[0046] 圖5是單層纖維排布結(jié)果圖，表示經(jīng)2DFFT變換和2DFFT反變換的成像結(jié)果。 具體實(shí)施方案
[0047] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提進(jìn)行實(shí)施，給出了具體的實(shí)施方案和操作過程，但本發(fā)明保護(hù)的范圍不限于下述的實(shí)施 例。
[0048] 圖1所示為本實(shí)施例方法中的渦流探頭掃描路徑，通過X-Y二維位移平臺(tái)控制器 控制在X-Y方向的運(yùn)動(dòng)來達(dá)到探頭掃描一塊待測區(qū)域的目的。平面C掃探頭的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是： ①X方向上按照程序設(shè)定的步長每次移動(dòng)一定的距離；②在X方向上達(dá)到規(guī)定的行程后返 回起始位置；③之后在Y方向上按照給定的步長運(yùn)行一定的距離；④重復(fù)步驟①~③，直至 Y方向上達(dá)到預(yù)設(shè)的行程；⑤返回到掃描區(qū)域原點(diǎn)，等待下一次掃描。
[0049] 如圖2所示，是本實(shí)施例的一種碳纖維復(fù)合材料的電渦流細(xì)觀構(gòu)造成像方法流程 圖，包括下列步驟：
[0050] 步驟一：確定渦流探頭C掃描路徑。通過X-Y二維位移平臺(tái)控制器控制在X-Y方 向的運(yùn)動(dòng)來達(dá)到探頭掃描一塊待測區(qū)域的目的，如圖1所示。
[0051] 步驟二：通過步驟一渦流探頭C掃描的方式獲取碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中不同位置 處的渦流信號(hào)實(shí)部Vx和虛部Vy。
[0052] 步驟三：去除高頻噪聲和提離偏置。對步驟二所得的渦流信號(hào)實(shí)部Vx和虛部Vy分 別進(jìn)行小波去噪分析。選取合適的小波基，采用小波變換對渦流檢測信號(hào)進(jìn)行分解，高頻噪 聲、提離干擾及其它非缺陷信號(hào)（如提離）被分離出來，并修改相應(yīng)的分解系數(shù)，把屬于噪 聲的小波系數(shù)置為〇,利用小波反變換重構(gòu)出渦流檢測信號(hào)，如下：
[0054] 其中：當(dāng)m= 1時(shí)，A。(k) =Vx表示原始信號(hào)向量，Am(n)是經(jīng)分解后的平滑 分量，Dm(n)是經(jīng)分解后的高頻細(xì)節(jié)分量。泠和G分別是H和G的鏡像濾波器，滿足
。h(n)和g(n)分別是低通濾波器H和高通濾波器G的沖擊響應(yīng) 序列，由下面兩式表示：
[0056] 上式中，巾⑴和沖)分別是多分辨率分析中的尺度函數(shù)和小波函數(shù)。
[0057] 經(jīng)小波反變換得到最終信號(hào)為：
[0059] 對于虛部信號(hào)Vy經(jīng)小波變換后可得到同樣的去噪結(jié)果。
[0060] 步驟四：進(jìn)行特征參數(shù)提取。對去噪后的渦流檢測信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，通過小 波變換提取檢測信號(hào)幅值波形的特征參量，如幅值、相位、拐點(diǎn)及信號(hào)波動(dòng)時(shí)間等參數(shù)，如 下：
[0062] 其中，V為信號(hào)幅值，Vx(n)為去噪后的信號(hào)實(shí)部，Vy(n)為去噪后的信號(hào)虛部；圖 3 (b)所示為經(jīng)小波去噪和特征提取后的信號(hào)幅值。
[0063] 步驟五：點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)卷積處理。對步驟四完成特征提取后的信號(hào)幅值V進(jìn)行點(diǎn)擴(kuò) 展函數(shù)卷積處理，得到掃描圖像像素點(diǎn)的灰度值f(x，y)，計(jì)算公式如下：
[0065] f(x,y) = |A(x,y) |2
[0066] 其中，為信號(hào)幅值V的2DFFT變換，外《，v)為點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的2DFFT變換，由下 式給出：
[0067] 0 H=cksinc(kR)
[0068] 式中k表示波數(shù)，c表示復(fù)常數(shù)，g表示位置矢量，。如圖4所示，引入點(diǎn)擴(kuò)展 函數(shù)對原始信號(hào)進(jìn)行卷積濾波處理，得到聚焦后的渦流圖像，能夠更清楚地從像素點(diǎn)灰度 值變化識(shí)別出碳纖維的排列方向。
[0069] 步驟六：2DFFT變換和2DFFT反變換實(shí)現(xiàn)細(xì)觀構(gòu)造成像。根據(jù)步驟五得到的像素 點(diǎn)灰度值f(x，y)，進(jìn)行2DFFT變換，得到頻譜圖：
[0071] 其中，F(xiàn)(u，v)為像素點(diǎn)的頻譜值；
[0072] 在得到頻譜圖后，針對不同纖維排列方向進(jìn)行頻域?yàn)V波，再進(jìn)行2DFFT反變換得 到每層的纖維排列灰度圖像：
