CN109084918B - 一种基于电磁超声技术的激光冲击波结合力检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术和电磁超声领域，尤其为一种基于电磁超声技术的激光冲击波结合力检测方法。本发明中，检测装置由电磁感应线圈、黑胶带、EMAT电磁超声换能器、天然强磁铁、线圈、高能激光器、综合检测系统组成；检测过程中通过电磁感应效应将材料表面振动信号经电磁感应线圈转为EMAT电磁超声换能器内的感应电压信号。整个检测装置与方法原理结构简单、操作简易、检测判断快速准确，可适用碳纤维复合材料、陶瓷、特殊涂层/薄膜等非导电材料激光冲击波结合力在线检测。

Description

一种基于电磁超声技术的激光冲击波结合力检测方法

技术领域

本发明涉及激光技术和电磁超声领域，具体为一种基于电磁超声技术的激光冲击波结合力检测方法。

背景技术

激光冲击波结合力检测技术(LaserBondInspection,LBI)，是一种新型界面结合力检测技术，是利用高功率纳秒脉冲激光辐照材料表面，材料表面吸收保护层(铝箔、黑胶带等)吸收激光能量，快速发生爆炸性气化蒸发，形成高压等离子体冲击波，冲击波首先以压缩波形式向材料内部传播，但在背面反射后转变为拉伸波，当拉伸波应力值超过材料粘接或界面等结构的结合强度，即会在该处发生层裂现象，从而根据拉伸波应力值和层裂现象判断材料结合力是否满足设计标准。该技术既可以检测复合材料层间以及异种材料间的结合力，还可以检测涂层/薄膜的界面结合力，在飞机碳纤维复合材料、飞机/发动机各部件功能性涂层/薄膜上具有很大应用前景。

激光层裂现象判断是激光冲击波结合力检测技术的关键环节，一般利用激光速度干涉仪(VelocityInterferometerSystemForAny Reflector,VISAR)或光子多普勒测速仪(PhotonicDopplerVelocimeter,PDV)等装置对材料背面自由面速度进行动态监测，通过背面粒子速度变化反映层裂与否；另外，利用超声波扫描方法观察检测后材料内与否发生激光层裂。上述方法由于设备昂贵、测试复杂和无法在线等原因，无法在实际工程部件在线检测过程中应用。

利用超声换能器虽可以在工程部件在线检测中使用，较为简单地监测材料动态响应信号，但是压电式超声换能器因需要耦合剂而导致操作过程复杂、影响因素多；电磁超声换能器则因具有无需耦合、非接触、操作简单、适用温度范围广等特点而得到更多关注和研究，但原理限制其在碳纤维和陶瓷等非导电材料上的应用，因此，急需在电磁超声换能器基础上发明一种可用于非导电材料的激光冲击波结合力检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电磁超声技术的激光冲击波结合力检测方法，该装置结构简单、易操作、集成化控制、可实现碳纤维和陶瓷等非导电材料的激光冲击波结合力在线检测,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于电磁超声技术的激光冲击波结合力检测方法，检测装置包括电磁感应线圈、黑胶带、EMAT电磁超声换能器、天然强磁铁、线圈、高能激光器、综合检测系统；检测方法具体步骤如下：

