CN102853756A

CN102853756A - 用于结构健康监测的核四极共振系统和方法

Info

Publication number: CN102853756A
Application number: CN2012102241338A
Authority: CN
Inventors: N.特拉尔沙瓦拉; T.A.伊尔利; W.T.迪克松; W.I.费迪; T.米巴赫
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: EP2541269B1; US8232801B2; US20120025827A1; CN102853756B; EP2541269A1

Abstract

本发明的名称为“用于结构健康监测的核四极共振系统和方法”。公开使用核四极共振的结构健康监测。例如，在一个实施例中，提供一种监测应力的方法。该方法包括使用NQR谱仪来扫描复合物，该复合物具有聚合物基质和设置在基质中的微晶材料。微晶材料包含具有核子的分子，核子带有相应的核四极矩。该方法还包括根据NQR扫描来确定复合物的微观应变分布指数，以量化应力，以及识别复合物中的失效先兆。

Description

用于结构健康监测的核四极共振系统和方法

技术领域

本文公开的主题涉及材料的结构健康监测，并且更具体而言，涉及用于使用核四极共振来进行结构健康监测的系统和方法。

背景技术

一般而言，核四极共振(NQR)能谱法(spectroscopy)是用于获得与包围某些原子以及更具体而言某些核子的局部环境有关的信息的化学分析方法。例如，具有大于1/2的量子自旋数的核子能具有电四极矩。电四极矩能受到核子的局部电子环境的影响(诸如在核子附近的某些化学键的性质)，而且还受到在核子附近的电离原子的影响。由于四极核子的电子环境的原因，它们会展示某些能态。这些能态之间的差异往往落在电磁谱的射频(RF)部分的范围中。因此，以类似于核磁共振(NMR)能谱法的方式，利用诸如RF线圈的RF接收器，可非破坏性地获得NQR谱。

但是，不像使用静态磁场来对准某些旋磁核子(例如具有1/2的量子自旋数的那些)的电偶极子的NMR，NQR依赖于包围四极核子的局部电子环境来使核子在某些方向上定向。这样，NQR就能对包围四极核子的局部电子环境尤其敏感。能影响给定核子的NQR谱的其它因素包括具有关注的核子的样本的温度和/或结晶状态。因此，在样本内的给定的核子的NQR谱可随位置的不同而改变，这至少取决于化学环境、局部结晶结构、温度变化等等。

发明内容

在一个实施例中，提供一种包括由复合物形成的组件或结构的制造品。该复合物包含具有聚合物的基质和设置在基质中的微晶材料，其中，微晶材料能够进行核四极共振(NQR)，并且适合于产生指示复合物内的平均局部应变和微观应变分布的一个或多个NQR谱信号。

在另一个实施例中，提供一种监测复合物中的应力的方法。该方法包括使用NQR谱仪来扫描复合物，该复合物具有聚合物基质和设置在基质中的微晶材料，其中，微晶材料具有带有核子的分子，核子具有相应的核四极矩。方法还包括：使复合物的一个或多个位置与在该一个或多个位置处收集的NQR谱相关，以产生局部NQR谱；确定各个局部NQR谱内的关注的谱线的线宽度；根据NQR扫描来生成复合物的至少一部分的平均局部应变图；比较生成的平均局部应变图与复合物的原始应变图；以及基于包含在各个图内的局部应变数据的比较，确定生成的平均局部应变图和原始应变图之间的差异，以量化复合物中的疲劳。

在进一步的实施例中，提供一种NQR谱测定系统。该系统包括控制电路，控制电路包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器配置成执行一个或多个例程，以对RF探测器收集的局部NQR谱执行分析，以产生复合物的一个或多个位置的平均局部应变图和微观应变分布指数，从而识别复合物内的结构异常，其中，复合物包含设置在基质内的NQR活性微晶材料。

附图说明

当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中，相同符号在整个图中表示相同部件，其中：

图1是用以确定复合物中的应变水平的核四极共振测量的实施例的示意图；

图2是具有复合物的制造品的实施例的示意图，其中，复合物带有设置在基质中的NQR示踪剂；

图3是示出了用于在基质材料内产生具有NQR示踪剂的复合物的方法的实施例的过程流程图；

图4是具有复合物涂层的制造品的实施例的示意图，该涂层具有设置在基质内的NQR示踪剂；

图5是具有多个复合物层的制造品的实施例的示意图，各个层均具有设置在基质内的NQR示踪剂；

图6是技术员使用便携式NQR谱测定系统来执行的测量的实施例的示意图；

图7是示出了便携式NQR谱测定系统的实施例的框图；

图8是远程分析系统的实施例的示意图，远程分析系统用于使用设置在复合物上的一个或多个印刷表面线圈来捕捉NQR数据，该复合物具有设置在基质内的NQR活性示踪剂；

图9是示出了用于确定复合物内的疲劳的方法的实施例的过程流程图，该方法使用根据与位置相关的NQR谱所生成的应变图和微观应变分布指数来确定复合物内的疲劳；以及

图10是示出了用于确定复合物的使用寿命的方法的实施例的过程流程图，该方法使用根据与位置相关的NQR谱所生成的应变图和微观应变分布指数来确定复合物的使用寿命。

具体实施方式

对于预测物品寿命，以及对于指示何时对制造好的物品进行维修可为合适的，获得多种制造品的机械失效先兆(或先兆标记)的指示可为有用的工具。典型地，这样的标志以技术员的视觉和/或机械检查为基础。例如，技术员可在视觉上检查物品的裂纹、层离和翘曲。一些技术涉及使用超声机器来检测类似的变形。但是，诸如这些的检查方法在发生损伤之后才检测它，并且可能无法检测失效先兆，诸如微裂纹和疲劳的开始。也就是说，肉眼可能看不到小的失效标志，或者小的失效标志也许不能提供大型物品的足够的信号差异来供某些技术(例如超声技术)检测。实际上，一些失效模式能在一段时间里保持未被检测，从而造成无用物品或重大且成本高的修理。

通过提供一种用于使用NQR来进行结构健康监测的系统和方法，本文公开的实施例克服了典型的方法的这些和其它缺点。例如，当前实施例中的某些包括掺有展示NQR活性的微晶材料的复合物。这些材料的结晶结构可展示某些特征NQR频率。当这些材料的结晶结构例如由于施加机械应力而被干扰时，这些频率可改变。因此，位于已被施加了应力的或者正在经受机械变化(例如，裂纹)的区域内或附近的微晶体可产生不同于从未被干扰的区域中获得的谱线的NQR谱线。这些谱线变化可用来定位有疲劳、失效或早期失效的区域。例如，在其中应变在微观尺度下不均匀地分布的实施例中，使用本文描述的方法所获得的NQR谱可揭示密排的重叠NQR线的分布。这些密排的重叠线可导致整个谱线宽度加宽。在复合物材料中，在复合物的弹性极限处发生这些情形。因此，通过监测具有NQR活性材料的关注的复合物的一个或多个谱线的这种加宽，确定结构缺陷的开始或存在是可能的。具体而言，在本文描述的方法的某些实施例中，可针对复合物的一个或多个位置来确定微观应变分布指数，以监测疲劳和/或执行对具有复合物的制造品的寿命推断。在某些实施例中，微观应变分布指数可定义为关注的谱线的半极大值下的总宽度(FWHM)和中心NQR线频率之间的比。在一个实施例中，微观应变分布指数定义为FWHM除以中心NQR线频率。

