CFRP缺陷检测方法研究.ppt

声场仿真研究——探头类型尺寸选择 26 近场区效应: 探头中心轴线上的声压如图所示，在近场区域中，中心轴线上的声压分布出现了若干个极大极小值，而在远场区域内声压幅值随着距离的增加而逐渐减小。 近场区长度由换能器孔径和声波的波长决定，而孔径的长度与换能器中激发阵元的个数有关。仿真发现，激发阵元最佳数目为8。 声场仿真研究——探头类型尺寸选择 27 栅瓣效应 如果孔径尺寸相对于波长太大， 就会产生栅瓣现象，它是由每个晶片发出的声波干涉产生的。经过仿真发现，激发阵元个数为8时，不仅可以减缓近场区效应，而且栅瓣的影响较小。 楔块选择 本课题中选择厚度为20mm的零度楔块，使用专用耦合剂耦合，不仅可以减轻声束因折射、波形转换等原因对成像效果的影响，而且可以减缓近场区域的影响和避免栅瓣的影响，此外，在检测过程中还可以保护探头。 超声相控阵检测——声束偏转和聚焦 28 超声相控阵技术是通过控制超声换能器阵列中各阵元的发射（或接收） 脉冲的延迟时间来改变声波到达（或来自）物体内某点的相位关系， 实现声束偏转和聚焦。声束偏转的角度大小以及声束聚焦的类型和聚焦点的位置对缺陷成像的好坏有较大的影响。 超声相控阵检测——检测系统 29 换能器: 在本实验中，采用超声相控阵线性阵列进行检测。 超声相控阵采集系统: 由硬件和软件两部分组成，硬件采用M2M公司生产的Multi2000 Pocket 16*64超声相控阵系统，软件采用Multi2000。 超声相控阵检测——实验材料 30 实验材料: 长200mm、宽100mm的层压板结构，共20层，厚度大约为5mm，以碳纤维为增强材料，环氧树脂为基体。 缺陷模拟: 在碳纤维复合材料中铺设聚四氧乙烯薄膜模拟分层缺陷，在实验样板中放置不同形状的金属薄片来模拟夹杂缺陷，脱粘缺陷难以模拟，采用自然缺陷形式 超声相控阵检测——缺陷成像 31 超声检测通常需要对被检测物体内部的某一区域进行成像，成像结果的好坏决定了对缺陷最直观的分析。超声相控阵系统中提供了多种实时数据显示类型，针对检测结果有多种显示方式，包括: A 扫、B 扫、校正 B 扫、C扫等。 A扫显示图像与传统超声A扫显示原理相同，是超声检测中最原始的信号显示方式，表示在一次发射接收过程中接收到信号的一维显示。 B扫图显示的是材料的侧视图，可以观察到材料在断层面的缺陷信息。 C扫图显示的是材料的俯视图，显示的是材料缺陷在横截面上的分布信息，但不能获知缺陷的深度信息。 超声相控阵检测——缺陷成像 32 超声相控阵检测——最终实验装置 33 如图所示为本实验装置，依据图中所示连接系统各部分。Multi2000 Pocket与计算机通过USB接口连接，与探头通过探头连接器（Probe Connector）连接，实现上位机与下位机的结合。 检测结果分析——A扫图 34 利用上述实验系统对包含三种缺陷的碳纤维复合材料实验板进行扫查，分别得到A扫图和B扫图。 其中A扫图是缺陷处回波信号，横轴为时间，纵轴为回波幅值。无缺陷材料的A扫图中只包括界面波和底波，有缺陷材料A扫图中在界面波与底波之间会出现缺陷波，缺陷波幅值的高低和缺陷大小和程度密切相关，缺陷较严重时底面回波可能消失。从A扫图中缺陷波出现时间与声波与被测材料中声速可以计算得到缺陷所在深度，根据幅值大小可以得到缺陷的相对大小。 A扫时域信号波形在缺陷位置处均有较大波动，没有其他明显的区分特征。回波信号在频域7.5MHz处有一个特征峰，其他无显著差异。仅凭A扫图，无法完成对缺陷类别的识别。 检测结果分析——A扫图 35 检测结果分析——B扫图 36 分析对比三种缺陷的B扫图，三个图中均有界面波、底波和缺陷回波，但是可以发现不同缺陷的缺陷回波与底波存在差异。 分层缺陷的B扫图，缺陷信号回波较强，有明显的二次回波，对应位置处底波全部消失。 夹杂缺陷的B扫图，缺陷信号回波较强，对应位置处的底波减弱，但仍存在。 脱粘缺陷的B扫图，缺陷信号相对较弱，底波信号强。 三类缺陷依据回波的幅值基本能从B扫图像中区分出来，清晰明了，简单直观，但以此为依据，并不能在未知缺陷的情况下准确的判断缺陷类型，并且，缺陷回波的幅值受很多因素的影响，例如缺陷的大小，缺陷的形状与位置。因此，仅仅依靠 B 扫图来进行判断是不可靠的。 超声相控阵B扫图 37 无缺陷处B扫图 分层缺陷B扫图 超声相控阵B扫图 38 夹杂缺陷B扫图 脱粘缺陷B扫图 识别分类 小波包分析 40 小波变换是一种时频局域化分析方法，合适的小波函数可以使小波变换在时域与频域中都具有表征信号特征的能力。小波包分析适用于分析和处理非平稳高频信号，它可以按照任意时频分辨率将信号任意分解，对信号有更强的分析处理能力。 （4-1） 特征值提