活性示蹤劑的室溫T2值可在大約I微秒至大約10毫秒之間的范圍中。例如，在一些實施例中，NQR示蹤劑的T2值可介于大約I微秒和250微秒之間。參照上面關于Tl值所提供的示例，在室溫下，Cu2O具有大約50微秒的T2值，BCPS(N-I)具有大約500微秒的T2值，而Mo3Sb7具有大約222微秒的T2值。旋磁核自旋的橫向磁化分量的旋進和衰變會產生由RF線圈檢測的信號，即FID。具體而言，在橫向磁化開始衰變時發(fā)射的信號會在檢測線圈(例如，在RF探測器100內)中產生振蕩電壓。至少由于這個原因，線圈的某些屬性，諸如質量(Q)因子，還可影響FID的持續(xù)時間以及線圈對FID的放大。因此，線圈的某些屬性還可影響信噪比，并且從而影響生成精確且可再現(xiàn)的微觀應變分布指數(shù)和平均應變改變的宏觀標志的能力。例如，在提供RF激勵脈沖之后，檢測線圈可振鈴(ring)某個持續(xù)時間。為了在無信號污染的情況下從這個響鈴中取得FID，可采用延遲，認為這是振鈴延遲。在這個延遲期間，F(xiàn)ID衰變，從而降低可收集的高峰FID。因此，大體上合乎需要的是，減小振鈴延遲，使得可盡可能快地取得FID。在一般意義上，檢測線圈的Q因子越大，振鈴時間就越長。就此而言，減小檢測線圈的Q因子可為合乎需要的。相反，線圈放大FID的能力隨Q因子的增大而增大。因此，可存在對于用于檢測的各個共振頻率而言合乎需要的Q因子范圍。實際上，雖然Q因子可減小，但是信噪比可增大。在其它實施例中，不是優(yōu)化線圈的Q因子，而是使用主動方法來在RF脈沖期間暫時地阻尼接收器電路以減小振鈴可為合乎需要的。然后可恢復高的Q因子，以加強FID信號。應當注意到，F(xiàn)ID的持續(xù)時間，以及從而各個NQR示蹤劑的T2值，可影響在特定的測驗期間獲得的微觀應變分布指數(shù)。具體而言，F(xiàn)ID的持續(xù)時間會導致某些譜線寬度。例如，在一般意義上，F(xiàn)ID越短，在各個譜線的FWHM處測得的譜線寬度就越寬。更寬的線寬度能導致數(shù)據卷積，對施加的應變不敏感，以及信噪比不良。因此，使用譜線寬度較窄的材料可為合乎需要的。作為示例，較寬的譜線寬度可為大約15 kHz和更大，而較窄的譜線寬度可為小于大約14 kHz ο作為某些NQR活性材料的示例，在室溫下，Cu2O在26 MHz處具有大約15 kHz的FWHM，某些堿性氯碘化物在15 MHz和30 MHz之間處具有大約2 kHz-5 kHz的FWHM，而BCPS (N-I)在大約34. 35 MHz處具有呈粉末形式的大約11 kHz的FWHM和呈單晶形式的大約I kHz的FWHM。因此，在某些實施例中，諸如為了提高用于生成微觀應變分布指 數(shù)的敏感度，可為合乎需要的是，使用NQR活性材料，諸如BCPS(N-I)、堿性氯碘化物以及與諸如Cu2O的材料相比具有類似的譜線寬度的其它材料。實際上，在某些實施例中，可直接使譜線寬度(以及從而微觀應變分布指數(shù))與FID持續(xù)時間和T2值相關?？傊?，在某些實施例中，選擇具有短的Tl值和長的T2值(即長的FID持續(xù)時間和狹窄的譜線寬度)的NQR活性示蹤劑材料可為合乎需要的?？紤]到上面描述的這些和其它多種考量，提高便攜式攝譜儀98的檢測特征的敏感度也可為合乎需要的。有利地，根據本方法，如上面提到的那樣，便攜式攝譜儀98的RF探測器100配置使得它可直接置于翼型件94的外表面102上。例如，在一些實施例中，RF探測器100包括一個或多個表面線圈。RF探測器100的表面線圈使得探測器100能夠以最小信號損耗將RF信號發(fā)送給NQR活性核子和接收來自NQR活性核子的RF信號，探測器和示蹤劑之間的間隔增大能導致信號損耗。