在一些实施例中，NQR测量可实现观察到失效的先兆，诸如从复合物的弹性状态过渡到塑性状态。类似地，在一些实施例中，可使用NQR活性材料来构建大型复合物或大型制造品。使用这些NQR材料对局部电环境的小变化(诸如机械应力和变形所引起的那些)的敏感性，获得早期物品失效的指示是可能的。

除了提供NQR活性复合物来结合到制造品中或涂覆到制造品上，本实施例提供一种监测它们的NQR活性的系统和方法。例如，根据某些实施例，提供NQR谱测定系统，诸如便携式系统，以允许技术员对以别的方式可能难以包在RF线圈内的某些制造品执行现场测试。便携式系统可包括用于在物品的表面上扫描的RF探测器和相关联的谱电路，以获得局部NQR谱。局部谱又可用来生成2D或3D应变图。例如，在一个实施例中，局部谱可用来生成微观应变分布指数图。再次，如上面提到的那样，这些图可为根据本文公开的某些方法的物品的一种类型的应变图。但是，在其它实施例中，应变图可以指使用应变的一个或多个谱标志(诸如线转变、线加宽等等)来生成的图。例如，关注的谱线的线转变可为应变的宏观标志，而线加宽或更具体而言根据线加宽而确定的微观应变分布指数可能是观测位置内的应变分布的微观标志。在某些实施例中，这些应变图、微观应变分布指数和指数图和/或NQR谱可用来确定物品对于其典型的使用的使用寿命，或者用来检测物品的失效先兆标记。例如，在一个实施例中，风力涡轮机叶片可构建成具有带有NQR示踪剂的复合物。使用本文描述的实施例中的某些，可确定风力涡轮机叶片的平均使用寿命。

图1示意性地描绘了响应于施加的载荷14的、对复合物12内的某些NQR活性核子的NQR谱的测量10的实施例。具体而言，复合物12由NQR活性材料(即具有量子自旋数大于1/2的至少一个核子的材料)形成。但是，如参照图2-5所论述的那样，复合物12可掺有NQR活性示踪剂，诸如NQR活性微晶材料。如图1中示出的那样，测量10包括具有某个功率18和持续时间20的施加的RF脉冲16，其对应于复合物12内的NQR活性核子的期望的NQR响应22。例如，使用RF线圈或用于以某些期望的频率和能量来发送RF能量的类似装置来施加脉冲16。大体上，脉冲16的RF频率和能量将对应于某些NQR活性核子的共振频率。脉冲16会导致旋磁核子被激励成受激励自旋状态。在施加脉冲16之后，处于它们的受激励自旋状态的核自旋开始弛豫，并且发射信号，该信号是NQR响应22。

使用RF接收线圈24来取得NQR响应22，在核自旋旋进和弛豫(自旋-自旋弛豫)时，RF接收线圈24捕捉信号，信号呈自由感应衰变(FID)26的形式。然后FID 26用来生成NQR谱28。例如，可对FID 26执行傅里叶变换，以生成谱28。在示出的实施例中，在施加载荷14之前，复合物12内的NQR核子发射第一响应，从而生成第一NQR谱线30。但是，在对复合物12施加载荷14(这会引起NQR活性核子的至少一部分的局部电场的变化)之后，第一NQR谱线30转变成第二NQR谱线32。这种转变可为在复合物12的观测位置处的宏观应变变化(即平均应变的变化)的指示。也就是说，在施加引起力的应变时，NQR活性核子的共振频率会转变。应当注意到，在一些情形中，当复合物开始达到其机械极限时，可观察到这种转变。除了谱线30转变成谱线32，或者作为谱线30转变成谱线32的代替，在施加载荷14时，第一NQR谱线30的谱线宽度34可加宽。在某些情况下，这种加宽可表示观测位置内的微观应变分布。因此，谱线30的NQR频率的转变是在给定的位置中的平均应变变化的宏观微观标志，而谱线30的加宽是在该位置处的应变的分布的微观标志。实际上，在一些实施例中，与第一NQR谱线30相比，可使第二NQR谱线32加宽和/或转变，这取决于变形应变的性质和复合物12受影响的程度。如上面提到的那样，基于第二NQR谱线32的加宽的线宽度36和中心NQR频率从第一NQR谱线30到第二NQR谱线32的转变，可确定微观应变分布指数。

如上面提到的那样，虽然示出的实施例描绘了由于施加载荷14而导致第一谱线30转变成第二谱线32，但是应当注意到，谱28可展示由于施加的力而引起的若干种不同的现象(例如变形应变)。在某些实施例中，在具有带有NQR活性核子的聚合物或具有包含NQR活性示踪剂的聚合物的复合物中，不同量的应力可引起不同的现象。在一个实施例中，在对复合物施加应力使得聚合物达到其弹性极限时，NQR信号可加宽。作为示例，在对复合物的聚合物施加应力达到其弹性极限时，第一谱线30的半极大值下的总宽度(FWHM)(即线宽度34)可增加，这可由线宽度36表示。因而，第二谱线32的微观应变分布指数可大于第一谱线30的微观应变分布指数，从而指示增大的应力和/或疲劳。实际上，使用对各个位置所确定的微观应变分布，以及在一些实施例中，使用根据宏观应变变化信息(例如根据谱线转变)所生成的应变图，可直接量化应力对复合物的作用，以及在这些实施例中的某些中，应力对复合物的作用用来确定复合物的疲劳先兆标记和使用寿命。另外，在聚合物达到其断裂极限时，加宽的谱线可分解成若干个不同的谱线。参照上面的示例，第一谱线30可加宽和/或转变，并且然后在断裂时分解成若干个不同的谱线。

如上面提到的那样，本文论述的复合物可由NQR活性材料形成，或者可包括一个或多个不同的NQR活性示踪剂。根据本文描述的某些实施例，复合物可包括一个其中散布有NQR活性示踪剂的连续的层，如关于图2和图3所描述的那样。在其它实施例中，第一复合物层可涂有第二复合物层，第二复合物层包含NQR活性示踪剂，如关于图4所描述的那样。在另外的实施例中，多个复合物层可各自包含NQR活性示踪剂。在这样的实施例中，聚合物和/或NQR活性示踪剂可为相同的或不同的，如关于图6和图7所描述的那样。

图2示出了制造品尤其是翼型件(airfoil)40的实施例，翼型件40包括具有散布在其中的NQR活性示踪剂44的复合物42。应当注意到，虽然在翼型件的语境中论述本实施例，但是它们也适用于其它复合物结构，诸如飞机的机身、机翼、水平的或竖直的稳定器，或类似的航空器特征。在示出的实施例中，复合物42是由示踪剂44和基质材料46的混合物形成的基本连续的层。基质材料46可为单体、预聚物、未固化的聚合物、熔融聚合物、溶解的聚合物或其任何组合。例如，基质材料46可包括诸如烯烃、尿烷、酯、丙烯酸盐和环氧树脂的单体、由这些单体中的任何或其组合形成的预聚物，或这些单体中的任何或其组合形成的聚合物。基质材料46还可包括促进淀积诸如溶剂(例如水、有机溶剂)的基质-示踪剂混合物的其它材料。因此，在对衬底施加之前，NQR活性示踪剂44可在凝结(set)之前与基质材料46混合，或者可在聚合和/或固化之前散布在基质材料46内。

