本公開屬于復(fù)合材料缺陷檢測，尤其涉及一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)超聲波檢測方法需要依賴結(jié)構(gòu)或者材料處于健康狀態(tài)時的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，通過對比健康基準(zhǔn)信號與實時監(jiān)測信號之間的聲學(xué)特征(如聲波衰減、飛行時間、高次諧波等)變化來進(jìn)行損傷識別，然而，在工程現(xiàn)場中，通常難以獲得適用于特定材料或結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，且基準(zhǔn)數(shù)據(jù)極易受到環(huán)境的干擾。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開為了解決上述問題，提供了一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法及系統(tǒng)，所述方案通過利用若干壓電換能器來搭建傳感網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合雙頻聲調(diào)制技術(shù)采集兩個交叉路徑下的超聲波響應(yīng)信號，通過對比兩個交叉路徑下響應(yīng)頻譜中頻率成分的差異進(jìn)行損傷識別，無需依賴健康基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，即可對碳纖維復(fù)合材料實現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠和適應(yīng)性強(qiáng)的損傷檢測與定位。

2、根據(jù)本公開實施例的第一個方面，提供了一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法，包括：

3、獲取待檢測碳纖維復(fù)合材料的交叉路徑超聲響應(yīng)信號；

4、對所述交叉路徑超聲響應(yīng)信號進(jìn)行小波變換，獲得不同頻率的子信號；

5、基于獲得的不同頻率的子信號，通過重構(gòu)及傅里葉變換，獲得響應(yīng)頻譜；

6、基于所述響應(yīng)頻譜，計算不同路徑下響應(yīng)頻譜對應(yīng)的非線性聲調(diào)制參數(shù)；

7、基于不同路徑下非線性聲調(diào)制參數(shù)的比較結(jié)果，實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷的無基準(zhǔn)檢測。

8、進(jìn)一步的，所述非線性聲調(diào)制參數(shù)的計算，基于響應(yīng)頻譜中邊帶能量與低頻及高頻成分乘積的比值得到。

9、進(jìn)一步的，所述基于不同路徑下非線性聲調(diào)制參數(shù)的比較結(jié)果，實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷的無基準(zhǔn)檢測，具體為：分別計算交叉路徑超聲響應(yīng)信號中第一路徑和第二路徑下響應(yīng)頻譜所對應(yīng)的第一非線性聲調(diào)制參數(shù)和第二非線性聲調(diào)制參數(shù)；若第一非線性聲調(diào)制參數(shù)和第二非線性聲調(diào)制參數(shù)之間的差值小于預(yù)設(shè)閾值，則無缺陷，若大于等于預(yù)設(shè)閾值，則存在缺陷。

10、進(jìn)一步的，所述響應(yīng)頻譜的獲取，具體為：對超聲響應(yīng)信號進(jìn)行小波變換，獲得不同頻率的子信號；通過選擇不同尺度的小波系數(shù)，實現(xiàn)對超聲響應(yīng)信號的去噪和分解；對去噪和分解后的小波系數(shù)進(jìn)行逆小波變換，獲得去噪后的聲波響應(yīng)重構(gòu)信號；基于聲波響應(yīng)重構(gòu)信號，通過傅里葉變換，獲得響應(yīng)頻譜。

11、進(jìn)一步的，所述待檢測碳纖維復(fù)合材料的交叉路徑超聲響應(yīng)信號的獲取，采用設(shè)置于待測待檢測碳纖維復(fù)合材料表面的矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)得到；其中，所述矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)由設(shè)置于矩形頂點(diǎn)位置的四個壓電陶瓷傳感器構(gòu)成，位于同一側(cè)的兩個壓電陶瓷傳感器作為激勵端，另一側(cè)的兩個壓電陶瓷傳感器作為接收端。

12、根據(jù)本公開實施例的第二個方面，提供了一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測系統(tǒng)，包括：

13、信號獲取單元，其用于獲取待檢測碳纖維復(fù)合材料的交叉路徑超聲響應(yīng)信號；

14、信號處理單元，其用于對所述交叉路徑超聲響應(yīng)信號進(jìn)行小波變換，獲得不同頻率的子信號；基于獲得的不同頻率的子信號，通過重構(gòu)及傅里葉變換，獲得響應(yīng)頻譜；

15、非線性聲調(diào)制參數(shù)計算單元，其用于基于所述響應(yīng)頻譜，計算不同路徑下響應(yīng)頻譜對應(yīng)的非線性聲調(diào)制參數(shù)；

16、缺陷檢測單元，其用于基于不同路徑下非線性聲調(diào)制參數(shù)的比較結(jié)果，實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷的無基準(zhǔn)檢測。

17、根據(jù)本公開實施例的第三個方面，提供了一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測平臺，包括信號發(fā)生器、數(shù)字示波器、矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)以及處理器；所述矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)分別與信號發(fā)生器和數(shù)字示波器進(jìn)行連接；所述處理器用于控制信號發(fā)生器通過矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)的激勵端進(jìn)行探測波的激發(fā)，以及通過與數(shù)字示波器連接的矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)的接收端進(jìn)行超聲響應(yīng)信號的接收；以及執(zhí)行上述的一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法。