RF探測器100還可包括用于使探測器100的位置與便攜式攝譜儀98的基部的位置相關的多種特征，例如以產生關于翼型件94的局部NQR譜。圖7示出了便攜式NQR能譜法系統(tǒng)110的實施例。在示出的實施例中，便攜式攝譜儀98和RF探測器100包含使得能夠收集局部NQR測量以獲得局部NQR譜的電路。電路也可對譜的某些特征執(zhí)行測量，諸如譜線在施加應力之后的轉變、在施加應力之后的線加寬等等。電路還可配置成生成參考指數(shù)(諸如微觀應變分布指數(shù))或根據用于比較參考指數(shù)的這些測量而生成的新指數(shù)，參考指數(shù)可與測量的信息比較，諸如測量的譜線加寬和/或譜線移位。例如，可選擇特定的微觀應變分布指數(shù)(例如閾值)作為參考值，測量的值根據測量的值生成的指數(shù)與參考值比較(例如由技術員使用攝譜儀98或者通過攝譜儀98)，以確定局部結構異常的存在。在一般意義上，便攜式攝譜儀98可為便攜式通用或專用計算機，諸如攝譜儀盒、筆記本、平板計算機、膝上型計算機，或者能夠存儲分析序列和控制攝譜儀的多種組件的任何基于計算機的裝置。在示出的實施例中，便攜式攝譜儀98包括控制和處理電路114，控制和處理電路114可包括能夠訪問和執(zhí)行用于執(zhí)行NQR分析的基于計算機的例程的一個或多個處理器。例如，控制和處理電路114可適合于執(zhí)行用于收集NQR譜以及使譜與復合物的離散位置相關的一個或多個例程。控制和處理電路114可使NQR譜與復合物的、已被施加應力的位置相關，以獲得與應變有關的信息。另外，在一些情形中，控制和處理電路114可使從用于生成基線信息的相對未受到應力的位置中獲得的NQR譜相關，例如以生成微觀應變分布指數(shù)，測量的信息能與該微觀應變分布指數(shù)比較。在其它實施例中，可對已經投入使用的復合物生成多種微觀應變分布指數(shù)?？刂坪吞幚黼娐?14可自動地選擇具體的微觀應變分布指數(shù)(例如通過建模、試錯法等得到的命令)，或者攝譜儀98的用戶可選擇具體的微觀應變分布指數(shù)，并且新生成的微觀應變分布指數(shù)可與基線或選擇的指數(shù)比較，以確定結構異常的存在。在進一步的實施例中，控制和處理電路114可簡單地比較線轉變、線加寬或考慮這些中的任一個或兩者的值與選擇的微觀應變分布指數(shù)(即參考指數(shù))。實際上，控制和處理電路114可針對由于施加或經歷局部應力所引起的分解譜線造成的譜線轉變和譜線加寬來分析NQR譜。在某些實施例中，攝譜儀98收集的且被控制和處理電路114處理的數(shù)據可用來生成2d和3d應變圖(例如根據宏觀應變變化信息和/或微觀應變分布信息)。應變圖可比較一個或多個局部微觀應變分布指數(shù)或原始的微觀應變分布指數(shù)圖。在某些實施例中，控制和處理電路114可對各個位置或對整個復合物指配嚴重性指數(shù)?？扇Q于試錯法、建模或其組合來選擇嚴重性指數(shù)，并且嚴重性指數(shù)大體可表示關于 特定的結構異常的存在的閾值標志。已經通過執(zhí)行NQR測量而生成的局部微觀和/或宏觀應變變化信息(例如新生成的微觀應變分布指數(shù))可與嚴重性指數(shù)比較，以確定特定的位置是否有應變、疲勞等，以及位置可有應變和/或疲勞的程度。在一些實施例中，嚴重性指數(shù)可對應于微觀應變分布指數(shù)的特定的值?？刂?處理電路114可訪問局部存儲器116上的、基于計算機的NQR分析和控制例程，局部存儲器116可存儲NQR例程、脈沖序列、關于某些制造品的形狀和大小的信息，以及用于使這種信息與NQR分析例程相關以生成局部NQR譜的例程。