大体上，NQR活性示踪剂44可包括能够展示NQR的任何材料。因此，NQR活性示踪剂44包括具有至少一个原子的分子，原子具有量子自旋数大于1/2(即电四极矩)的核子。作为示例，分子可包括这样的原子：诸如硼(¹⁰B 和/或 ¹¹B)、氮(¹⁴N)、氯(³⁵Cl 和/或 ³⁷Cl)、锰(⁵⁵Mn)、钴(⁵⁹Co)、铜(⁶³Cu 和/或 ⁶⁵Cu)、砷(⁷⁵As)、溴(⁷⁹Br 和/或 ⁸¹Br)、锑(¹²¹Sb 和/或 ¹²³Sb)，或碘(¹²⁷I)，或其任何组合。结合了这样的原子的分子可包括无机材料，诸如Cu₂O、CuSe、NaClO₃、LiIO₃、KBrO₃、NH₄NO₃、Sb₂O₃、Mo₃Sb₇、SbSI、SbF₃、BiBr₃和某些碱性-氯碘化物。在其它实施例中，结合了这样的原子的分子可包括有机分子，诸如卤代烃基(例如碘化烃基、溴化烃基或氯化烃基，或其组合)。

在某些实施例中，如下面论述的那样，采用结晶NQR活性材料可为合乎需要的。虽然在一般意义，无机示踪剂由于它们的离子键的原因而能够更容易结晶，但是可选择某些有机NQR活性材料具有促进晶体形成的分子结构。作为示例，可选择这样的有机分子具有平面式或半平面式结构，该结构能够通过一个或多个分子间相互作用而聚集，诸如pi-pi堆积、范德华力、氢键结合、配位金属相互作用、离子相互作用或其任何组合。在某些实施例中，有机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活性原子的有机金属络合物。例如，在一个实施例中，二(4-氯苯基)砜(N-1)可用来形成微晶针。能够进行晶体形成的有机NQR活性示踪剂的另一个示例是3, 4-二氯苯胺(N-2)。N-1和N-2的公式如下所示。

如上面提到的那样，在某些实施例中，NQR活性示踪剂44在基质材料46内作为结晶材料而存在。结晶材料可包括多个微晶体，微晶体具有长度介于大约1微米和1毫米之间的至少一个尺寸，诸如介于大约10微米和500微米之间、介于50微米和500微米之间，或者介于100微米和500微米之间。实际上，微晶体的微米级尺寸可使得能够收集能局限于复合物的具体区段的信息。例如，因为微晶体具有至少一个微米级尺寸，所以本实施例使得能够确定微观应变分布(例如应变分布的指数)。在一般意义上，微晶体可具有引起电场梯度的任何晶格几何结构(例如三斜晶系、单斜晶系、斜方晶系、正方晶系、六方晶系和立方晶系)，电场梯度可被外部机械应力干扰。

在一些实施例中，NQR活性示踪剂44基本可由微晶针组成。实际上，在某些实施例中，采用微晶针可为合乎需要的，因为与其它结晶几何结构相比，微晶针对局部应变的敏感度有所增加。例如，比与诸如立方体的其它结晶形式相比，微晶针可具有更大的纵横比。更大的纵横比可导致对应用于复合物42的力高度敏感的晶体电场梯度。也就是说，与其它结晶形式相比，一旦对复合物42施加的应变，晶体场梯度将被干扰的可能性更高。这个梯度干扰可导致示踪剂44内的NQR活性核子的一个或多个NQR谱线中有变化(例如转变和/或加宽) 。

如上面提到的那样，NQR示踪剂44设置在基质材料46内，以形成混合物。当对制造品施加时，该混合物可用来促进检测和量化物品的疲劳，确定物品的使用寿命，和/或确定物品强度。图3是示出了用于产生具有复合物42的、诸如翼型件40的制造品的方法50的实施例的过程流程图。在方法50的第一个步骤中，NQR活性示踪剂44散布在基质材料46内(框52)。大体上，NQR活性示踪剂44可按不会不利地影响基质材料46和/或得到的复合物的期望属性的任何量而散布在基质材料46内。在某些实施例中，NQR活性示踪剂44可按范围为整个混合物的大约0.1重量%(wt%)至大约10 wt%的量而存在。在这些实施例中的一些中，NQR活性示踪剂44加载量可介于大约1 wt%和5 wt%之间，包括其中的一切。例如，在一个实施例中，NQR活性示踪剂44可按大约2 wt%的量而存在。NQR活性示踪剂44的、散布在基质材料46内的量可取决于多个因素，包括(但不限于)成本、NQR敏感度、在示踪剂44内的NQR活性核子的数量、示踪剂44的材料属性，以及在使用NQR活性示踪剂44时获得的信噪比。在下面论述关于NQR活性示踪剂44散布在基质材料46内的某些其它确定因素。例如，如本文在下面论述的那样，NQR活性示踪剂44的某些材料属性可至少部分地确定选择散布哪种NQR活性示踪剂44。在下面关于图6来论述诸如谱考量的其它因素。

在某些实施例中，散布可使得示踪剂44基本均匀地分布在基质材料46内。在其中示踪剂44是结晶的实施例中，通过选择示踪剂和基质材料的合适的组合，示踪剂44在基质材料46中可保持基本未溶解。例如，示踪剂44具有使得基质材料46能够在使示踪剂44悬浮达期望的时间量的同时而不使示踪剂44溶解的密度可为合乎需要的。因此，示踪剂44可具有仅略微大于、基本等于或小于基质材料46的密度，其中基质材料46中的溶解度足够地低，以防止晶体退化。这种密度可使得基质材料46能够使示踪剂44悬浮达这样的时间量，该时间量足以对衬底施加混合物，以及凝结、聚合和/或固化基质材料46，而不使示踪剂溶解。因此，虽然诸如预聚物、熔融聚合物或未固化的聚合物的某些基质材料46可能能够使无机示踪剂悬浮，但是在一些实施例中，示踪剂为有机的可为合乎需要的，因为某些有机材料可具有小于无机材料的密度。因此，许多有机示踪剂可容易地悬浮在许多不同的基质中，诸如溶剂、单体、预聚物、熔融聚合物、未固化的聚合物或其组合，以生成基本均匀分布的混合物。但是，在某些实施例中，诸如，当基质材料46关于有机示踪剂材料用作强溶剂时，示踪剂44可为无机的。

另外，可选择NQR活性示踪剂44和基质材料46，使得避免基质材料过早地固化和聚合。例如，在其中在对衬底施加之前，基质材料是单体、预聚物或未固化的聚合物的实施例中，可选择NQR活性示踪剂44，使得示踪剂不用作聚合或固化催化剂。在这样的实施例中，可使用有机NQR活性示踪剂而非无机NQR活性示踪剂，因为某些无机材料可催化聚合和/或固化过程。但是，应当注意到，某些无机NQR活性示踪剂也可与单体、预聚物或未固化的聚合物成分基本不起反应。因此，在其中示踪剂44与基质材料46基本不起反应的实施例中，可在以后存储和使用混合物，或者立即使用。

在某些其它实施例中，示踪剂催化聚合和/或固化可为合乎需要的。在这样的实施例中，可在使用混合物来形成复合物之前立即执行示踪剂和基质材料的混合。因而，在准备混合物之后(框52)，可最后或立即对衬底施加混合物(框54)。框54所表示的动作可包括涂覆衬底的表面，或将混合物灌注到模子、金属丝网或框架中或灌注到其上。例如，可将混合物灌注到具有类似于期望的制造品的几何形状的金属丝网中，诸如风力涡轮机叶片或航空器机翼的一般形状。在另一个实施例中，可对聚合物或复合物层施加混合物，如关于图4-6所论述的那样。在这样的实施例中，混合物可用作额外的复合物层，诸如保护层或涂层。

