CN102749354A

CN102749354A - 复合材料结构热激励系统及其热激励方法

Info

Publication number: CN102749354A
Application number: CN2012102425168A
Authority: CN
Inventors: 周克印; 姚恩涛; 田裕鹏; 何方成; 刘颖韬
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: CN102749354B

Abstract

本发明公开了一种复合材料结构热激励系统及其热激励方法，属复合材料无损检测领域。结构包括加热垫（1）、吸附机构、控制系统；上述加热垫（1）依次由柔性支撑导热层（4）和隔热层（7）组成，上述吸附机构包括：用于将加热垫（1）的柔性支撑导热层（4）贴于复合材料被测区的粘附边条（10）、与加热垫（1）相连的导流接口（11）、通过导流管（12）与导流接口相连的真空泵（13）；上述控制系统由控制器（2）和计算机（3）组成，其中控制器包括分布式温度传感器（8）和温度控制仪（9），其中温度控制仪（9）的输出端与上述电热丝（5）的输入端连接。本发明激励过程控制准确，温度均匀性好，成本低，可在侧、仰等状态使用。

Description

复合材料结构热激励系统及其热激励方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料热激励系统，尤其涉及一种通过红外热成像技术检测复合材料结构内部缺陷与损伤的热激励系统及其热激励方法，属于复合材料无损检测领域。

背景技术

复合材料由于其优异的特性，在航空航天、土木工程、交通运输等领域得到广泛的应用，在现代结构中所使用的比例越来越高。由于复合材料制造过程复杂，并且在各种环境条件下又极易受到损伤，所以缺陷的发生、发展是不可避免的，为了确保产品质量，预测复合材料寿命，评定修补措施是否恰当，对复合材料进行无损检测是非常重要的。足够的和可靠的检测是保证复合材料结构正常使用的必要条件。

一般用于复合材料结构内部缺陷与损伤检测的方法主要有超声法、射线法、声发射法和红外法等。超声法能够较好地检测复合材料结构内部的分层、脱粘等缺陷与损伤，但检测效率低；射线法检测效果较好，但对安全、环保有负面影响；声发射法主要用于结构损伤扩展的过程检测，对缺陷和静态的损伤不敏感。

红外检测就是以红外辐射的原理为基础，运用红外辐射测量分析方法和技术对设备、材料及其他物体的表面温度场的分布和变化进行测量和分析的综合工程技术，可以通过该技术对物体内部的变化进行分析和研究。红外检测是一种实时检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外辐射，将其以热像的形式显示出来，从而准确判断物体表面的温度分布情况。与超声、射线等常规检测方法相比，具有准确、实时、快速、无污染等优点。

复合材料内部的缺陷与损伤所产生的与正常区域的温度差对红外检测的效果有直接影响。均匀性好、温度易于控制的热激励源可以提高复合材料红外无损检测的精度和可靠性。

红外无损检测可按照热激励的方式分为主动式红外检测和被动式红外检测两大类。主动式红外检测要根据检测的需要施加热激励，使得有缺陷与损伤的部位产生温度场。被动式红外检测不需要专门施加热激励，一般通过构件的自然工作过程产生温度场。主动式红外检测易于控制，是复合材料检测的主要方式。目前在主动式红外检测中常用的热激励方式有光波式、气流式、接触式等。光波式激励采用大功率电光源作为热源，直接将热量辐射到被测区域，速度快，检测效率高，但功率大，能耗高，激励过程不易控制，输入热量的均匀性不高；气流式激励采用大功率电阻丝加热空气，用鼓风机产生热气流，热气流加热被测区域，加热效率不高，温度均匀性也不高。接触式主要采用加热毯覆盖被测构件的方式实施。加热毯中有电热丝处温度很高，导致温度场不均匀；要求将构件平放，加热毯与构件间容易形成空气隙，产生较大的接触热阻，影响热流的顺利传递。本发明采用两层导热绝缘膜夹护电热丝，在有电热丝区域和无电热丝区域加快热传导，形成等温区，使得加热垫产生相等的温度场；采用安放于柔性支撑导热层上另一面的隔热层减小热量的背向传导，使加热垫产生的热量尽量用于加热被测构件，节约能量；采用吸附机构将加热垫吸附在被测构件上，一方面满足了构件的侧面、底面等部位原位检测的需要，另一方面排除了加热垫与构件间的空气隙，减小接触热阻，使得加热垫能够更充分地与构件接触，产生更均匀的温度场。因此，本发明能够以较小的能量输入产生均匀的温度场，并且能够满足构件的侧面、底面等部位原位检测的需要。

发明内容

本发明为实现复合材料构件在多种工位状态下的缺陷与损伤原位红外无损检测而提出一种高均匀性热激励系统及其使用方法。

一种复合材料结构热激励系统，其特征在于：包括加热垫、吸附机构、控制系统；上述加热垫依次由柔性支撑导热层和隔热层组成，柔性支撑导热层内布有两层导热绝缘膜，两层导热绝缘膜中间夹有电热丝；上述吸附机构包括：用于将加热垫的柔性支撑导热层贴于复合材料被测区的粘附边条、与加热垫相连的导流接口、通过导流管与导流接口相连的真空泵；上述控制系统由控制器和计算机组成，其中控制器包括分布式温度传感器和温度控制仪，其中温度控制仪的输出端与上述电热丝的输入端连接。