在某些實施例中，存儲器116還可存儲用于根據NQR譜來生成應變圖、微觀應變分布指數(shù)和微觀應變分布指數(shù)圖的例程?？刂坪吞幚黼娐?14可設置在用戶接口 118處，用戶可利用用戶接口 118來指導攝譜儀98對制造品112執(zhí)行多種NQR分析。例如，用戶接口 118可允許用戶調節(jié)用于NQR激勵的頻率和檢測的頻窗，以輸入關于制造品112的信息或類似的用戶輸入?？刂?處理電路114可使用接口電路122(諸如配置成在便攜式攝譜儀98、RF電路組裝件120和RF探測器100之間傳送數(shù)據的驅動器和其它類似的特征)來與RF電路組裝件120進行接口。接口電路122使得控制/處理電路114能夠將命令信號傳送到RF電路組裝件120，以命令通過RF探測器100從制造品110中取得NQR數(shù)據。在示出的實施例中，RF電路組裝件120與便攜式攝譜儀98分開。在這種配置中，RF電路組裝件120可為便攜式攝譜儀卡，便攜式攝譜儀卡使用例如通用串行總線(USB)連接、以太網連接、無線連接或類似的連接來與通用或專用計算機進行接口。在其它實施例中，RF電路組裝件120可包含在便攜式攝譜儀98內。在這種配置中，便攜式攝譜儀98可為包括RF電路組裝件120作為一個或多個攝譜儀卡的特定用途的攝譜儀。為了采集和接收數(shù)據，RF電路組裝件120包括發(fā)送和接收(Tx/Rx)電路124和多種放大電路126。Tx/Rx電路124可包括多種驅動器以及某些處理和/或控制電路，以產生控制/處理電路114所限定的數(shù)字化的或模擬的脈沖序列。另外，Tx/Rx電路124可包括用于使RF探測器100內的RF線圈128在發(fā)送狀態(tài)和接收狀態(tài)之間切換的雙工器。RF電路組裝件120尤其還包括放大電路126，諸如，用于放大RF線圈128所發(fā)送的RF脈沖的功率(放大器)和用于放大接收到的信號的低噪聲放大器(LNA)。放大電路126還可包括用于阻擋或消除RF線圈128接收到的不合需要的信號的多種濾波器，諸如帶通濾波器。在示出的實施例中，RF探測器100包括RF線圈128和定位電路130。RF線圈128可包括各自能夠發(fā)送和/或接收RF信號的一個或多個線圈。在一些實施例中，RF線圈128可包括螺線管型線圈，螺線管型線圈能夠發(fā)送RF脈沖132，以激勵制造品112內的NQR活性旋磁核子，和/或能夠接收在核子回到它們的均衡狀態(tài)時所發(fā)射的RF信號134。在其它實施例中，RF線圈128可包括能夠將RF脈沖序列132發(fā)送給旋磁核子和/或能夠接收核子所發(fā)射的RF信號134的一個或多個表面線圈。在一個實施例中，如上面提到的那樣，由于輪廓 比基于螺線管的線圈更平的原因，而且還由于某些信噪考量的原因，將表面線圈用作RF線圈128可為合乎需要的。例如，表面線圈的更平的輪廓可允許將較大部分的RF線圈128放置成靠近探測器100的接觸表面104，以及因此，比螺線管線圈的情況下更靠近制造品112的表面。如上面提到的那樣，這種緊密的空間關系可提高信噪比。如上面提到的那樣，RF探測器100如所描繪的那樣還包括定位電路130。定位電路130可包括應答器或使得便攜式攝譜儀98能夠使用定位系統(tǒng)136來確定RF探測器100相對于便攜式攝譜儀98的位置的類似的特征。例如，便攜式攝譜儀的定位系統(tǒng)136可包括使用衛(wèi)星或可由用戶遠程訪問或定位的其它三角測量特征來跟蹤便攜式攝譜儀98的位置的系統(tǒng)(例如，全球定位系統(tǒng)(GPS))。在某些實施例中，使用定位電路130和定位系統(tǒng)136，可相對于制造品112來確定便攜式攝譜儀98和/或RF探測器100的位置。