CN111692983B - 结构中的基于衍射的应变测量和损伤检测的表面下图案化 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及结构中的基于衍射的应变测量和损伤检测的表面下图案化。公开了用于评定结构组件中的应变的系统和方法。结构组件可具有在结构组件内的沟槽的几何图案，几何图案中的沟槽各自具有沟槽宽度。该方法可包括：通过结构组件将电磁(EM)能束投射到沟槽的几何图案以创建从沟槽的几何图案反射或透射通过沟槽的几何图案的EM能的衍射波束，该衍射波束具有指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的沟槽宽度的改变的衍射波长；检测衍射波束的衍射波长；以及将衍射波束的衍射波长与结构组件中的应变相关联。
Description
技术领域
本公开总体上涉及结构组件的非破坏性检查(NDI)，更具体地，涉及利用结构组件内的沟槽的几何图案来检测由暴露于环境条件而导致的结构组件中的应变的系统和方法，沟槽衍射不可见电磁(EM)能以产生从沟槽反射或透射的EM能的波长的可检测变化，这些变化指示结构组件中的应变。
背景技术
许多机械系统(例如，商用车辆、制造设备和其它工业系统)可能暴露于特别含能环境条件(例如，振动、极端温度、冲击和机械应力)。例如，即使在地面上时，飞行器也可能在货物装卸期间暴露于显著应力，以及来自支撑车辆和地面支撑设备的冲击。在飞行期间，可能在起飞和着陆期间、由于货物移位或固定不当、由于在飞行期间与物体的撞击等导致应力和/或冲击。另外，一些结构组件可能在暴露于高温时经历热应力。例如，一些复合材料可能受热降解影响，其可能损害复合材料的机械性质，包括弯曲强度、冲击后的压缩以及层间剪切强度等。
因此，常见的是，在组件的操作寿命期间例行地检查和评估各种工业系统的所选组件。一个或更多个结构组件的完整性可能受到损害，而未伴随环境条件对组件的影响的视觉可检测的指示。因此，需要非破坏性检查技术，其可指示在操作期间暴露于诸如重复载荷、冲击、高温等的环境条件之后对结构组件的累积影响。这些指示可能导致安排在适当的时间对结构组件进行进一步评估、维修和/或更换。
发明内容
在本公开的一个方面，公开了一种多层结构组件。该多层结构组件可包括第一外层、第二外层以及设置在第一外层和第二外层之间的第一图案化层。第一图案化层可包括在第一图案化层的第一表面上的沟槽的第一几何图案，其中沟槽的第一几何图案具有各自具有第一沟槽宽度的第一组沟槽。具有与第一沟槽宽度对应的第一波长的EM能的第一投射波束可在EM能的第一投射波束撞击第一组沟槽时被衍射并创建具有第一衍射波长的衍射EM能的第一衍射波束，第一衍射波长指示由于多层结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第一沟槽宽度的改变。第一外层和第二外层中的至少一个可由相对于EM能的第一投射波束和衍射EM能的第一衍射波束透明的外层材料制造。
在本发明的另一方面，公开了一种用于评定结构组件中的应变的检查系统。该检查系统可包括：在结构组件内的沟槽的第一几何图案，其具有各自具有第一沟槽宽度的第一组沟槽；以及第一EM能源，其以与第一沟槽宽度对应的第一波长投射电磁能的第一投射波束。当EM能的第一投射波束被投射到结构组件上时，EM能的第一投射波束穿过结构组件到达沟槽的第一几何图案，并被第一组沟槽衍射以创建具有第一衍射波长的衍射EM能的第一衍射波束，第一衍射波长指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第一沟槽宽度的改变。检查还可包括：EM能检测器，当第一EM能源将EM能的第一投射波束投射到结构组件上时，其检测来自第一组沟槽的衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长；以及处理器，其在操作时连接到EM能检测器，并且被配置为从EM能检测器接收衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长并将第一衍射波长与结构组件中的应变相关联。