在已经对衬底施加基质材料46和示踪剂44的混合物之后(框54)，基质材料可聚合，以及在一些实施例中，固化或凝结(框56)。具体而言，在其中基质材料包括单体或预聚物的实施例中，基质材料可聚合。可使用诸如光或热的外部刺激或者使用催化剂或其任何组合来执行聚合。在其中基质材料包括未固化的聚合物的实施例中，可使用热、光或催化剂或组合来使基质材料固化。在其中基质材料是熔融聚合物的实施例中，在施加之后，可允许聚合物冷却和凝结。在这些实施例中，可选择聚合、固化和/或凝结的速率和方式，以生成具有带有期望的特性的聚合物的复合物，诸如期望的分子重量、熔体流动特性、密度、分子重量分布和/或期望的交联量。

如上面关于框54所提到的那样，可对现有的聚合物层和/或复合物层施加复合物42。图4示出了诸如翼型件60的、具有涂覆到现有的聚合物层和/或复合物层62上的复合物42的制造品的实施例。在示出的实施例中，翼型件60包括可为结构层的、现有的聚合物层和/或复合物层62。层62不包括NQR活性示踪剂，但是涂有复合物42，以促进检测疲劳和可能存在于翼型件60内的任何变形。在某些实施例中，翼型件60可表示已经涂有复合物42的现有的翼型件，以允许进行这种检测。因此，根据本公开的某些方面，现有的制造品可涂有NQR活性复合物(例如复合物42)，以根据本文公开的方法来促进监测和检测疲劳、接头强度或局部应力。

虽然图4示出了具有仅一个NQR活性复合物层的翼型件(但是可为任何复合结构，诸如飞机的机身、机翼或竖直的稳定器)的实施例，但是具有多个NQR活性层可为合乎需要的。例如，这样的多层式复合物可使得能够针对特定的表面位置来确定依赖于深度的不同的应变状态(例如通过线转变)和微观应变分布指数(例如通过线加宽)。这样，多个NQR活性层可促进检测制造品的本体内的某些疲劳位置。图5示出了具有多个NQR活性复合物层的翼型件70的实施例。具体而言，翼型件70包括第一NQR活性复合物层72和涂覆在第一层72上面的第二NQR活性复合物层74。第一层72包括散布在第一基质材料78内的至少第一NQR活性示踪剂76。可根据上面描述的方法50来形成第一NQR活性复合物层72。因此，第一NQR活性复合物层72可为制造品的结构层、物品上的保护层或物品上的涂层。

类似地，第二NQR活性复合物层74包括散布在第二基质材料82内的至少第二NQR活性示踪剂80。大体上，第一基质材料78和第二基质材料82可为相同的或不同的，并且第一NQR活性示踪剂76和第二NQR活性示踪剂80可为相同的或不同的。实际上，虽然示出的实施例描绘了两个由于不同的基质材料78、82而与截然不同的层，但是在某些实施例中，基质材料78、82可为相同的，使得翼型件70的横截面仅揭示具有不同的NQR示踪剂的单个层。

可根据参照图3所描述的方法50来对第一NQR活性复合物层72施加第二NQR活性复合物层74。因此，第一NQR活性复合物层70可认为是第二NQR活性复合物层72的衬底。实际上，方法50可重复多次，以形成具有多个NQR活性层的制造品。此外，因为层具有不同的NQR活性示踪剂，所以通过测量应变图以及确定依赖于深度的微观应变分布指数，可能确定可存在于制造品内的任何缺陷和/或疲劳的深度(即，大小)、形状和/或程度。根据某些实施例，收集的数据(例如，微观应变分布指数和/或应变变化数据)可用来生成3D应变图。在某些实施例中，可选择NQR活性示踪剂，使得它们以与截然不同的频率共振，以促进检测和防止数据卷积。

如上面提到的那样，本实施例使得能够量化疲劳、检测早期失效标志(例如微裂纹、膨胀、纤维波纹)，以及，在某些实施例中，使用针对复合物的多种位置所确定的应变变化信息和微观应变分布指数来确定多种制造品的残存使用寿命。图6描绘了可监测制造品以检测疲劳、失效和/或残存使用寿命的结构指示的方式的实施例。具体而言，图6是技术员92执行来识别翼型件94内的疲劳的宏观标志和微观应变分布指数标志的存在的测量90的图解。再次，结构可为任何复合结构，诸如飞机的机身、机翼或稳定器。翼型件94包括复合物96，复合物96包含一个或多个NQR活性材料，诸如NQR活性示踪剂(例如微晶NQR示踪剂)。如参照示出的实施例可意识到的那样，制造品，尤其是翼型件94可大得以至于不能使用传统的摄谱仪或传统的螺线管线圈(典型地包围关注的对象)来捕捉数据。因此，本实施例提供技术员92可用来对翼型件94的多种位置执行NQR能谱法测量的便携式NQR谱仪98。便携式NQR谱仪98包括手持式RF探测器100，RF探测器100能够将RF能发送到复合物96中，以激励NQR活性核自旋，并且还能够接收在这些核自旋旋进和弛豫时发射的信号。NQR数据可存储在便携式摄谱仪98中，并且在以后传送到专用计算机或通用计算机，以进行分析。在其它实施例中，除了数据采集，便携式摄谱仪98还可执行分析。例如，在一个实施例中，便携式摄谱仪98可包括能够分析谱线的转变(例如由于应变的原因)和加宽(例如由于局部应变分布的原因)的一个或多个处理器。谱线的中心NQR线频率的转变的识别连同局部加宽信号可用来产生一系列的微观应变分布指数，可用图的形式呈现微观应变分布指数。例如，可生成提供应变变化信息的应变图，并且，另外或备选地，可生成微观应变分布指数图。实际上，为了使得便携式摄谱仪98能够执行这样的任务，便携式摄谱仪98可包括USB接口式摄谱仪卡。在下面关于图7来论述便携式摄谱仪98和RF探测器100的某些特征。大体上，便携式摄谱仪98和手持式RF探测器100使得技术员92能够沿着翼型件94的表面对翼型件94执行一个或多个分析。

例如，在对翼型件94进行NQR测量的期间，技术员92可将RF探测器100置于翼型件94的外表面102的上面，以从复合物96中取得NQR数据。RF探测器100包括接触表面104，可使接触表面104在某些位置处与外表面102直接接触，或者技术员92可按有规则间隔使接触表面104经过整个外表面102。例如，在一些实施例中，可在外表面102的具体位置处对翼型件94作记号。可将RF探测器100置于那些位置处，并且记录NQR数据，以及使NQR数据与位置相关，以生成收集的NQR谱的图。在其它实施例中，RF探测器100可用来对整个外表面102执行NQR扫描，以生成收集的NQR谱的图。例如，在一些实施例中，可针对显示谱线转变和/或加宽(如关于元素30-36在图1中示出的那样)的位置来分析局部NQR谱，这可用来生成局部化微观应变分布指数。实际上，如下面描述的那样，得到的局部NQR谱可用来生成关于疲劳/失效分析以及关于翼型件94的寿命推断的应变图。再次，本文描述的分析系统和方法可适用于任何这种制造品。

应当注意到，在一些实施例中，各个NQR测量(例如在翼型件94的外表面102上的具体位置处的各个测量)所需的时间可主要地取决于NQR活性示踪剂内的NQR活性核子的T1时间常量(即自旋-晶格弛豫常量)。例如，在一些实施例中，在T1时间常量增大时，各个NQR数据采集所需的时间也增加。在一些实施例中，某些NQR活性材料的T1时间常量大约1至900毫秒(ms)左右，但是在某些实施例中，T1时间常量可能更长(例如，2秒)，或者更短(例如，100微秒)。