確定這種位置關系可促進使使用系統(tǒng)110而獲得的NQR譜的定位。實際上，NQR譜的定位可用來生成局部宏觀圖和/或微觀應變圖，如下面論述的那樣。如上面提到的那樣，發(fā)送/檢測線圈與多種制造品內的NQR示蹤劑材料的接近性可有利地提高信噪比，這能減少分析時間，并且還導致更大可能地檢測可能存在的任何結構異常。因此，在一些實施例中，除了使用上面描述的便攜式攝譜儀和探測器，或者代替使用上面描述的便攜式攝譜儀和探測器，相應的實施例還提供用于對NQR示蹤劑材料進行遠程詢問的系統(tǒng)。圖8示出了一個這種廣義的遠程分析系統(tǒng)140的實施例。系統(tǒng)140包括諸如翼型件142的制造品，如上面關于圖2-5所描述的那樣，該制造品具有復合物144，復合物144具有設置在基質材料148內的NQR示蹤劑146。另外，一個或多個印刷線圈150設置在復合物144的表面152上。通過使用呈圓形圖樣、長方形圖樣、正方形圖樣、橢圓形圖樣、三角形圖樣或任何其它圖樣的電磁材料，一個或多個印刷線圈150可印刷到或以別的方式直接形成到表面152上或正下方。大體上，一個或多個印刷線圈150配置(即調諧)成以NQR示蹤劑146的共振頻率中的一個或多個共振。在一些實施例中，線圈150可為使用外部RF源(諸如使用發(fā)送/接收電路154)來進行遠程賦能的無源線圈。在這種實施例中，發(fā)送/接收電路154可傳送一個或多個信號156,以對線圈150賦能。例如，信號156可為調諧到線圈150的、導致線圈150發(fā)射某些激勵RF脈沖的頻率的RF信號。激勵RF脈沖被引導向NQR示蹤劑146。然后示蹤劑146可在它們衰變到它們的相應的均衡狀態(tài)時與線圈150共振。線圈150進而可發(fā)射檢測信號158，檢測信號158由發(fā)送/接收電路154接收，并且由分析電路160分析。分析電路160可分析信號，以根據關于圖9和10所論述的方法來確定復合物144內的結構異常的存在，以及因而確定物品142內的結構異常的存在。例如，分析電路160可確定與翼型件142的其它位置相比的局部加寬譜線(例如，關于關注的譜線)的存在，和/或關注的譜線的局部轉變譜線的存在，并且可基于針對已經加寬和基本未加寬和/或未轉變的譜線的位置所生成的微觀應變分布指數(shù)和/或宏觀應變變化數(shù)據之間的比較來產生關于所有位置的嚴重性指數(shù)。再次，指數(shù)和/或應變變化數(shù)據可用來生成應變圖。在其它實施例中，可使用單獨的RF線圈來詢問印刷表面線圈150。例如，單獨的RF線圈可配置成對線圈150賦能，以最終激勵NQR核子，或者RF線圈可配置成直接激勵NQR核子。在其中RF線圈直接激勵NQR核子的實施例中，印刷表面線圈150可在激勵NQR核子所發(fā)射的信號衰變到它們的均衡磁化狀態(tài)時與它們共振。此外，在某些實施例中，印刷表面線圈150可各自具有與NQR信息一起發(fā)送的與截然不同的標記信號。這可允許確定發(fā)送的信號的來源點，這允許定位得到的NQR譜，以及因而定位宏觀應變變化數(shù)據和微觀應變分布指數(shù)。使用上面描述的系統(tǒng)和方法中的一些或全部，本實施例還提供用于生成關于應變 局部、疲勞確定、物品壽命推斷等的宏觀應變圖和/或微觀應變分布指數(shù)圖的方法。圖9和圖10在可由某些譜控制電路、技術員或其組合執(zhí)行的過程流程圖的語境中介紹這樣方法。具體而言，圖9示出了用于生成應變圖來確定具有NQR活性復合物的制造品內的疲勞和檢測結構缺陷的方法170的實施例的過程流程圖。制造品可完全由復合物形成，或者復合物可形成物品的僅一部分。在其它實施例中，復合物可為物品上的涂層。