在本公开的另一方面，公开了一种用于评定结构组件中的应变的方法。结构组件可具有在结构组件内的沟槽的第一几何图案，沟槽的第一几何图案具有各自具有第一沟槽宽度的第一组沟槽。评定应变的方法可包括将EM能的第一投射波束投射通过结构组件到沟槽的第一几何图案，其中，EM能的第一投射波束具有与第一沟槽宽度对应的第一波长，并且其中，第一组沟槽衍射EM能的第一投射波束以创建具有第一衍射波长的衍射EM能的第一衍射波束，第一衍射波长指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第一沟槽宽度的改变。评定应变的方法还可包括：当EM能的第一投射波束被投射到结构组件上时，检测来自第一组沟槽的衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长；以及将来自沟槽的第一几何图案的衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长与结构组件中的应变相关联。
另外的方面由本专利的权利要求限定。
附图说明
图1是根据本公开的具有沟槽的几何图案的机械系统的结构组件的等轴视图；
图2是具有沟槽的几何图案的图1的结构组件的局部横截面图；
图3是具有沟槽的替代几何图案的结构组件的替代实施方式的局部横截面图；
图4是具有沟槽的不同几何图案的结构组件的另一实施方式的局部横截面图；
图5是根据本公开的具有多个层和沟槽的多个几何图案的机械系统的结构组件的等轴视图；
图6是具有沟槽的多个几何图案的示例性配置的图5的结构组件的局部横截面图；
图7A至图7G是对于图1的结构组件，根据本公开的沟槽的几何图案的实施方式的平面图；
图8是根据本公开的具有沟槽的几何图案的安装有贴片的结构组件的一部分的等轴视图；
图9是根据本公开的可实现结构组件检查的电气和控制组件的框图；
图10是在图1的结构组件上根据本公开的检查系统和检查方法的示例性实现方式的示意图；
图11是在图1的结构组件上检查系统和检查方法的替代示例性实现方式的示意图；
图12是根据本公开的检查例程的实施方式的流程图；
图13是根据本公开的检查例程的替代实施方式的流程图；以及
图14是根据本公开的示例性应变图案显示的图。
具体实施方式
图1和图2是为本文中示出和描述的NDI系统和方法的应用配置的机械系统的结构组件10的一部分的图示。结构组件10可以是将经受可导致结构组件10的应力和应变的环境条件的机械系统的任何组件。为了在本公开的NDI系统和方法中使用，结构组件10包括形成在结构组件10的内部的沟槽14的几何图案12。在所示实施方式中，结构组件10具有限定沟槽14的几何图案12的多层构造。结构组件10包括第一外层16、第二外层18以及设置在外层16、18之间的第一图案化层20。沟槽14的几何图案12形成在第一图案化层20的由第二外层18覆盖的表面上，因此隐藏几何图案12免于看到以及免于可能刮伤或以其它方式损坏沟槽14的环境元素
图2以横截面示出图1的结构组件10。第一图案化层20设置在第一外层16的顶部。第二外层18叠加于第一图案化层20和沟槽14的几何图案12。沟槽14和几何图案12被配置为响应于可见波谱之外的EM能投射于其上而创建从几何图案12的沟槽14反射或透射通过几何图案12的沟槽14的EM能的波长的应变敏感可检测变化。反射或透射的EM能可如以下所讨论由适当检测器检测，并且反射或透射的EM能的波长和频率的可检测变化可由处理器确定并与结构组件10未受环境条件所导致的应力和应变影响时预期的EM能波长的基线值进行比较。
在所示实施方式中，沟槽14以沟槽宽度WG和沟槽间隔距离DG布置，以在具有对应波长的EM能投射在结构组件10上时创建衍射。所投射的EM能的波长通常将在大约400nm至750nm的可见范围之外，除非外层16、18由视觉上对可见范围内的EM能透明的材料制造。所施加的EM能的衍射创建反射或透射的EM能的衍射波长的可检测变化，这些变化随着沟槽宽度WG由于结构组件10中的应变的改变而变化。
沟槽宽度WG将确定可应用于几何图案12的EM能的最优波谱范围。通常，几何图案12将无法衍射波长比沟槽宽度WG大两倍的EM能。可在本公开的系统和方法中使用的波长、频率和沟槽宽度WG的组合示例如下：