T1常量值描述给定的旋磁核子的纵向磁化分量回到其大约63%(1-e^-1)的均衡磁化(即其基态)所需的时间。因此，给定的核子的T1值可至少部分地确定NQR能谱法的给定的激励-发射-检测循环可重复的速率，即重复速率。因为对于提高信噪比，许多扫描可为合乎需要的，在一些实施例中，具有T1时间常量较短的NQR活性示踪剂可为合乎需要的。大体上，本文描述的NQR示踪剂室温(即介于23°C和27°C之间)T1值可在大约1 ms至大约1000 ms之间变化，诸如介于大约1 ms和500 ms之间，介于5 ms和250 ms之间，或介于10 ms和150 ms之间。作为示例，Cu₂O具有大约140 ms的T1值，而BCPS(N-1)则具有大约10 ms的T1值。因此，单独基于T1值，与Cu₂O相比，使用BCPS(N-1)，可在相同的时间量中执行大约14次那样多的扫描。另一个示踪剂示例是Mo₃Sb₇，它具有大约2.5 ms的T1值。但是，应当注意到，在一些实施例中，自旋-晶格弛豫可受到给定样本的温度的影响。因此，T1值，以及因此样本的NQR谱可受到影响。例如，在升高的温度处，谱线可加宽，这能导致有卷积数据。这在其中观察到谱线加宽以生成微观应变分布指数的实施例中可能是特别成问题的。此外，更锐利的NQR谱线可提供更多关于宏观应变改变的详细信息。因此，使用T1值小的材料可为合乎需要的。

虽然NQR活性核子的T1值在很大程度上确定各个采集所需的时间，但是其它因素可确定适合于获得期望的信噪比的扫描的次数，这能影响准确且可再现地确定局部宏观应变改变和/或微观应变分布指数的能力。具体而言，NQR活性核子的自由感应衰变的持续时间以及用于NQR信号检测(例如，检测RF探测器100内的线圈)的线圈的质量(Q)因子可为总的扫描时间和信噪比的决定因素。在一般意义上，FID的持续时间越长，信噪比就越大。在其中信噪比增大的实施例中，适于生成有用的数据的扫描的次数可减少。因此，使用具有持续时间长的FID的NQR示踪剂来促进确定微观应变分布指数在大体上是合乎需要的。

在一些实施例中，特定的材料的FID持续时间取决于NQR活性材料的T2值。大体上，NQR活性示踪剂的室温T2值可在大约1微秒至大约10毫秒之间的范围中。例如，在一些实施例中，NQR示踪剂的T2值可介于大约1微秒和250微秒之间。参照上面关于T1值所提供的示例，在室温下，Cu₂O具有大约50微秒的T2值，BCPS(N-1)具有大约500微秒的T2值，而Mo₃Sb₇具有大约222微秒的T2值。

旋磁核自旋的横向磁化分量的旋进和衰变会产生由RF线圈检测的信号，即FID。具体而言，在横向磁化开始衰变时发射的信号会在检测线圈(例如，在RF探测器100内)中产生振荡电压。至少由于这个原因，线圈的某些属性，诸如质量(Q)因子，还可影响FID的持续时间以及线圈对FID的放大。因此，线圈的某些属性还可影响信噪比，并且从而影响生成精确且可再现的微观应变分布指数和平均应变改变的宏观标志的能力。例如，在提供RF激励脉冲之后，检测线圈可振铃(ring)某个持续时间。为了在无信号污染的情况下从这个响铃中取得FID，可采用延迟，认为这是振铃延迟。在这个延迟期间，FID衰变，从而降低可收集的高峰FID。因此，大体上合乎需要的是，减小振铃延迟，使得可尽可能快地取得FID。在一般意义上，检测线圈的Q因子越大，振铃时间就越长。就此而言，减小检测线圈的Q因子可为合乎需要的。相反，线圈放大FID的能力随Q因子的增大而增大。因此，可存在对于用于检测的各个共振频率而言合乎需要的Q因子范围。实际上，虽然Q因子可减小，但是信噪比可增大。在其它实施例中，不是优化线圈的Q因子，而是使用主动方法来在RF脉冲期间暂时地阻尼接收器电路以减小振铃可为合乎需要的。然后可恢复高的Q因子，以加强FID信号。

应当注意到，FID的持续时间，以及从而各个NQR示踪剂的T2值，可影响在特定的测验期间获得的微观应变分布指数。具体而言，FID的持续时间会导致某些谱线宽度。例如，在一般意义上，FID越短，在各个谱线的FWHM处测得的谱线宽度就越宽。更宽的线宽度能导致数据卷积，对施加的应变不敏感，以及信噪比不良。因此，使用谱线宽度较窄的材料可为合乎需要的。作为示例，较宽的谱线宽度可为大约15 kHz和更大，而较窄的谱线宽度可为小于大约14 kHz。作为某些NQR活性材料的示例，在室温下，Cu₂O在26 MHz处具有大约15 kHz的FWHM，某些碱性氯碘化物在15 MHz和30 MHz之间处具有大约2 kHz-5 kHz的FWHM，而BCPS(N-1)在大约34.35 MHz处具有呈粉末形式的大约11 kHz的FWHM和呈单晶形式的大约1 kHz的FWHM。因此，在某些实施例中，诸如为了提高用于生成微观应变分布指数的敏感度，可为合乎需要的是，使用NQR活性材料，诸如BCPS(N-1)、碱性氯碘化物以及与诸如Cu₂O的材料相比具有类似的谱线宽度的其它材料。实际上，在某些实施例中，可直接使谱线宽度(以及从而微观应变分布指数)与FID持续时间和T2值相关。

总之，在某些实施例中，选择具有短的T1值和长的T2值(即长的FID持续时间和狭窄的谱线宽度)的NQR活性示踪剂材料可为合乎需要的。考虑到上面描述的这些和其它多种考量，提高便携式摄谱仪98的检测特征的敏感度也可为合乎需要的。有利地，根据本方法，如上面提到的那样，便携式摄谱仪98的RF探测器100配置使得它可直接置于翼型件94的外表面102上。例如，在一些实施例中，RF探测器100包括一个或多个表面线圈。RF探测器100的表面线圈使得探测器100能够以最小信号损耗将RF信号发送给NQR活性核子和接收来自NQR活性核子的RF信号，探测器和示踪剂之间的间隔增大能导致信号损耗。RF探测器100还可包括用于使探测器100的位置与便携式摄谱仪98的基部的位置相关的多种特征，例如以产生关于翼型件94的局部NQR谱。

图7示出了便携式NQR能谱法系统110的实施例。在示出的实施例中，便携式摄谱仪98和RF探测器100包含使得能够收集局部NQR测量以获得局部NQR谱的电路。电路也可对谱的某些特征执行测量，诸如谱线在施加应力之后的转变、在施加应力之后的线加宽等等。电路还可配置成生成参考指数(诸如微观应变分布指数)或根据用于比较参考指数的这些测量而生成的新指数，参考指数可与测量的信息比较，诸如测量的谱线加宽和/或谱线移位。例如，可选择特定的微观应变分布指数(例如阈值)作为参考值，测量的值根据测量的值生成的指数与参考值比较(例如由技术员使用摄谱仪98或者通过摄谱仪98)，以确定局部结构异常的存在。