18、進(jìn)一步的，所述矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)由設(shè)置于矩形頂點(diǎn)位置的四個壓電陶瓷傳感器構(gòu)成，位于同一側(cè)的兩個壓電陶瓷傳感器作為激勵端，另一側(cè)的兩個壓電陶瓷傳感器作為接收端。

19、根據(jù)本公開實施例的第四個方面，提供了一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)所述的一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法。

20、根據(jù)本公開實施例的第五個方面，提供了一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開的有益效果是：

22、(1)本公開提供了一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法及系統(tǒng)，所述方案通過利用若干壓電換能器來搭建傳感網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合雙頻聲調(diào)制技術(shù)采集兩個交叉路徑下的超聲波響應(yīng)信號，通過對比兩個交叉路徑下響應(yīng)頻譜中頻率成分的差異進(jìn)行損傷識別，無需依賴健康基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，即可對碳纖維復(fù)合材料實現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠和適應(yīng)性強(qiáng)的損傷檢測與定位。

23、(2)本公開所述方案基于非線性聲調(diào)制參數(shù)的定義，通過對比兩個不同路徑(兩個路徑交叉)下的非線性聲調(diào)制參數(shù)，即可實現(xiàn)損傷的有效識別，提高了識別效率和準(zhǔn)確度。

24、本公開附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本公開的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法，其特征在于，所述非線性聲調(diào)制參數(shù)的計算，基于響應(yīng)頻譜中邊帶能量與低頻及高頻成分乘積的比值得到。

3.如權(quán)利要求1所述的一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法，其特征在于，所述基于不同路徑下非線性聲調(diào)制參數(shù)的比較結(jié)果，實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷的無基準(zhǔn)檢測，具體為：分別計算交叉路徑超聲響應(yīng)信號中第一路徑和第二路徑下響應(yīng)頻譜所對應(yīng)的第一非線性聲調(diào)制參數(shù)和第二非線性聲調(diào)制參數(shù)；若第一非線性聲調(diào)制參數(shù)和第二非線性聲調(diào)制參數(shù)之間的差值小于預(yù)設(shè)閾值，則無缺陷，若大于等于預(yù)設(shè)閾值，則存在缺陷。

4.如權(quán)利要求1所述的一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法，其特征在于，所述響應(yīng)頻譜的獲取，具體為：對超聲響應(yīng)信號進(jìn)行小波變換，獲得不同頻率的子信號；通過選擇不同尺度的小波系數(shù)，實現(xiàn)對超聲響應(yīng)信號的去噪和分解；對去噪和分解后的小波系數(shù)進(jìn)行逆小波變換，獲得去噪后的聲波響應(yīng)重構(gòu)信號；基于聲波響應(yīng)重構(gòu)信號，通過傅里葉變換，獲得響應(yīng)頻譜。

5.如權(quán)利要求1所述的一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法，其特征在于，所述待檢測碳纖維復(fù)合材料的交叉路徑超聲響應(yīng)信號的獲取，采用設(shè)置于待測待檢測碳纖維復(fù)合材料表面的矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)得到；其中，所述矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)由設(shè)置于矩形頂點(diǎn)位置的四個壓電陶瓷傳感器構(gòu)成，位于同一側(cè)的兩個壓電陶瓷傳感器作為激勵端，另一側(cè)的兩個壓電陶瓷傳感器作為接收端。

6.一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

7.一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測平臺，其特征在于，包括信號發(fā)生器、數(shù)字示波器、矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)以及處理器；所述矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)分別與信號發(fā)生器和數(shù)字示波器進(jìn)行連接；所述處理器用于控制信號發(fā)生器通過矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)的激勵端進(jìn)行探測波的激發(fā)，以及通過與數(shù)字示波器連接的矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)的接收端進(jìn)行超聲響應(yīng)信號的接收；以及執(zhí)行如權(quán)利要求1-5任一項所述的一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法。

8.如權(quán)利要求7所述的一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測平臺，其特征在于，所述矩形激勵-傳感網(wǎng)絡(luò)由設(shè)置于矩形頂點(diǎn)位置的四個壓電陶瓷傳感器構(gòu)成，位于同一側(cè)的兩個壓電陶瓷傳感器作為激勵端，另一側(cè)的兩個壓電陶瓷傳感器作為接收端。

9.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-5任一項所述的一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法。

10.一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-5任一項所述的一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法。

技術(shù)總結(jié)
本公開提供了一種碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無基準(zhǔn)檢測方法及系統(tǒng)，包括：獲取待檢測碳纖維復(fù)合材料的交叉路徑超聲響應(yīng)信號；對所述交叉路徑超聲響應(yīng)信號進(jìn)行小波變換，獲得不同頻率的子信號；基于獲得的不同頻率的子信號，通過重構(gòu)及傅里葉變換，獲得響應(yīng)頻譜；基于所述響應(yīng)頻譜，計算不同路徑下響應(yīng)頻譜對應(yīng)的非線性聲調(diào)制參數(shù)；基于不同路徑下非線性聲調(diào)制參數(shù)的比較結(jié)果，實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷的無基準(zhǔn)檢測。

技術(shù)研發(fā)人員：李秋霞,秦小舒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東交通學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10