可选择波长/沟槽宽度WG组合，使得当施加EM能并且结构组件10未经受导致沟槽宽度WG改变的应变时几何图案12将反射或透射具有对应衍射波长的EM能。当结构组件10经受导致应变的环境条件时，随着应变导致沟槽宽度WG增加或减小，来自几何图案12的反射或透射的EM能的衍射波长将通过EM能谱前进到其它衍射波长。根据结构组件10的配置，几何图案12和结构组件10暴露于的环境条件、沟槽宽度WG的改变和衍射波长的对应改变可横跨几何图案12均匀，或者可在一些区域中更大，指示在那些区域中应力和应变集中更大。应变量和对应改变的沟槽宽度WG和衍射波长可能是可接受的而无需进一步检查，而更大的改变可能指示需要结构组件10的进一步检查、维修和/或更换。本领域技术人员将理解，可选择初始沟槽宽度WG和波长，使得沟槽宽度WG不增加超过结构组件10经历应受进一步检查的应变之前的波长的两倍。
图1和图2的结构组件10的实施方式示出外层16、18和第一图案化层20由不同的材料制造的配置。外层16、18可由例如对具有与沟槽14的沟槽宽度WG对应的波长的EM能透明的复合材料制造。另一方面，第一图案化层20可由相对于EM能的波长不透明的材料制造。利用这种布置，从EM能源发送的适当波长的EM能将没有衍射地穿过第二外层18，并且将被第一图案化层20上的几何图案12衍射和反射，以使得衍射波长可由适当EM能检测器检测。
如图1和图2所示，沟槽14的几何图案12可覆盖结构组件10的整个范围，并且第一图案化层20可在结构组件10内近似居中。然而，可以想到沟槽14的几何图案12的其它配置和位置。例如，几何图案12可策略上定位在结构组件10内提供关于结构组件10上的应力和应变的最相关信息的位置处，例如预期高应力集中的区域中。这些区域可包括穿过结构组件10以用于布线、管道、导管等的开口、拐角和接合线，结构组件10与机械系统的另一组件接合或附接的地方或者施加贴片以修补结构组件10的地方。在后一种区域中，层16-20和几何图案12可被配置为使得几何图案12在与另一组件或贴片的相交处或附近，只要可维持连接和机械系统的结构完整性即可。
具有沟槽的几何图案的结构组件的替代配置可衍射EM能并且反射或透射衍射的EM能。图3示出由第一外层32、第二外层34和第一图案化层36形成的结构组件30的替代实施方式，第一图案化层36由诸如线网基布(scrim)36或导电基布的线网形成，其在飞行器或结构组件30可能暴露于静电放电的其它环境中也可提供雷击保护或抑制。线网基布36可限定几何图案38并且由在第一方向上取向的第一组线40和在第二方向(例如，垂直于第一方向)上取向的第二组线42形成，这些线可编织在一起。第一组线40之间的线间隔距离和第二组线42之间的线间隔距离以及线40、42的厚度可限定几何图案38中的沟槽宽度WG和沟槽间隔距离DG，如图3中所指示。
在一些实施方式中，沟槽宽度WG和沟槽间隔距离DG可在两个方向上相同。在其它实施方式中，第一组线40的线厚度和间隔可不同于第二组线42的线厚度和间隔，以使得将由各组线40、42衍射不同波长的EM能。在飞行器机身中使用此方法，例如，第一组线40可被配置为衍射近红外波段中的EM能以指示机身周围的环向应力，第二组线42可被配置为衍射远红外波段中的EM能以指示机身的纵向方向上的拉应力、压应力或扭应力。根据要监测的应力，线组40、42可如本文所示出和描述在正交以外的取向上相对于彼此成角度。
由线40、42之间的空间限定几何图案38的沟槽为可检测衍射EM能的位置提供了灵活性。在一个实施方式中，第一外层32可由反射EM能的材料制造，而第二外层34由对EM能透明的材料制造。利用这种布置，EM能源和EM能检测器可被定位在结构组件30的第二外层34一侧。由EM能源发送的EM能将穿过第二外层34，被线组40、42所形成的几何图案38衍射，被第一外层32反射，并被EM能检测器检测。在替代实施方式中，外层32、34二者可由对投射的EM能和衍射的EM能二者透明的材料制造。利用这种布置，透射通过结构组件30的一侧的EM能将在线组40、42所形成的几何图案38处被衍射，并且衍射的EM能将透射通过结构组件30的相反侧。这允许EM能源和EM能检测器设置在结构组件30的相反侧。这种布置在有限进入检查情况下可能是有利的。EM能束可由位于难以到达的空间内或手动或自动引导到其中的适当大小的发送器生成，并且可从结构组件30的可进入侧检测衍射的EM能。当然，根据特定实现方式的要求，EM能源和EM能检测器的位置可反转。