在一般意义上，便携式摄谱仪98可为便携式通用或专用计算机，诸如摄谱仪盒、笔记本、平板计算机、膝上型计算机，或者能够存储分析序列和控制摄谱仪的多种组件的任何基于计算机的装置。在示出的实施例中，便携式摄谱仪98包括控制和处理电路114，控制和处理电路114可包括能够访问和执行用于执行NQR分析的基于计算机的例程的一个或多个处理器。例如，控制和处理电路114可适合于执行用于收集NQR谱以及使谱与复合物的离散位置相关的一个或多个例程。控制和处理电路114可使NQR谱与复合物的、已被施加应力的位置相关，以获得与应变有关的信息。另外，在一些情形中，控制和处理电路114可使从用于生成基线信息的相对未受到应力的位置中获得的NQR谱相关，例如以生成微观应变分布指数，测量的信息能与该微观应变分布指数比较。在其它实施例中，可对已经投入使用的复合物生成多种微观应变分布指数。控制和处理电路114可自动地选择具体的微观应变分布指数(例如通过建模、试错法等得到的命令)，或者摄谱仪98的用户可选择具体的微观应变分布指数，并且新生成的微观应变分布指数可与基线或选择的指数比较，以确定结构异常的存在。在进一步的实施例中，控制和处理电路114可简单地比较线转变、线加宽或考虑这些中的任一个或两者的值与选择的微观应变分布指数(即参考指数)。

实际上，控制和处理电路114可针对由于施加或经历局部应力所引起的分解谱线造成的谱线转变和谱线加宽来分析NQR谱。在某些实施例中，摄谱仪98收集的且被控制和处理电路114处理的数据可用来生成2d和3d应变图(例如根据宏观应变变化信息和/或微观应变分布信息)。应变图可比较一个或多个局部微观应变分布指数或原始的微观应变分布指数图。

在某些实施例中，控制和处理电路114可对各个位置或对整个复合物指配严重性指数。可取决于试错法、建模或其组合来选择严重性指数，并且严重性指数大体可表示关于特定的结构异常的存在的阈值标志。已经通过执行NQR测量而生成的局部微观和/或宏观应变变化信息(例如新生成的微观应变分布指数)可与严重性指数比较，以确定特定的位置是否有应变、疲劳等，以及位置可有应变和/或疲劳的程度。在一些实施例中，严重性指数可对应于微观应变分布指数的特定的值。

控制/处理电路114可访问局部存储器116上的、基于计算机的NQR分析和控制例程，局部存储器116可存储NQR例程、脉冲序列、关于某些制造品的形状和大小的信息，以及用于使这种信息与NQR分析例程相关以生成局部NQR谱的例程。在某些实施例中，存储器116还可存储用于根据NQR谱来生成应变图、微观应变分布指数和微观应变分布指数图的例程。

控制和处理电路114可设置在用户接口118处，用户可利用用户接口118来指导摄谱仪98对制造品112执行多种NQR分析。例如，用户接口118可允许用户调节用于NQR激励的频率和检测的频窗，以输入关于制造品112的信息或类似的用户输入。控制/处理电路114可使用接口电路122(诸如配置成在便携式摄谱仪98、RF电路组装件120和RF探测器100之间传送数据的驱动器和其它类似的特征)来与RF电路组装件120进行接口。接口电路122使得控制/处理电路114能够将命令信号传送到RF电路组装件120，以命令通过RF探测器100从制造品110中取得NQR数据。在示出的实施例中，RF电路组装件120与便携式摄谱仪98分开。在这种配置中，RF电路组装件120可为便携式摄谱仪卡，便携式摄谱仪卡使用例如通用串行总线(USB)连接、以太网连接、无线连接或类似的连接来与通用或专用计算机进行接口。在其它实施例中，RF电路组装件120可包含在便携式摄谱仪98内。在这种配置中，便携式摄谱仪98可为包括RF电路组装件120作为一个或多个摄谱仪卡的特定用途的摄谱仪。

为了采集和接收数据，RF电路组装件120包括发送和接收(Tx/Rx)电路124和多种放大电路126。Tx/Rx电路124可包括多种驱动器以及某些处理和/或控制电路，以产生控制/处理电路114所限定的数字化的或模拟的脉冲序列。另外，Tx/Rx电路124可包括用于使RF探测器100内的RF线圈128在发送状态和接收状态之间切换的双工器。RF电路组装件120尤其还包括放大电路126，诸如，用于放大RF线圈128所发送的RF脉冲的功率(放大器)和用于放大接收到的信号的低噪声放大器(LNA)。放大电路126还可包括用于阻挡或消除RF线圈128接收到的不合需要的信号的多种滤波器，诸如带通滤波器。

在示出的实施例中，RF探测器100包括RF线圈128和定位电路130。RF线圈128可包括各自能够发送和/或接收RF信号的一个或多个线圈。在一些实施例中，RF线圈128可包括螺线管型线圈，螺线管型线圈能够发送RF脉冲132，以激励制造品112内的NQR活性旋磁核子，和/或能够接收在核子回到它们的均衡状态时所发射的RF信号134。在其它实施例中，RF线圈128可包括能够将RF脉冲序列132发送给旋磁核子和/或能够接收核子所发射的RF信号134的一个或多个表面线圈。在一个实施例中，如上面提到的那样，由于轮廓比基于螺线管的线圈更平的原因，而且还由于某些信噪考量的原因，将表面线圈用作RF线圈128可为合乎需要的。例如，表面线圈的更平的轮廓可允许将较大部分的RF线圈128放置成靠近探测器100的接触表面104，以及因此，比螺线管线圈的情况下更靠近制造品112的表面。如上面提到的那样，这种紧密的空间关系可提高信噪比。

如上面提到的那样，RF探测器100如所描绘的那样还包括定位电路130。定位电路130可包括应答器或使得便携式摄谱仪98能够使用定位系统136来确定RF探测器100相对于便携式摄谱仪98的位置的类似的特征。例如，便携式摄谱仪的定位系统136可包括使用卫星或可由用户远程访问或定位的其它三角测量特征来跟踪便携式摄谱仪98的位置的系统(例如，全球定位系统(GPS))。在某些实施例中，使用定位电路130和定位系统136，可相对于制造品112来确定便携式摄谱仪98和/或RF探测器100的位置。确定这种位置关系可促进使使用系统110而获得的NQR谱的定位。实际上，NQR谱的定位可用来生成局部宏观图和/或微观应变图，如下面论述的那样。

如上面提到的那样，发送/检测线圈与多种制造品内的NQR示踪剂材料的接近性可有利地提高信噪比，这能减少分析时间，并且还导致更大可能地检测可能存在的任何结构异常。因此，在一些实施例中，除了使用上面描述的便携式摄谱仪和探测器，或者代替使用上面描述的便携式摄谱仪和探测器，相应的实施例还提供用于对NQR示踪剂材料进行远程询问的系统。图8示出了一个这种广义的远程分析系统140的实施例。系统140包括诸如翼型件142的制造品，如上面关于图2-5所描述的那样，该制造品具有复合物144，复合物144具有设置在基质材料148内的NQR示踪剂146。另外，一个或多个印刷线圈150设置在复合物144的表面152上。通过使用呈圆形图样、长方形图样、正方形图样、椭圆形图样、三角形图样或任何其它图样的电磁材料，一个或多个印刷线圈150可印刷到或以别的方式直接形成到表面152上或正下方。大体上，一个或多个印刷线圈150配置(即调谐)成以NQR示踪剂146的共振频率中的一个或多个共振。在一些实施例中，线圈150可为使用外部RF源(诸如使用发送/接收电路154)来进行远程赋能的无源线圈。