方法170以在復合物的多種位置上執(zhí)行NQR掃描(框172)為開始。掃描的位置與它們的相應的NQR譜相關，以生成一組應變圖(框174)。應當注意至IJ，雖然在例如復合物或制造品的表面上執(zhí)行NQR掃描，但是可獲得3D數(shù)據，從而使得能夠形成二維或三維應變圖。除了提供表面信息之外，這樣的三維應變圖可提供關于復合物或制造品的本體的結構信息。在已經執(zhí)行NQR掃描之后，或者在執(zhí)行掃描的同時，可執(zhí)行框174所表示的動作。例如，在一個實施例中，用來生成NQR譜的特征可包含一個或多個空域相關特征，諸如上面關于圖7所描述的定位系統(tǒng)136。相關特征可記錄NQR譜，并且使譜在被收集時與它們的相應的位置相關。在其它實施例中，用戶可收集在復合物上的某些預先確定的位置處的譜。預先確定的位置可為被識別和掃描的復合物上的核對符號。該識別可使收集的譜與位置相關。為了在框174中生成應變圖，對收集的且與位置相關的譜分析某些確定性特征，諸如線加寬、頻率轉變、譜線分解等。然后確定性特征的性質可與復合物遭遇到的應變相關。例如，如上面提到的那樣，某些微觀應變分布指數(shù)值或某些程度線加寬或線轉變可為復合物的聚合物已經達到彈性極限的指示。因此微觀應變分布指數(shù)的幅度、線加寬量或線轉變量可為聚合物已經變得有彈性的程度的指示。例如，根據某些實施例，應變、疲勞或變形的程度可由應變圖中的顏色表示，在某些實施例中，該程度可為微觀應變分布指數(shù)圖或宏觀應變變化圖(例如，局部平均應變圖)。在已經在框174中產生制造品的應變圖之后，應變圖可與物品的原始應變圖比較，以確定在各分析之間積累起來的應變量(框176)。例如，使用類似于上面描述的步驟的過程，可產生原始NQR圖和/或應變圖。原始NQR圖可與局部NQR譜比較，或者原始應變圖可與新生成的應變圖比較。比較可包括比較各個圖的不同的微觀應變分布指數(shù)，或用來生成應變數(shù)據的關注的譜線的其它確定性特征。例如，可從新生成的應變圖的新數(shù)據中減去原始應變圖(或NQR圖)的原始數(shù)據。減法(或其它比較函數(shù))可導致與位置相關的應變差異 目息。與位置相關的應變差異信息，諸如微觀應變分布指數(shù)差異和/或局部平均應變差異，可用來識別結構異常(框178)。具體而言，結構異?？砂ㄆ诘膮^(qū)域、具有微裂紋、膨脹、纖維波紋等的區(qū)域。在一些實施例中，應變差異信息的幅度可量化制造品在各分析之間積累起來的應變量。這種量化可允許確定物品的殘存使用壽命。實際上，本實施例可使得能夠觀察到定位于復合物的特定的部分的宏觀應變信息，并且還可使得能夠在平均值內觀察到微觀應變分布信息，以提供關于在特定的部分處的復合物的機械狀態(tài)的微觀信息和宏觀信息。雖然根據微觀應變分布信息和/或平均應變變化信息制作而成的應變圖可用來 量化和/或識別疲勞，但是在其它實施例中，引起線加寬的NQR譜分布可用來產生用于這些目的的一個或多個局部微觀應變分布指數(shù)(框180)。例如，各個譜線與未被干擾的樣本的譜線相比的加寬的程度可直接與各個指數(shù)的幅度有關。因此，信號的分布越大，線加寬就越 大，并且微觀應變分布指數(shù)也越大。實際上，各個微觀應變分布指數(shù)的幅度可與復合物的疲勞相關(框182)。例如，如上面提到的那樣，結構異?？砂ㄆ诘膮^(qū)域、具有微裂紋、膨脹、纖維波紋等的區(qū)域。在一些實施例中，各個指數(shù)的幅度可用來量化制造品在特定的位置處遭遇到的應力量。例如，使用一種或多種建模方法，可開發(fā)出使微觀應變分布指數(shù)(和/或平均應變變化信息)與疲勞量和/或結構變形量相關的模型。