图4示出根据本公开的结构组件50的另一替代方案。在结构组件50中，第一外层52和第二外层54围绕由限定几何图案60的多个平行线58或杆58形成的第一图案化层56。线58可如上所述用于雷击保护。此外，更紧固的线或杆58可用作微型钢筋以为结构组件50提供另外的支撑。按照与第一组线40类似的方式，可变化线58的尺寸和间隔以实现期望的沟槽宽度WG和沟槽间隔距离DG，并由此建立要使用的EM能波长。另外，可选择外层52、54中使用的材料以反射EM能或允许衍射EM能透射通过结构组件50。
应该注意的是，可使用各种制造方法来制造结构组件10、30、50以及本文所讨论的其它实施方式。例如，外层可以是使用已知的制造技术制造的复合材料。图案化层20、36、56可以是将衍射EM能的金属或其它材料，并且可在铺设复合材料以形成结构组件10、30、50时在适当的时间和位置添加。在替代工艺中，结构组件10、30、50可使用诸如三维(3D)打印的其它增材制造技术来制造。3D打印机可被配置为在适当的时间分配结构组件10、30、50的不同材料。因此，可分配用于第一外层16、32、52的反射或透明材料以构建第一外层16、32、52。在适当的时间，可按照构造图案化层20、36、56并限定几何图案12、38，60的方式分配图案化层20、36、56的材料。对于结构组件30、50，可分配用于第一外层32、52或第二外层34、54的材料以填充线40、42、58之间的空间。最后，添加用于第二外层18、34、54的材料以完成结构组件30、50的构造。尽管第一外层32、52和第二外层34、54被示出为不同的层，但本领域技术人员将理解，增材制造技术可允许结构组件30、50被制造成均匀材料的单一结构而没有可辨别的层，除了由线40、42、58形成的图案层36、56嵌入在其中之外。发明人想到根据本公开的结构组件10、30、50的增材制造方法。
在一些实施方式中，线58可经由辅助制造结构组件50的感应接受器实现，然后用于形成沟槽的几何图案60。感应接受器可沿着接合线放置，以起到创建外层52、54之间的接合，然后提供用于监测接合线处的应力和应变的手段的双重目的。在一个实施方式中，接受器的直径可为大约0.008”至0.010”，并且线中心之间的间隔大约是线直径的两倍。感应接受器线可初始被嵌入在纯树脂中以形成放置在接合线中的丝网。然后，线可用于经由感应快速地加热并将热塑性结构焊接在一起。一旦形成接合和结构组件，可初始经由根据本公开的检查处理来检查内部线，以确定其对EM能的初始基线衍射响应。然后当结构组件50经受正常环境条件时，或者在经历计划外的载荷条件之后，可周期性地检查接合线处的应力和应变的改变。
图5和图6示出结构组件70的替代实施方式，其在变化的深度处具有沟槽76、78的多个几何图案72、74以提供结构组件70内的不同位置处的应变指示。结构组件70可包括第一外层80、第二外层82以及设置在它们之间的中间层84。具有与上面所讨论的图案化层类似的第一几何图案72的第一图案化层86设置在第一外层80和中间层84之间，并且具有第二几何图案74的第二图案化层88设置在中间层84和第二外层82之间。如所示，第一几何图案72由在第一方向上对齐的多个线或杆90形成，并且第二几何图案74由在第二方向上取向的多个线或杆92形成。
利用交叠布置，将选择层80、82、88的材料以及沟槽宽度WG和沟槽间隔距离DG以使得将由沟槽76的第一几何图案72衍射的EM能将没有衍射地穿过层80、82、84和沟槽78的第二几何图案74，以使得可获得有意义的应变测量。通常，波长较长的低频EM能可比波长较短的较高频率EM能更深地穿透到结构组件70中。因此，在例示性示例中，沟槽76的第一几何图案72可被配置为衍射太赫兹、微波或超声波段中的EM能，并且更靠近第二外层82的表面的沟槽78的第二几何图案74可被配置为衍射紫外或红外波段中的更高频率EM能。利用这种配置，太赫兹、微波和超声波段中的EM能的波长将大于第二几何图案74的沟槽78的沟槽宽度WG的两倍，使得EM能可在通往第一几何图案72的路上没有衍射地穿过沟槽78。可通过增加投射到结构组件70上的EM能的强度来增强任一类型的EM能穿透结构组件70。在替代实施方式中，几何图案72、74可位于结构组件70的非交叠区域中，以使得当EM能穿过结构组件70时，用于一个几何图案72、74的EM能不会遇到另一几何图案72、74。