1)将内嵌有电磁感应线圈的黑胶带贴覆于待检测材料表面；

2)将EMAT电磁超声换能器放置于黑胶带上，根据标记参考线对准电磁感应线圈，其内置的天然强磁铁在电磁感应线圈周围形成恒定磁场；

3)综合检测系统控制激光器触发纳秒脉冲激光束，激光束与黑胶带作用诱导产生高压冲击波；

4)冲击波作用待检测材料后，电磁感应线圈随材料表面振动而切割外加恒定磁场线，在电磁感应线圈内产生感应电流；

5)电磁感应线圈的感应电流通过电磁感应效应使EMAT电磁超声换能器内置线圈产生感应电流，最后转换为电压信号在综合检测系统上显示。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的一种基于电磁超声技术的激光冲击波结合力检测方法，将电磁感应线圈内嵌于黑胶带中，实现材料动态信号监测和激光冲击吸收保护层功能合二为一；通过电磁感应线圈切割磁场线将待检测材料表面振动信号转变为电流信号，再利用电磁感应效应使EMAT电磁超声换能器内线圈产生感应电流，最终转变为电压信号在综合检测系统中显示，实现EMAT电磁超声换能器对非导电材料激光冲击波动态信号的监测。该方法原理结构简单、操作简易、检测判断快速准确，可适用碳纤维复合材料、陶瓷、特殊涂层/薄膜等非导电材料激光冲击波结合力在线检测。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图。

1为电磁感应线圈、2为黑胶带、3为待检测非导电材料、4为EMAT电磁超声换能器、5为天然强磁铁、6为线圈、7为高能激光器、8为综合检测系统、9为脉冲激光束、10为恒定磁场、11为激光冲击波、12标记参考线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：

一种基于电磁超声技术的激光冲击波结合力检测方法，检测装置由电磁感应线圈1、黑胶带2、EMAT电磁超声换能器4、天然强磁铁5、线圈6、高能激光器7、综合检测系统8组成，检测方法具体步骤如下：

1)将内嵌有电磁感应线圈1的黑胶带2贴覆于待检测材料3表面；

2)将EMAT电磁超声换能器4放黑胶带2上，根据标记参考线12对准电磁感应线圈1，其内置的天然强磁铁5在电磁感应线圈1周围形成恒定磁场10；

3)综合检测系统8控制激光器7触发纳秒脉冲激光束9，激光束与黑胶带作用诱导产生高压冲击波11；

4)冲击波11作用待检测材料3后，电磁感应线圈1随材料3表面振动而切割外加恒定磁场线10，在电磁感应线圈1内产生感应电流；

5)电磁感应线圈1的感应电流通过电磁感应效应使EMAT电磁超声换能器4内置线圈6产生感应电流，最后转换为电压信号在综合检测系统8上显示。

本发明将电磁感应线圈1内嵌于黑胶带2中，脉冲激光束9与黑胶带2作用诱导冲击波11，使待检测材料3表面电磁感应线圈1切割外加恒定磁场线10而产生感应电流，实现待检测材料3动态响应信号向电流信号的转变；利用电磁感应效应使EMAT电磁超声换能器4内线圈6产生感应电流，再转变为电压信号在综合检测系统8中显示，实现对非导电材料激光冲击波动态响应信号的监测。整个检测装置与方法原理结构简单、操作简易、检测判断快速准确，可适用碳纤维复合材料、陶瓷、特殊涂层/薄膜等非导电材料激光冲击波结合力在线检测。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种基于电磁超声技术的激光冲击波结合力检测方法，包括电磁感应线圈、黑胶带、EMAT电磁超声换能器、天然强磁铁、线圈、高能激光器、综合检测系统，其特征在于：所述电磁感应线圈嵌入黑胶带内，通过所述EMAT电磁超声换能器接收信号，检测方法具体步骤如下：

1)将内嵌有电磁感应线圈的黑胶带贴覆于待检测材料表面；

2)将EMAT电磁超声换能器放置于黑胶带上，根据标记参考线对准电磁感应线圈，其内置的天然强磁铁在电磁感应线圈周围形成恒定磁场；

3)综合检测系统控制激光器触发纳秒脉冲激光束，激光束与黑胶带作用诱导产生高压冲击波；

4)冲击波作用待检测材料后，电磁感应线圈随材料表面振动而切割外加恒定磁场线，在电磁感应线圈内产生感应电流；

5)电磁感应线圈的感应电流通过电磁感应效应使EMAT电磁超声换能器内置线圈产生感应电流，最后转换为电压信号在综合检测系统上显示。

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