在这种实施例中，发送/接收电路154可传送一个或多个信号156，以对线圈150赋能。例如，信号156可为调谐到线圈150的、导致线圈150发射某些激励RF脉冲的频率的RF信号。激励RF脉冲被引导向NQR示踪剂146。然后示踪剂146可在它们衰变到它们的相应的均衡状态时与线圈150共振。线圈150进而可发射检测信号158，检测信号158由发送/接收电路154接收，并且由分析电路160分析。分析电路160可分析信号，以根据关于图9和10所论述的方法来确定复合物144内的结构异常的存在，以及因而确定物品142内的结构异常的存在。例如，分析电路160可确定与翼型件142的其它位置相比的局部加宽谱线(例如，关于关注的谱线)的存在，和/或关注的谱线的局部转变谱线的存在，并且可基于针对已经加宽和基本未加宽和/或未转变的谱线的位置所生成的微观应变分布指数和/或宏观应变变化数据之间的比较来产生关于所有位置的严重性指数。再次，指数和/或应变变化数据可用来生成应变图。

在其它实施例中，可使用单独的RF线圈来询问印刷表面线圈150。例如，单独的RF线圈可配置成对线圈150赋能，以最终激励NQR核子，或者RF线圈可配置成直接激励NQR核子。在其中RF线圈直接激励NQR核子的实施例中，印刷表面线圈150可在激励NQR核子所发射的信号衰变到它们的均衡磁化状态时与它们共振。此外，在某些实施例中，印刷表面线圈150可各自具有与NQR信息一起发送的与截然不同的标记信号。这可允许确定发送的信号的来源点，这允许定位得到的NQR谱，以及因而定位宏观应变变化数据和微观应变分布指数。

使用上面描述的系统和方法中的一些或全部，本实施例还提供用于生成关于应变局部、疲劳确定、物品寿命推断等的宏观应变图和/或微观应变分布指数图的方法。图9和图10在可由某些谱控制电路、技术员或其组合执行的过程流程图的语境中介绍这样方法。具体而言，图9示出了用于生成应变图来确定具有NQR活性复合物的制造品内的疲劳和检测结构缺陷的方法170的实施例的过程流程图。制造品可完全由复合物形成，或者复合物可形成物品的仅一部分。在其它实施例中，复合物可为物品上的涂层。方法170以在复合物的多种位置上执行NQR扫描(框172)为开始。

扫描的位置与它们的相应的NQR谱相关，以生成一组应变图(框174)。应当注意到，虽然在例如复合物或制造品的表面上执行NQR扫描，但是可获得3D数据，从而使得能够形成二维或三维应变图。除了提供表面信息之外，这样的三维应变图可提供关于复合物或制造品的本体的结构信息。在已经执行NQR扫描之后，或者在执行扫描的同时，可执行框174所表示的动作。例如，在一个实施例中，用来生成NQR谱的特征可包含一个或多个空域相关特征，诸如上面关于图7所描述的定位系统136。相关特征可记录NQR谱，并且使谱在被收集时与它们的相应的位置相关。在其它实施例中，用户可收集在复合物上的某些预先确定的位置处的谱。预先确定的位置可为被识别和扫描的复合物上的核对符号。该识别可使收集的谱与位置相关。

为了在框174中生成应变图，对收集的且与位置相关的谱分析某些确定性特征，诸如线加宽、频率转变、谱线分解等。然后确定性特征的性质可与复合物遭遇到的应变相关。例如，如上面提到的那样，某些微观应变分布指数值或某些程度线加宽或线转变可为复合物的聚合物已经达到弹性极限的指示。因此微观应变分布指数的幅度、线加宽量或线转变量可为聚合物已经变得有弹性的程度的指示。例如，根据某些实施例，应变、疲劳或变形的程度可由应变图中的颜色表示，在某些实施例中，该程度可为微观应变分布指数图或宏观应变变化图(例如，局部平均应变图)。

在已经在框174中产生制造品的应变图之后，应变图可与物品的原始应变图比较，以确定在各分析之间积累起来的应变量(框176)。例如，使用类似于上面描述的步骤的过程，可产生原始NQR图和/或应变图。原始NQR图可与局部NQR谱比较，或者原始应变图可与新生成的应变图比较。比较可包括比较各个图的不同的微观应变分布指数，或用来生成应变数据的关注的谱线的其它确定性特征。例如，可从新生成的应变图的新数据中减去原始应变图(或NQR图)的原始数据。减法(或其它比较函数)可导致与位置相关的应变差异信息。

与位置相关的应变差异信息，诸如微观应变分布指数差异和/或局部平均应变差异，可用来识别结构异常(框178)。具体而言，结构异常可包括疲劳的区域、具有微裂纹、膨胀、纤维波纹等的区域。在一些实施例中，应变差异信息的幅度可量化制造品在各分析之间积累起来的应变量。这种量化可允许确定物品的残存使用寿命。实际上，本实施例可使得能够观察到定位于复合物的特定的部分的宏观应变信息，并且还可使得能够在平均值内观察到微观应变分布信息，以提供关于在特定的部分处的复合物的机械状态的微观信息和宏观信息。

虽然根据微观应变分布信息和/或平均应变变化信息制作而成的应变图可用来量化和/或识别疲劳，但是在其它实施例中，引起线加宽的NQR谱分布可用来产生用于这些目的的一个或多个局部微观应变分布指数(框180)。例如，各个谱线与未被干扰的样本的谱线相比的加宽的程度可直接与各个指数的幅度有关。因此，信号的分布越大，线加宽就越大，并且微观应变分布指数也越大。实际上，各个微观应变分布指数的幅度可与复合物的疲劳相关(框182)。例如，如上面提到的那样，结构异常可包括疲劳的区域、具有微裂纹、膨胀、纤维波纹等的区域。在一些实施例中，各个指数的幅度可用来量化制造品在特定的位置处遭遇到的应力量。例如，使用一种或多种建模方法，可开发出使微观应变分布指数(和/或平均应变变化信息)与疲劳量和/或结构变形量相关的模型。例如，可进行若干次测试来使物品的失效和/或疲劳的水平与某些微观应变分布指数相关，以生成例如查找表。可在其中确定谱线加宽量、微观应变分布指数幅度或谱线转变达到物品的失效水平的测试中查阅查找表。这个量化可允许用户预测物品的残存使用寿命。因此，在某些实施例中，可直接使用一个或多个微观应变分布指数来确定物品的疲劳，以及在一些实施例中，使用平均应变变化数据，而非通过比较一个或多个新生成的应变图与一个或多个原始应变图来确定物品的疲劳。这种相关可消除对具有关于特定的制造品的应变图或与应变有关的信息的需要。

在某些实施例中，为了质量控制目的而对多种制造品执行测试可为合乎需要的。图10是示出了用于确定复合物的整个使用寿命的方法190的实施例的过程流程图。应当注意到，方法190也适用于确定接头强度，诸如使用复合物来密封或形成的接头。方法190以取得NQR活性示踪剂(例如微晶示踪剂)散布在其中的产生后的复合物的多种位置上的NQR谱为开始(框192)。例如关于图9所描述的那样，NQR谱与它们的位置相关，以生成可用于在以后进行比较的基线应变图。应当注意到，虽然在生成基线应变图的语境中论述本实施例，但是在某些实施例中，可能不会生成这样的基线应变图，并且下面论述的测量可与一种或多种建模方法和/或上面论述的实验性相关结合起来使用。