用于结构组件的适当几何图案可由结构组件的特性、结构组件预计会遇到的环境条件、开发测试结果、与结构组件的实地经验以及其它因素决定。图7A至图7G提供可在结构组件内酌情创建的几何图案12A-12G的若干示例。图7A示出由一系列平行线性沟槽14A形成的示例性一维几何图案12A。线性几何图案12A可适合于诸如管(未示出)的圆柱形结构组件，其可经受周向或环向应力，但在轴向方向上应力最小。几何图案12A可围绕圆柱形结构组件缠绕，其中沟槽14A平行于结构组件的纵向轴线对准，使得由于环向应力引起的应变将增加沟槽14A之间的周向沟槽宽度WG。
图7B示出由多个正方形或矩形沟槽14B形成的二维几何图案12B的示例。正方形或矩形沟槽14B限定渐增的面积，并且同心地布置以形成几何图案12B。例如，矩形几何图案12B可用在具有穿过其的矩形开口22的结构组件10中。图7C示出由限定渐增的面积的多个同心圆形沟槽14C形成的替代二维几何图案12C。圆形几何图案12C可应用在结构组件10中，其中结构组件10上的应力可从几何图案12C的中心处的点径向指向外。图7D示出具有几何形状更复杂的同心沟槽14D的几何图案12D的另一示例，该几何形状可与从结构组件10延伸的开口或另一组件的形状对应。基于结构组件10中的特定实现方式的需要可以想到另外的不规则形状。
图7E示出具有从中心点24径向向外延伸的多个沟槽14E的另一替代二维几何图案12E。几何图案12E可以是几何图案12C的替代，其中周向应力比径向应力更普遍。图7F示出由多个平行弯曲沟槽14F形成的几何图案12F。弯曲沟槽14F可遵循具有延伸穿过结构组件10的弯曲形状的组件(例如，飞行器机翼)的轮廓。
在一些实现方式中，结构组件10可具有感兴趣区域，在这些区域中可能期望的是对应变和沟槽宽度WG的改变更敏感。在这些情况下，感兴趣区域可通过变化沟槽14之间的间隔、沟槽宽度WG和横跨结构组件10的波长来区分。图7G示出作为图7C的圆形几何图案12C的改型的几何图案12G，其中，相邻沟槽14G之间的沟槽间隔距离DG随着几何图案12G从中心向外延伸而增加，在中心处密切检查径向应力可能更关键。具有较小沟槽间隔距离DG并且沟槽14G相应更集中的区域可能对应变和沟槽宽度WG的改变更敏感，并且与具有沟槽间隔距离DG较大且隔开的远距离沟槽14G的区域处相比，在感兴趣区域中在反射或透射的EM能的衍射波长中对投射的EM能生成更强烈的响应。
作为可提供更智能应变指示的另一替代，几何图案12可具有相对于彼此成角度铺设的沟槽组14，其具有不同的沟槽宽度WG以独立地监测结构组件中发生的不同级别或类型的应变。例如，几何图案12C、12E可被组合成结构组件上的单个几何图案12。圆形几何图案12C可创建为具有对紫外EM能作出响应的范围内的沟槽宽度WG，几何图案12E被创建为叠加于几何图案12C，并且具有对中红外EM能作出响应的范围内的沟槽宽度WG。在检查期间，可通过在结构组件处投射紫外EM能来询问径向应变，并且可通过在结构组件处投射中红外EM能来询问周向应变。在特定实现方式中根据需要，诸如本文中所示出和描述那些的替代或另外的几何图案12可进一步创建在沟槽宽度WG和EM能的对应波长变化的结构组件内以检查另外的应变图案。
图8示出结构组件100在受损区域上施加有贴片102的实现方式。贴片102适当地成形以覆盖受损区域，并且经由铆钉、焊接、粘合剂、层压或其它适当的附接手段来附连到结构组件100。例如，贴片102在结构组件100与贴片102之间的接合线处或附近包括图7C的几何图案12C。在安装贴片102之后，可根据本文所公开的系统和方法来检查它。除了检测贴片102中的应变之外，检查还可提供贴片102施加到结构组件100的完整性的评估。如果贴片102被正确地施加并附接到结构组件100，则结构组件100中的应力将传递到贴片102并且在检查期间将出现对应应变。如果贴片102未正确地施加并且存在诸如分层的条件，则应力可能不传递，并且贴片102的检查揭示的贴片102中的应变将少于预期。这些结果可促使进一步检查和重新施加受损区域上的贴片102。
