CN109632480B

CN109632480B - 一种陶瓷天线窗检测方法及装置

Info

Publication number: CN109632480B
Application number: CN201811544195.0A
Authority: CN
Inventors: 宋旸; 贾治国; 刘昌建; 周应强; 刘晓明; 田云峰; 张波; 刘全; 王心洋
Original assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Current assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2038-12-17
Also published as: CN109632480A

Abstract

本申请公开了一种陶瓷天线窗检测方法和装置，所述方法包括向密封的天线窗内注入气体，直到天线窗内部压力与大气压的压差到达试验压差后停止注入，保持压力稳定持续固定时间段，卸载压力后检测所述天线窗是否存在裂纹。所述装置包括工装部件、压力显示部件、阀门、进气部件，所述工装部件与需筛选的所述天线窗可拆卸地密封固定连接，上开有通气口；所述进气部件通过阀门与所述通气口连接；所述压力显示部件实时显示所述天线窗内部压力。本申请能通过应力方式暴露陶瓷天线窗内部微裂纹，解决无法用肉眼识别、且即使通过常规采用的热应力环境或整机试验也无法识别的微裂纹，有效提升天线窗的可靠性。

Description

一种陶瓷天线窗检测方法及装置

技术领域

本申请涉及天线窗领域，尤其涉及一种陶瓷天线窗检测方法及装置。

背景技术

天线窗是天线系统的重要组成部件，用于对天线本体提供物理防护，并且具有相应天线工作频段的透波性能。陶瓷天线窗是指采用陶瓷材料加工制备的天线窗。陶瓷材料具有耐高温、硬度高、透波性好、稳定性高等优点。陶瓷天线窗广泛应用于各类航空航天系统的天线防护。

陶瓷天线窗面临高温、高压、震动等多种严酷工况，而陶瓷材料本身韧性差，陶瓷天线窗在材料制备和产品加工过程中会形成微裂纹，在严酷工况下易发生应力集中导致的微裂纹扩展，从而造成产品质量问题。为了保证产品使用可靠性，剔除质量不合格的产品，需对其进行筛选。目前常用的筛选办法包括灯检筛选、温度筛选、振动筛选。

灯检筛选采用可见强光照射天线窗表面，用显微镜/目视的方式检查天线窗是否存在肉眼可见的裂纹。该方法直接简单，便于操作，缺点是分辨率不够，对于有可能造成产品缺陷但肉眼不可见的微裂纹无法识别。

温度筛选是将天线窗连同与其装配有关的结构件一起，进行高低温循环或长时间高温/低温实验，以验证在热应力作用下陶瓷天线窗是否会出现肉眼可见的裂纹。该方法的缺点是窗体微裂纹对热环境不够敏感，施加的热应力不足导致无法充分暴露产品缺陷。

振动筛选是将天线整机产品进行振动实验，通过振动大幅放大天线窗所受应力，诱发天线窗微裂纹扩展，从而剔除不合格品。振动筛选的缺点是只能进行整机级的实验，振动后只能检查产品表面缺陷，如果裂纹发生在产品内部则无法剔除。

总之，这些筛选方法的缺点是无法暴露产品内部的裂纹，包括常温下肉眼不能识别的裂纹，甚至通过热应力环境或整机振动检测后也不能识别的内部裂纹。因此，急需找到一种能暴露陶瓷天线窗内部微裂纹的筛选方法，保证天线窗的可靠性。

发明内容

本申请提出一种陶瓷天线窗检测方法及装置，为解决无法肉眼识别天线窗内部微裂纹，甚至通过热应力环境试验或不得已采取整机试验后微裂纹依然无法肉眼识别的问题，有效剔除有内部微裂纹的不合格陶瓷天线窗，提升系统的可靠性。

本申请实施例包括一种陶瓷天线窗检测方法，包括以下步骤：

向密封的天线窗内注入气体；

天线窗内部压力与大气压的压差到达所述试验压差后停止注入；

保持压力稳定在试验压差持续固定时间段；

卸载压力后检测所述天线窗是否存在裂纹。

优选地，还包括以下步骤：

对所述天线窗进行建模，建立所述天线窗对应强度与内外压差的关系模型；

以所述陶瓷拉伸强度为参考值，对所述天线窗进行力学仿真试验，所述天线窗出现裂纹时的压差为理论标准压差；

将所述理论标准压差按固定比例折算为所述试验压差。

优选地，还包括以下步骤：

对所述天线窗进行实际加压试验，所述天线窗出现裂纹时的压差为实际标准压差；

将所述实际标准压差按固定比例折算为所述试验压差。

优选地，还包括以下步骤：

以所述陶瓷拉伸强度为参考值，对所述天线窗进行力学仿真试验，确定所述天线窗出现裂纹时的压差为理论标准压差；

对所述天线窗进行实际加压试验，缓慢加压直到压差等于所述理论标准压差后继续上调，直到所述天线窗出现裂纹时的压差为校准压差，或者加压到所述理论标准压差前所述天线窗出现裂纹，当前压差为校准压差；