在基线应变图生成之后，对复合物施加受控制的已知应力量(框194)。例如，复合物可经受应力测试、冲击测试、热测试、冷冻测试等。大体上，执行测试，以便干扰复合物内的NQR活性示踪剂的电场梯度。这可导致新的局部NQR谱的生成。例如，受控制的量的应力可导致在施加应力的位置附近的NQR活性微晶体被干扰，这会导致它们的相应的NQR谱有频率转变。因为这些转变中的每个可能较小，并且导致谱线重叠，所以谱线会变得加宽。线加宽与微观应变分布相关，其中，加宽的程度可与微米级应变分布量相关。类似地，受控制的量的应力可导致NQR信号有整体的频率转变(即除了加宽之外，或者代替加宽)，这表示在施加应力的位置处的应变的平均变化。实际上，这种转变可为复合物可能达到其机械极限的指示。

因而，在已经对复合物施加受控制的应力之后，从复合物内的NQR活性示踪剂内收集NQR谱。在一些实施例中，可仅在其中被施加了应变的区域中收集新的NQR谱。在其它实施例中，可在整个复合物中收集新的NQR谱，以确定应变的施加是否对复合物有远程(即长距离)作用。然后，在位置上相关的新的NQR谱用来生成新的应变图(框196)。

如上面关于图9所描述的那样，然后可比较基线应变图和新生成的应变图，以确定图中的应变差异。然后差异数据(可为线加宽差异数据、微观应变分布指数差异数据、线转变数据等)与施加的应力量相关，以推断复合物的寿命(框198)。实际上，差异数据还可与复合物的机械强度或其它机械属性相关。例如，关于施加的应力量而通过NQR谱所识别的结构异常的性质可促进确定断裂强度(例如对于接头强度应用)，以及断裂所需的应变循环的数量(例如以确定使用寿命)。在其中采用具有NQR活性材料(例如微晶体)的复合物作为粘合剂配方(例如以将两种物品粘结在一起)的实施例中，应变图中的差异可与施加的应力相关，以确定粘合剂所形成的结合的强度(框200)。可为合乎需要的是，使用这种数据来调节某些制造参数或例行维护计划，以便延长具有某些NQR活性复合物的制造品的寿命，或者对使用NQR活性复合物加工而成的新物品进行质量检查。此外，在维修受监测的物品的语境中，监测程序的结果可导致可采取行动的输出，诸如修理、重整或类似的过程。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。

Claims

1.一种制造品，包括：

由复合物形成的组件或结构，所述复合物包含：

包含聚合物的基质；以及

设置在所述基质中的微晶材料，其中，所述微晶材料能够进行核四极共振(NQR)，并且适合于产生指示所述复合物内的平均局部应变和微观应变分布的一个或多个NQR谱信号。

2.根据权利要求1所述的制造品，其中，所述微晶材料基本由结晶针构成，所述结晶针由所述NQR活性材料形成，并且所述微晶材料在所述基质内具有基本均匀的分布。

3.根据权利要求1所述的制造品，其中，当对所述复合物的区域施加应力时，位于所述基质内的所述微晶材料的至少一部分的NQR谱内的NQR谱线在频率方面有所改变、加宽，或分解成多个NQR谱线。

4.根据权利要求4所述的制造品，其中，所述NQR谱线加宽的程度指示具有所述微晶材料的所述部分的所述复合物的位置的所述微观应变分布。

5.根据权利要求4所述的制造品，其中，所述NQR谱线在频率方面改变的程度指示所述复合物在所述位置处的平均局部应变的变化。

6.根据权利要求1所述的制造品，包括：设置在所述复合物上或其内的印刷表面线圈以及配置成接收来自所述印刷表面线圈的信号的接收器，所述印刷表面线圈能够将射频脉冲发送到所述微晶材料，或者能够接收来自所述微晶材料的射频信号，以及其中，所述接收器配置成与分析电路通信，所述分析电路配置成监测所述一个或多个NQR谱信号，以生成应变图或局部微观应变分布指数，从而识别所述复合物中的结构异常，以及其中，各个微观应变分布指数包括各个NQR谱信号内的关注的谱线的半极大值下的总宽度(FWHM)和中心NQR线频率之间的比。

7.根据权利要求1所述的制造品，其中，所述组件或结构包括风力涡轮机叶片、机身、机翼，或竖直的或水平的稳定器。

8.根据权利要求1所述的制造品，其中，所述微晶材料的NQR谱中的谱线具有小于大约14 kHz的半极大值下的总宽度(FWHM)。

9.一种监测复合物中的应力的方法，包括：

使用NQR谱仪来扫描所述复合物，所述复合物包含聚合物基质和设置在所述基质中的微晶材料，其中，所述微晶材料包含具有核子的分子，所述核子带有相应的核四极矩；

使所述复合物的一个或多个位置与在所述一个或多个位置处收集的NQR谱相关，以产生局部NQR谱；

根据所述NQR扫描来生成所述复合物的至少一部分的平均局部应变图；

比较所生成的平均局部应变图与所述复合物的原始应变图；以及

基于包含在各个图内的局部应变数据的比较，确定所述生成的平均局部应变图和所述原始应变图之间的差异，以量化所述复合物中的疲劳。

10.根据权利要求9所述的方法，包括：

确定各个局部NQR谱内的关注的谱线的线宽度；

确定各个关注的谱线的相应的微观应变分布指数，其中，所述微观应变分布指数包括所述关注的谱线的半极大值下的总宽度(FWHM)和中心NQR线频率之间的比；以及

基于所述平均局部应变图和至少一个微观应变分布指数来识别受到应力的位置，以识别结构疲劳、结构失效先兆或其组合的存在。

11.根据权利要求10所述的方法，包括使用所述微观应变分布指数的幅度来量化所述复合物的位置的疲劳。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，使用所述复合物中的所述微晶材料的局部NQR频率、局部NQR谱线宽度或其组合来生成所述应变图。

13.根据权利要求9所述的方法，包括：

根据所述局部NQR谱来生成所述复合物的微观应变分布指数图；

比较所生成的微观应变分布指数图与所述复合物的原始微观应变分布指数图；以及

确定各个图的所述微观应变分布指数值中的差异，以量化所述复合物中的疲劳。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在将所述复合物投入使用之前，生成所述复合物的所述原始应变图和所述原始微观应变分布指数图。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，量化疲劳包括比较所述生成的微观应变分布指数图和所述原始微观应变分布指数图的相应的微观应变分布指数中的差异的幅度，并且使所述幅度与已知的或建模的疲劳水平相关。

16.根据权利要求15所述的方法，包括使所述差异的幅度、所述已知的或建模的疲劳水平或其组合与所述复合物的已知的或建模的残存使用寿命相关。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述平均局部应变图和微观应变分布指数图各是所述复合物的三维图。

18.一种NQR谱测定系统，包括：

包括一个或多个处理器的控制电路，所述一个或多个处理器配置成执行一个或多个例程，以对RF探测器收集的局部NQR谱执行分析，从而产生复合物的一个或多个位置的平均局部应变图和微观应变分布指数来识别所述复合物内的结构异常，其中，所述复合物包含设置在基质内的NQR活性微晶材料。

19.根据权利要求18所述的NQR谱测定系统，其中，所述控制电路配置成生成平均局部应变图和微观应变分布指数图，其中，各个微观应变分布指数包括各个局部NQR谱的关注的谱线的半极大值下的总宽度(FWHM)和中心NQR线频率之间的比。

20.根据权利要求19所述的NQR谱测定系统，其中，所述控制电路配置成将严重性指数指配给已经生成微观应变分布指数的各个位置，其中，通过比较各个位置的所述微观应变分布指数与针对整个复合物确定的微观应变分布指数值或针对所述复合物的一区段确定的微观应变分布指数值来确定所述严重性指数。