本文中所示出和描述的几何图案12可被并入用于评定结构组件10中的应变的检查系统110中。例如，图9示出可集成在根据本公开的可确定结构组件10中的应变的检查系统110中的电气和控制组件的示例性布置。控制器112可能能够使用存储在控制器112处的软件来处理从监测和控制装置接收的信息，并向检查系统110的装置输出命令和控制信号。控制器112可包括用于执行指定程序的处理器114，其控制和监测与检查系统110关联的各种功能。处理器114可在操作时连接到存储器116，存储器116可具有用于存储程序的只读存储器(ROM)118以及用作在执行存储在ROM118中的程序时使用的工作存储区的随机存取存储器(RAM)120。尽管示出处理器114，但也可能并且可以想到使用其它电子组件，例如微控制器、专用集成电路(ASIC)芯片或任何其它集成电路装置。
尽管本文所提供的讨论涉及检查系统110的功能，但控制器112可被配置为控制其它系统的操作方面。此外，控制器112可统一地指多个控制和处理装置，检查系统110和其它系统的功能可分布于其上。例如，检查系统110的部分功能可在具有控制器124的远程计算装置122处执行，控制器124通过检查系统110的通信模块126在操作时连接到控制器112。对于利用检查系统110来对机械系统执行检查的企业，远程计算装置122可位于集中位置。控制器112、124可在操作时连接以交换控制检查系统110的操作所需的信息。可以想到合并和分布如本文所述的控制器112、124的处理的其它变化以用在根据本公开的检查系统110中。
检查系统110还可包括一个或更多个EM能源128、130，其能够投射与例如几何图案12中的沟槽14的沟槽宽度WG对应的预定波长的EM能。EM能源128、130可从处理器114接收使得EM能源128、130以预定波长投射EM能的控制信号。在一些实施方式中，各个EM能源128、130可能能够以一个波长投射EM能。在替代实施方式中，各个EM能源128、130或单个EM能源可能能够以不同的波长投射EM能。尽管EM能源128、130被示出和描述为在操作时连接到处理器114，但本领域技术人员将理解，EM能源128、130可以是独立装置，其具有关联的输入装置(例如，on/off开关、波长选择输入等)以便于执行检查的人员手动控制操作。
检查系统110还可包括在操作时连接到处理器114的EM能检测器132。EM能检测器132可以是当来自EM能源128、130的EM能被投射到几何图案12上时能够检测从几何图案12反射或透射的EM能的衍射波长的任何装置。在本文所示的实施方式中，EM能检测器132可以是能够检测反射或透射的EM能的衍射波长的光学检测器。例如，EM能检测器132可以是电荷耦合器件(CCD)相机、视频相机、胶片或其它EM能感测设备。当由处理器114激活或通过适当输入装置手动致动时，EM能检测器132可捕获衍射EM能并向处理器114发送所检测的衍射EM能的衍射波长的表示。一旦接收到，处理器114可将衍射波长存储在存储器116中。本领域技术人员将理解，根据本文所描述的系统和方法的特定实现方式的期望或需要，衍射EM能的波长或频率的检测以及衍射波长或频率的变化的确定可使用替代机制来实现，并且发明人想到使用这些替代机制。应该理解，使用任何其它机制来检测和分析衍射EM能的衍射波长同样应用于本公开的系统和方法中。
检查系统110可具有一个或更多个输入装置134，其可由操作者调节以控制检查处理。输入装置134可包括能够从操作者接收输入命令的开关、安全、键盘、鼠标、触摸屏等。诸如监视器、屏幕、触摸屏、扬声器、打印机等的输出装置136可将来自检查系统110的信息传达给操作者。
图10中示出检查系统110的示例性实现方式。处理器114、EM能源128和EM能检测器132被集成在检查工作站140中。例如，检查工作站140可以是机械系统的维修设施处的工作站，结构组件10是该机械系统的一部分。在结构组件10被设置在检查工作站140处的情况下，EM能源128可被激活以将适当波长的EM能束142投射到几何图案12上。投射波束142被几何图案12衍射和反射以生成衍射EM能束144。EM能检测器132接收并检测衍射EM能束144，并将所检测的EM能发送到处理器114以用于分析反射的EM能束144的所检测的衍射波长或频率并将其与对应应变值相关联。处理器114可利用本领域已知的算法来编程，以用于执行所检测的波长或频率到应变值的转换。