一种利用所述复合材料结构热激励系统的热激励方法，包括如下步骤：步骤1、把加热垫贴靠在被测复合材料构件上，使粘附边条粘附被测构件，挤出粘附区域的气泡，将导流管和导流接口、真空泵接好，打开真空泵；步骤2、激励被测区域，步骤如下：

步骤2-1、根据被测复合材料构件的测试要求，按照不产生超调和最快加热速度为条件，对加热控制参数进行设置或整定；步骤2-2、打开加热开关，进行升温和保温；步骤2-3、保温阶段结束，关闭真空泵，移走加热垫，结束热激励。

结束激励后，利用红外热像仪对被激励区域的降温过程进行检测，图像处理系统对得到的数据进行处理、分析。

本发明为了克服电热丝处分布产生的温度场不均匀现象，在柔性支撑导热层中用两层导热绝缘膜夹护电热丝，使得电热丝产生的热量在面内快速传导，形成面状等温区；柔性支撑导热层一面接触被测构件，另一面贴有隔热层，以减小热量的背向传导，使加热垫产生的热量避免热量散失，实现高效热激励；通过吸附机构将加热垫整体吸附在被测构件上，可以满足了构件的侧面、底面等部位原位热激励和红外检测的需要，同时排除了加热垫与构件间的空气隙，使得加热垫能够更充分地与构件接触，减小接触热阻分布不均匀的影响，产生更均匀的温度场，也提高了加热垫与构件间的热传导效率。因此，本发明能够以较小的能量输入产生均匀的温度场，并且能够满足构件的侧面、底面等部位原位检测的需要。

附图说明

图1是本发明的组成结构框图；

图2是本发明中吸附机构示意图；

图3是本发明中加热垫示意图；

图4是本发明中控制系统示意图；

图中标号名称：1、加热垫，2、控制器，3、计算机，4、柔性支撑导热层，5、电热丝，6、导热绝缘膜，7、隔热层，8、温度传感器，9、温度控制仪，10、粘附边条，11、导流接口，12、导流管，13、真空泵。

具体实施方式

如图1所示，一种为采用红外热像检测复合材料结构内部缺陷与损伤提供高均匀性温度场的热激励系统，包括加热垫1、控制器2、计算机3和吸附机构，其中：加热垫1连接控制器2，控制器2连接计算机3，其特征在于：所述加热垫1包括柔性支承导热层4、电热丝5、导热绝缘膜6和隔热层7；控制器2包括温度传感器8和温度控制仪9；吸附机构包括粘附边条10、导流接口11、导流管12和真空泵13。其中：温度控制仪9接收温度传感器8的温度信号，电热丝5的输入端连接温度控制仪9的输出端。

如图2所示，该热激励系统中的吸附机构，包括粘附边条、导流接口、导流管和真空泵，可以使得加热垫在均匀压力下与激励负载紧密接触，克服空气层对传热的不良影响。

如图3所示，该热激励系统中的加热垫，包括柔性支承导热垫、电热丝、导热绝缘膜和隔热膜，可以使得电热丝产生的热量均匀分布，减少背向辐射。

如图4所示，该热激励系统中的控制系统，包括温度控制仪和分布式温度传感器，可以根据复合材料结构内部缺陷与损伤红外热成像检测的需要，控制温度场的变化。

该热激励系统的使用方法包括如下步骤：

步骤1、把加热垫贴靠在被测复合材料构件上，使粘附边条粘附被测构件，挤出粘附区域的气泡，将导流管和导流接口、真空泵接好，打开真空泵；

步骤2、激励被测区域，步骤如下：

步骤2-1、根据被测复合材料构件的测试要求，设定温度控制仪的“上升温度”、“升温时间”、“保温时间”等参数；

步骤2-2、打开加热开关；

步骤2-3、保温阶段结束，关闭真空泵，移走加热垫，结束热激励。

步骤3、红外热像仪对被激励区域的降温过程进行检测，图像处理系统对得到的数据进行处理、分析。

Claims

1.一种复合材料结构热激励系统，其特征在于：

包括加热垫（1）、吸附机构、控制系统；

上述加热垫（1）依次由柔性支撑导热层（4）和隔热层（7）组成，柔性支撑导热层（4）内布有两层导热绝缘膜（6），两层导热绝缘膜（6）中间夹有电热丝（5）；

上述吸附机构（4）包括：用于将加热垫（1）的柔性支撑导热层（4）贴于复合材料被测区的粘附边条（10）、与加热垫（1）相连的导流接口（11）、通过导流管（12）与导流接口相连的真空泵（13）；

上述控制系统由控制器（2）和计算机（3）组成，其中控制器包括分布式温度传感器（8）和温度控制仪（9），其中温度控制仪（9）的输出端与上述电热丝（5）的输入端连接。

2. 利用权利要求1所述复合材料结构热激励系统的热激励方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、把加热垫（1）贴靠在被测复合材料构件上，使粘附边条（10）粘附被测构件，挤出粘附区域的气泡，将导流管（12）和导流接口（11）、真空泵（13）接好，打开真空泵（13）；

步骤2、激励被测区域，步骤如下：

步骤2-1、根据被测复合材料构件的测试要求，按照不产生超调和最快加热速度为条件，对加热控制参数进行设置或整定；

步骤2-2、打开加热开关，进行升温和保温；

步骤2-3、保温阶段结束，关闭真空泵（13），移走加热垫（1），结束热激励。