将所述校准压差按固定比例折算为所述试验压差。

进一步优选地，还包括以下步骤：

在所述向密封的天线窗内注入气体前，检测所述天线窗是否存在裂纹。

优选地，所述固定时间段最小值为所述天线窗实际工况使用时间，或所述天线窗材料的典型试验时间段。

优选地，所述固定比例为30％-40％。

本申请实施例还提出一种陶瓷天线窗检测装置，包括工装部件、压力显示部件，依次连接的阀门、进气部件；所述工装部件，与需筛选的所述天线窗可拆卸地密封固定连接，上开有通气口与所述天线窗内部相通；所述阀门，一端与所述通气口连接，一端与所述进气部件连接；所述压力显示部件，与所述天线窗内部连通，所述天线窗内部压力通过所述压力显示部件实时显示。

优选地，所述工装部件还包括底座和顶盖；

所述底座上开有通气口，筛选时所述通气口与所述天线窗口部密封固定连接；

所述顶盖，筛选时将所述天线窗本体固定压在所述底座上。

优选地，所述进气部件还包括依次连接的缓冲单元和气瓶；

所述缓冲单元与所述阀门连接，用于控制所述气瓶注入气体的速度；

所述气瓶装有惰性气体。

本申请实施例采用的至少一个技术方案能够达到以下有益效果：通过筛选方法，控制天线窗内外压差进而在天线窗内部产生应力的方式进行筛选，对存在内部缺陷的天线窗进行剔除，解决了传统的肉眼识别，或通过热应力环境或整机振动检测后也不能识别的内部裂纹，有效保证了天线窗的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请陶瓷天线窗检测方法的实施例流程图；

图2为本申请为包含力学仿真实验步骤的陶瓷天线窗检测方法实施例流程图；

图3为本申请为包含实际加压实验步骤的陶瓷天线窗检测方法实施例流程图；

图4为本申请为包含力学仿真实验和实际加压实验步骤相结合的陶瓷天线窗检测方法实施例流程图；

图5为本申请陶瓷天线窗检测装置示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本发明针对天线窗内部的微裂纹缺陷不易识别会导致故障的问题，提出了一种陶瓷天线窗检测方法，将内部有缺陷的天线窗筛选出来，有效提升天线窗可靠性。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请陶瓷天线窗微裂纹筛选方法的实施例流程图。

步骤100、向密封的天线窗内注入气体；

在步骤100中，向密封的陶瓷天线窗内注入高压惰性气体。例如，注入氮气。

步骤200、天线窗内部压力与大气压的压差到达所述试验压差后停止注入；

在步骤200中，使天线窗内部气压高于外部大气压且差值到达指定数值后保持压力稳定。例如，指定数值为1个大气压。

步骤300、保持压力稳定在试验压差持续固定时间段；

需要说明的是，所述天线窗实际工况使用时间可能往往较长，例如，用于卫星的天线窗使用时间长达数年，此时选择实际工况使用时间成本过高，更适宜选择所述天线窗材料的典型试验时间段作为所述固定时间段最小值。所述天线窗材料的典型试验时间段是根据经验取得的，没有固定计算方式。

例如，保持压力稳定，确保压差为1个大气压，持续30分钟。

步骤400、卸载压力后检测所述天线窗是否存在裂纹。

例如，卸载压力后通过灯检手段检测试验后天线窗是否存在裂纹。

优选地，在步骤100向密封的天线窗内注入气体前，检测所述天线窗是否存在裂纹。

图2为本申请为包含力学仿真实验步骤的陶瓷天线窗检测方法实施例流程图。本实施例除包含步骤100～400外，在步骤100前进一步包含：

步骤000、对所述天线窗进行建模，建立所述天线窗对应强度与内外压差的关系模型；

在步骤000中，对所述天线窗进行仿真建模，建立所述陶瓷拉伸强度与所述压力之间的关系模型。例如，对所述天线窗外形、结构、材料及受力状态进行仿真建模。

步骤001、以所述陶瓷拉伸强度为参考值，对所述天线窗进行力学仿真试验，所述天线窗出现裂纹时的压差为理论标准压差；

在步骤001中，在所述建模中输入所述陶瓷拉伸强度为参考值，对所述天线窗进行力学仿真试验。所述仿真试验确定所述天线窗应力集中区域，并测算所区域承载的压力强度达到所述参考值时对应的内外压力差，即为所述理论标准压差。