图11示出检查系统110的替代实现方式，其中EM能源128和EM能检测器132是便携式检查装置150的组件，并且处理器114和存储器116位于中央检查工作站152处。便携式检查装置150可以是膝上型计算机、平板、智能电话、个人数字助理或其它便携式处理装置。便携式检查装置150还可包括通信模块154，其能够与中央检查工作站处的通信模块126无线通信以发送从EM能检测器132检测的颜色。EM能可按照针对图10示出和描述的相似方式从EM能源128投射并由EM能检测器132检测。
图11进一步示出EM能源130被定位在结构组件10的与便携式检查装置150相反的一侧的实现方式。EM能源130可永久地安装在机械系统内的难以到达的位置内。如所示，EM能源130可将EM能束142投射到结构组件10和几何图案12上。EM能被几何图案12处的沟槽14衍射并在波束144中透射通过结构组件10。衍射EM能束144在结构组件10的相反侧的EM能检测器132处被接收并由处理器114处理。
图12示出可由检查系统110对结构组件10、30、50、70、100执行的示例性检查例程160。例程160可开始于方框162，其中创建(例如，制造)结构组件，在该结构组件内创建有沟槽14、14A-14G的几何图案12、12A-12G中的一个或更多个。沟槽14、14A-14G可使用任何适当制造技术形成在结构组件中。在创建具有几何图案12、12A-12G的结构组件之后，控制可转到方框164，其中EM能源128将具有对应波长的EM能束142投射到结构组件处和几何图案12、12A-12G上。投射波束142中的EM能被沟槽14、14A-14G衍射，并且具有衍射波长的对应EM能从几何图案12、12A-12G反射或透射。由于结构组件上的应变所导致的沟槽宽度WG的改变，反射或透射的EM能束144可具有在几何图案12、12A-12G上的不同位置处变化的衍射波长。
在EM能束142被投射到几何图案12、12A-12G上并被衍射和反射或透射的情况下，控制可转到方框166，其中衍射EM能束144由EM能检测器132检测以检测衍射波长。EM能束144的衍射波长可被临时存储或永久存储在存储器116中。
在检测衍射EM能束144之后，控制可转到方框168，其中检查系统110可确定具有最后EM能波长的EM能是否已投射到几何图案12、12A-12G上。如上所述，一些实现方式可具有：第一组沟槽14、14A-14G，其具有第一沟槽宽度WG，具有第一波长的第一EM能束142投射到其上；以及第二组沟槽14、14A-14G，其具有第二沟槽宽度WG，具有第二波长的第二EM能束142投射到其上。在这些实现方式中，可有必要一次仅投射具有一个波长的波束142。因此，如果在方框168确定具有各种波长的EM能束142还未投射到几何图案12、12A-12G上，则控制可转回到方框164、166，以将来自EM能源128、130的具有不同一个波长的EM能投射到几何图案12、12A-12G上，并如上所述针对下一投射波束142检测EM能束144中的对应衍射波长。
如果已投射具有所有必要波长的EM能束142并且已在方框168处检测到衍射EM能束144，则控制可转到方框170，其中将波束144的衍射波长与结构组件中的应变相关联。如上所述，处理器114可利用本领域中已知的算法来编程，以用于将衍射波束144中的EM能的波长与应变值相关联。
在方框170处针对衍射EM能束144确定应变值之后，控制可转到方框172以确定从衍射EM能束144中的衍射波长计算的任何应变值是否超过预定最小应变值，高于该最小应变值应该执行进一步检查或维修。如所讨论的，在结构组件中特定级别的应变是可接受的。作为替代，当前应变值可与在机械系统投入服务并暴露于环境条件之前针对结构组件获得的基线应变值进行比较。几何图案12、12A-12G中的基线应变值可通过在结构组件上没有设置应变时，或者在结构组件上设置已知应变以确定作为响应的波束144中的衍射波长时在结构组件上投射波束142来建立。在其它实施方式中，几何图案12、12A-12G的一部分可应用在暴露于环境条件期间不会经历应变的区域中，并且来自非应变区域的衍射波长可在执行检查时建立实时动态基线。