例如，可進行若干次測試來使物品的失效和/或疲勞的水平與某些微觀應變分布指數(shù)相關，以生成例如查找表。可在其中確定譜線加寬量、微觀應變分布指數(shù)幅度或譜線轉變達到物品的失效水平的測試中查閱查找表。這個量化可允許用戶預測物品的殘存使用壽命。因此，在某些實施例中，可直接使用一個或多個微觀應變分布指數(shù)來確定物品的疲勞，以及在一些實施例中，使用平均應變變化數(shù)據，而非通過比較一個或多個新生成的應變圖與一個或多個原始應變圖來確定物品的疲勞。這種相關可消除對具有關于特定的制造品的應變圖或與應變有關的信息的需要。在某些實施例中，為了質量控制目的而對多種制造品執(zhí)行測試可為合乎需要的。圖10是示出了用于確定復合物的整個使用壽命的方法190的實施例的過程流程圖。應當注意到，方法190也適用于確定接頭強度，諸如使用復合物來密封或形成的接頭。方法190以取得NQR活性示蹤劑(例如微晶示蹤劑)散布在其中的產生后的復合物的多種位置上的NQR譜為開始(框192)。例如關于圖9所描述的那樣，NQR譜與它們的位置相關，以生成可用于在以后進行比較的基線應變圖。應當注意到，雖然在生成基線應變圖的語境中論述本實施例，但是在某些實施例中，可能不會生成這樣的基線應變圖，并且下面論述的測量可與一種或多種建模方法和/或上面論述的實驗性相關結合起來使用。在基線應變圖生成之后，對復合物施加受控制的已知應力量(框194)。例如，復合物可經受應力測試、沖擊測試、熱測試、冷凍測試等。大體上,執(zhí)行測試，以便干擾復合物內的NQR活性示蹤劑的電場梯度。這可導致新的局部NQR譜的生成。例如，受控制的量的應力可導致在施加應力的位置附近的NQR活性微晶體被干擾，這會導致它們的相應的NQR譜有頻率轉變。因為這些轉變中的每個可能較小，并且導致譜線重疊，所以譜線會變得加寬。線加寬與微觀應變分布相關，其中，加寬的程度可與微米級應變分布量相關。類似地，受控制的量的應力可導致NQR信號有整體的頻率轉變(即除了加寬之外，或者代替加寬)，這表示在施加應力的位置處的應變的平均變化。實際上，這種轉變可為復合物可能達到其機械極限的指示。因而，在已經對復合物施加受控制的應力之后，從復合物內的NQR活性示蹤劑內收集NQR譜。在一些實施例中，可僅在其中被施加了應變的區(qū)域中收集新的NQR譜。在其它實施例中，可在整個復合物中收集新的NQR譜，以確定應變的施加是否對復合物有遠程(即長距離)作用。然后，在位置上相關的新的NQR譜用來生成新的應變圖(框196)。如上面關于圖9所描述的那樣，然后可比較基線應變圖和新生成的應變圖，以確定圖中的應變差異。然后差異數(shù)據(可為線加寬差異數(shù)據、微觀應變分布指數(shù)差異數(shù)據、線轉變數(shù)據等)與施加的應力量相關，以推斷復合物的壽命(框198)。實際上，差異數(shù)據還可與復合物的機械強度或其它機械屬性相關。例如，關于施加的應力量而通過NQR譜所識別的結構異常的性質可促進確定斷裂強度(例如對于接頭強度應用)，以及斷裂所需的應變 循環(huán)的數(shù)量(例如以確定使用壽命)。在其中采用具有NQR活性材料(例如微晶體)的復合物作為粘合劑配方(例如以將兩種物品粘結在一起)的實施例中，應變圖中的差異可與施加的應力相關，以確定粘合劑所形成的結合的強度(框200)?？蔀楹虾跣枰氖?，使用這種數(shù)據來調節(jié)某些制造參數(shù)或例行維護計劃，以便延長具有某些NQR活性復合物的制造品的壽命，或者對使用NQR活性復合物加工而成的新物品進行質量檢查。此外，在維修受監(jiān)測的物品的語境中，監(jiān)測程序的結果可導致可采取行動的輸出，諸如修理、重整或類似的過程。