步骤002、将所述理论标准压差按固定比例折算为所述试验压差。

优选地，所述固定比例为30％-40％。

例如，将所述理论标准压差乘以35％作为所述试验压差。

图3为本申请为包含实际加压实验步骤的陶瓷天线窗检测方法实施例流程图。本实施例除包含步骤100～400外，在步骤100前进一步包含：

步骤010、对所述天线窗进行实际加压试验，所述天线窗出现裂纹时的压差为实际标准压差；

在步骤010前，向所述密封天线窗充入低气压氮气，检查气密性；

在步骤010中，对所述天线窗密封安装后进行实际加压试验，直到所述天线窗出现裂纹对应的压差为实际标准压差。

步骤020、将所述实际标准压差按固定比例折算为所述试验压差。

优选地，所述固定比例为30％-40％。

例如，将所述实际标准压差乘以35％作为所述试验压差。

图4为本申请为包含力学仿真实验和实际加压实验步骤相结合的陶瓷天线窗检测方法实施例流程图。本实施例除包含步骤100～400外，在步骤100前进一步包含：

步骤020、对所述天线窗进行建模，建立所述天线窗对应强度与内外压差的关系模型；

步骤021、对所述天线窗进行力学仿真试验，确定所述天线窗出现裂纹时的压差为理论标准压差；

步骤022、对所述天线窗进行实际加压试验，缓慢加压直到压差等于所述理论标准压差后继续上调，直到所述天线窗出现裂纹时的压差为校准压差，或者加压到所述理论标准压差前所述天线窗出现裂纹，当前压差为校准压差。

步骤023、将所述校准压差按固定比例折算为所述试验压差。

优选地，所述固定比例为30％-40％。

例如，将所述校准压差乘以35％作为所述试验压差。

需要说明的是，步骤020～022可视为步骤000～001和步骤010的结合，即在步骤020～021(与步骤000～001相同)通过力学仿真试验得到理论标准压差后，以所述理论标准压差作为步骤022(也即步骤010)的参考值，对所述天线窗进行实际加压试验，直到所述理论标准压差后继续上调，直到所述天线窗出现裂纹时的压差为校准压差，或者加压到距离所述理论标准压差一定范围的压差时所述天线窗出现裂纹，当前压差为校准压差。

图5为本申请陶瓷天线窗检测装置示意图。本申请实施例的陶瓷天线窗检测装置，包括工装部件10、压力显示部件20，其特征在于，还包括依次连接的阀门30、进气部件40；

所述工装部件10，与需筛选的所述天线窗50可拆卸地密封固定连接，上开有通气口11与所述天线窗50内部相通；

优选地，所述工装部件10还包括底座和顶盖；所述底座12上开有通气口11，筛选时所述通气口与所述天线窗口部密封固定连接；所述顶盖13，筛选时将所述天线窗本体固定压在所述底座上。

例如，将天线窗组件固定在底板上，所述口部与所述通气口对应放置，在所述底座上贴密封条，用于将所述通气口与所述天线窗口部密封连接，再用所述顶盖将固定有天线窗的底座固定在工装部件上。

所述阀门30，一端与所述通气口11连接，一端与所述进气部件40连接；

优选地，所述进气部件还包括依次连接的缓冲单元41和气瓶42；所述缓冲单元41与所述阀门30连接，用于控制所述气瓶注入气体的速度；所述气瓶42装有惰性气体。

例如，所述缓冲单元41为阀门，所述气瓶42装有氮气。

所述压力显示部件20，与所述天线窗50内部连通，所述天线窗50内部压力通过所述压力显示部件20实时显示。

例如，所述压力显示部件为压力表。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种陶瓷天线窗检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过力学仿真试验得到理论标准压差后，以所述理论标准压差作为此步骤的参考值：对所述天线窗进行实际加压试验，所述天线窗出现裂纹时的压差为实际标准压差；

将所述实际标准压差按固定比例折算为所述试验压差，所述固定比例为30%-40%；

向密封的天线窗内注入气体；

保持压力稳定在试验压差持续固定时间段;

卸载压力后检测所述天线窗是否存在裂纹。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷天线窗检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：在所述向密封的天线窗内注入气体前，检测所述天线窗是否存在裂纹。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷天线窗检测方法，其特征在于：所述固定时间段最小值为所述天线窗实际工况使用时间，或所述天线窗材料的典型试验时间段。