[0074] 上式中，F(xiàn)'（u，v)為濾波后像素點(diǎn)的頻譜值，f'（x，y)是反變換后的像素點(diǎn)灰度 值，如圖5所示。經(jīng)去噪和點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)卷積處理后的渦流信號(hào)由2DFFT變換和反變換后處 理可分離出每個(gè)纖維鋪層的圖像，從圖像中能清楚地看出每個(gè)鋪層的纖維編織紋路、纖維 束抽出等缺陷。
[0075] 步驟七：損傷區(qū)域和位置確定。通過步驟六得到的灰度圖像，對損傷區(qū)域進(jìn)行分 析，利用渦流信號(hào)變化大小來調(diào)節(jié)圖像的灰度，信號(hào)值越大，則圖像的顏色越深，表示被檢 件損傷越嚴(yán)重。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種碳纖維復(fù)合材料的電渦流細(xì)觀構(gòu)造成像方法，其特征在于，包括下列步驟： 步驟一：根據(jù)待成像碳纖維復(fù)合材料的形狀確定渦流探頭C掃描路徑； 步驟二：通過X-Y二維位移平臺(tái)控制器控制渦流探頭在X-Y方向的運(yùn)動(dòng)，來控制渦流探 頭掃描待成像碳纖維復(fù)合材料的一塊待測區(qū)域，獲取碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中不同位置處的 渦流信號(hào)的實(shí)部Vx和虛部V y; 步驟三：對步驟二所得的渦流信號(hào)實(shí)部Vx和虛部V y分別進(jìn)行小波去噪分析； 步驟四：對步驟三所得的經(jīng)去噪后的渦流檢測信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，通過小波變換 提取檢測信號(hào)幅值波形的特征參量：其中，V為信號(hào)幅值，Vx(η)為去噪后的信號(hào)實(shí)部，Vy(η)為去噪后的信號(hào)虛部； 步驟五：對步驟四完成特征提取后的信號(hào)幅值V進(jìn)行點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)卷積處理，得到掃描 圖像像素點(diǎn)的灰度值f(x，y)，即：f(x,y) = |A(x,y)|2 其中，f (~）為步驟四中信號(hào)幅值V的2DFFT變換，吟，v)為點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的2DFFT變 換，由下式給出： Θ H= cksinc (kR) 其中，k表示波數(shù)，c表示復(fù)常數(shù)，及表示位置矢量，； 步驟六：根據(jù)步驟五得到的像素點(diǎn)灰度值f (X，y)，進(jìn)行2DFFT變換，得到頻譜圖：其中，F(xiàn)(u，V)為像素點(diǎn)的頻譜值； 在得到頻譜圖后，針對不同纖維排列方向進(jìn)行頻域?yàn)V波，再進(jìn)行2DFFT反變換得到每 層的纖維排列灰度圖像：其中，F(xiàn)'（u，V)為濾波后像素點(diǎn)的頻譜值，f (X，y)是反變換后的像素點(diǎn)灰度值； 步驟七：通過步驟六得到的灰度圖像確定損傷區(qū)域、位置和損傷程度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維復(fù)合材料的電渦流細(xì)觀構(gòu)造成像方法，該采用發(fā)射-接收式的電渦流探頭通過C掃描的方式獲取碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)信息，并利用后續(xù)的信號(hào)處理過程，最終結(jié)合二維傅里葉變換法以圖像的形式呈現(xiàn)出碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)以及缺陷信息，其包括確定渦流探頭C掃描路徑、獲取碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中不同位置處的渦流信號(hào)的實(shí)部和虛部、去噪分析、提取檢測信號(hào)幅值波形的特征參量、損傷區(qū)域和位置確定的步驟。本發(fā)明的方法能夠準(zhǔn)確有效地實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及缺陷的判斷，成像速度快，圖像清晰、可靠，結(jié)果直觀易懂。為掌握復(fù)合材料內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)信息、微小缺陷信息，包括纖維、樹脂等成分的排布信息提供了一種可靠的成像方案。
【IPC分類】G01N27/90
【公開號(hào)】CN104897774
【申請?zhí)枴緾N201510243935
【發(fā)明人】裘進(jìn)浩, 程軍, 季宏麗, 徐笑娟, 吳義鵬
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月13日