本書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發(fā)明，以及還使本領域技術人員能實踐本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)及執(zhí)行任何結合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權利要求定義，且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權利要求字面語言無不同的結構要素，或者如果它們包括與權利要求字面語言無實質不同的等效結構要素，則它們規(guī)定為在權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種制造品，包括 由復合物形成的組件或結構，所述復合物包含包含聚合物的基質；以及設置在所述基質中的微晶材料，其中，所述微晶材料能夠進行核四極共振(NQR)，并且適合于產生指示所述復合物內的平均局部應變和微觀應變分布的一個或多個NQR譜信號。
2.根據權利要求I所述的制造品，其中，所述微晶材料基本由結晶針構成，所述結晶針由所述NQR活性材料形成，并且所述微晶材料在所述基質內具有基本均勻的分布。
3.根據權利要求I所述的制造品，其中，當對所述復合物的區(qū)域施加應力時，位于所述基質內的所述微晶材料的至少一部分的NQR譜內的NQR譜線在頻率方面有所改變、加寬，或分解成多個NQR譜線。
4.根據權利要求4所述的制造品，其中，所述NQR譜線加寬的程度指示具有所述微晶材料的所述部分的所述復合物的位置的所述微觀應變分布。
5.根據權利要求4所述的制造品，其中，所述NQR譜線在頻率方面改變的程度指示所述復合物在所述位置處的平均局部應變的變化。
6.根據權利要求I所述的制造品，包括設置在所述復合物上或其內的印刷表面線圈以及配置成接收來自所述印刷表面線圈的信號的接收器，所述印刷表面線圈能夠將射頻脈沖發(fā)送到所述微晶材料，或者能夠接收來自所述微晶材料的射頻信號，以及其中，所述接收器配置成與分析電路通信，所述分析電路配置成監(jiān)測所述一個或多個NQR譜信號，以生成應變圖或局部微觀應變分布指數(shù)，從而識別所述復合物中的結構異常，以及其中，各個微觀應變分布指數(shù)包括各個NQR譜信號內的關注的譜線的半極大值下的總寬度(FWHM)和中心NQR線頻率之間的比。
7.根據權利要求I所述的制造品，其中，所述組件或結構包括風力渦輪機葉片、機身、機翼，或豎直的或水平的穩(wěn)定器。
8.根據權利要求I所述的制造品，其中，所述微晶材料的NQR譜中的譜線具有小于大約14 kHz的半極大值下的總寬度(FWHM)。
9.一種監(jiān)測復合物中的應力的方法，包括 使用NQR譜儀來掃描所述復合物，所述復合物包含聚合物基質和設置在所述基質中的微晶材料，其中，所述微晶材料包含具有核子的分子，所述核子帶有相應的核四極矩； 使所述復合物的一個或多個位置與在所述一個或多個位置處收集的NQR譜相關，以產生局部NQR譜； 根據所述NQR掃描來生成所述復合物的至少一部分的平均局部應變圖； 比較所生成的平均局部應變圖與所述復合物的原始應變圖；以及 基于包含在各個圖內的局部應變數(shù)據的比較，確定所述生成的平均局部應變圖和所述原始應變圖之間的差異，以量化所述復合物中的疲勞。
10.根據權利要求9所述的方法，包括 確定各個局部NQR譜內的關注的譜線的線寬度； 確定各個關注的譜線的相應的微觀應變分布指數(shù)，其中，所述微觀應變分布指數(shù)包括所述關注的譜線的半極大值下的總寬度(FWHM)和中心NQR線頻率之間的比；以及基于所述平均局部應變圖和至少一個微觀應變分布指數(shù)來識別受到應力的位置，以識別結構疲勞、結構失效先兆或其組合的存在。
11.根據權利要求10所述的方法，包括使用所述微觀應變分布指數(shù)的幅度來量化所述復合物的位置的疲勞。
12.根據權利要求9所述的方法，其中，使用所述復合物中的所述微晶材料的局部NQR頻率、局部NQR譜線寬度或其組合來生成所述應變圖。
13.根據權利要求9所述的方法，包括 根據所述局部NQR譜來生成所述復合物的微觀應變分布指數(shù)圖； 比較所生成的微觀應變分布指數(shù)圖與所述復合物的原始微觀應變分布指數(shù)圖；以及 確定各個圖的所述微觀應變分布指數(shù)值中的差異，以量化所述復合物中的疲勞。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，在將所述復合物投入使用之前，生成所述復合物的所述原始應變圖和所述原始微觀應變分布指數(shù)圖。
15.根據權利要求13所述的方法，其中，量化疲勞包括比較所述生成的微觀應變分布指數(shù)圖和所述原始微觀應變分布指數(shù)圖的相應的微觀應變分布指數(shù)中的差異的幅度，并且使所述幅度與已知的或建模的疲勞水平相關。
16.根據權利要求15所述的方法，包括使所述差異的幅度、所述已知的或建模的疲勞水平或其組合與所述復合物的已知的或建模的殘存使用壽命相關。
17.根據權利要求11所述的方法，其中，所述平均局部應變圖和微觀應變分布指數(shù)圖各是所述復合物的三維圖。
18.一種NQR譜測定系統(tǒng)，包括 包括一個或多個處理器的控制電路，所述一個或多個處理器配置成執(zhí)行一個或多個例程，以對RF探測器收集的局部NQR譜執(zhí)行分析，從而產生復合物的一個或多個位置的平均局部應變圖和微觀應變分布指數(shù)來識別所述復合物內的結構異常，其中，所述復合物包含設置在基質內的NQR活性微晶材料。
19.根據權利要求18所述的NQR譜測定系統(tǒng)，其中，所述控制電路配置成生成平均局部應變圖和微觀應變分布指數(shù)圖，其中，各個微觀應變分布指數(shù)包括各個局部NQR譜的關注的譜線的半極大值下的總寬度(FWHM)和中心NQR線頻率之間的比。
20.根據權利要求19所述的NQR譜測定系統(tǒng)，其中，所述控制電路配置成將嚴重性指數(shù)指配給已經生成微觀應變分布指數(shù)的各個位置，其中，通過比較各個位置的所述微觀應變分布指數(shù)與針對整個復合物確定的微觀應變分布指數(shù)值或針對所述復合物的一區(qū)段確定的微觀應變分布指數(shù)值來確定所述嚴重性指數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為“用于結構健康監(jiān)測的核四極共振系統(tǒng)和方法”。公開使用核四極共振的結構健康監(jiān)測。例如，在一個實施例中，提供一種監(jiān)測應力的方法。該方法包括使用NQR譜儀來掃描復合物，該復合物具有聚合物基質和設置在基質中的微晶材料。微晶材料包含具有核子的分子，核子帶有相應的核四極矩。該方法還包括根據NQR掃描來確定復合物的微觀應變分布指數(shù)，以量化應力，以及識別復合物中的失效先兆。
文檔編號G01R33/46GK102853756SQ20121022413
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權日2011年6月30日
發(fā)明者N.特拉爾沙瓦拉, T.A.伊爾利, W.T.迪克松, W.I.費迪, T.米巴赫 申請人:通用電氣公司