可在当前应变值与基线或其它先前确定的应变值之间进行比较，以确定当前应变值是否与先前应变值相差超过最小量或百分比。如果应变值不大于最小应变值并且不需要进一步检查，则控制可转到方框174，其中结构组件暴露于环境条件。该暴露可来自机械系统在正常环境中的使用。在机械系统处于开发阶段的情况下，可在测试环境中应用环境条件。在方框174处暴露之后，控制可转回到方框164以发起检查结构组件的另一实例。在方框172处应变值大于最小应变值可指示可能需要进一步检查、维修或更换结构组件。如果在方框172处应变值大于最小应变值，则控制转到方框176以进行结构组件的进一步检查。
图12的检查例程160是用于评估结构组件10、30、50、70、100中的应变并识别何时可能需要进一步检查、维修或更换的定量处理的示例。在一些实现方式中，可能适当的是利用定性处理来替代或补充定量检查例程160，其中，可利用执行检查的检查者的经验来分析结构组件10、30、50、70、100中的应变图案并识别应变图案中可能需要进一步检查的异常。图13示出可由检查系统110以及利用检查系统110的检查者、工程师或其他检查技术人员对结构组件10、30、50、70、100执行的示例性定性检查例程180。检查例程180可按照与检查例程160相似的方式开始，其中，在方框162处创建具有沟槽14、14A-14G的几何图案12、12A-12G的结构组件10、30、50、70、100，在方框164处将EM能束142投射到结构组件10、30、50、70、100上，在方框166处检测衍射EM能束144，并且在方框170处将来自衍射EM能束144的衍射波长与结构组件10、30、50、70、100中的应变相关联。
为了实现检查例程180，检查系统100可在方框164、166、170处修改为当波束142被投射在结构组件10、30、50、70、100的表面上时识别波束142、144相对于所检查的结构组件10、30、50、70、100的位置。例如，已知技术用于确定诸如结构组件10的主体或装置在相对于移动经过结构组件10的表面的图10的检查工作站140或图11的便携式检查装置150移动时的位置和移动。衍射EM能束144的位置信息可连同在方框166处检测的衍射波长以及在方框170处确定的相关联的应变值一起存储在存储器116处。
在检测到衍射波长并确定应变值之后，或者随着检查系统110检查结构组件10、30、50、70、100动态地，控制可转到方框182，其中可使用衍射波长、应变值以及波束144相对于结构组件10、30、50、70、100的位置来生成并显示所检查的结构组件10、30、50、70、100的应变图案。图14示出可从检查系统110所获取的信息推导的应变图案202的显示200的示例。显示200可以是传达结构组件10、30、50、70、100中的应变的图形表示的任何适当的视觉显示。例如，显示200可以是检查工作站140处的输出装置136、便携式检查装置150、中央检查工作站152或检查者可观看显示200的其它位置之一处的视频显示。在替代实施方式中，显示200可以是输出装置136之一在适当位置的打印输出。此外，对于本领域技术人员而言，用于显示应变图案202的替代视觉显示输出装置136将是显而易见的，并且发明人已想到。
应变图案202是所检查的结构组件10、30、50、70、100上的应变值的分布的视觉表示。在所示示例中，应变图案202的显示利用灰度阴影来描绘结构组件10、30、50、70、100中的应变值的位置和大小。白色或较浅的灰色阴影可指示低应变区域，并且随着应变值增加，灰色阴影可变暗。阴影区域之间的间隔提供结构组件10、30、50、70、100上的应变值的变化率的指示。在替代实施方式中，应变图案可以是彩色编码。例如，蓝色可与低应变值对应，并且颜色可通过色谱前进到可表示高应变值的红色。在其它实施方式中，应变图案可被呈现为恒定应变值的线，外观类似于显示气压变化的天气图或显示海拔变化的地形图。可以想到另外的替代描绘策略。
在使用灰度或色谱的一些实施方式中，可向显示200添加标度以指示与应变图案202中的各种阴影或颜色对应的应变值。显示200还可在最小应变区域204处显示最小应变值，在最大应变区域206处显示最大应变值。显示200还可通过如下的方式显示应变图案202来增强：该应变图案202覆盖结构组件10、30、50、70、100的捕获图形或图形表示并定位在图像上以更清楚地示出该应变图案在结构组件10、30、50、70、100上的位置。
在方框182处生成应变图案202并显示在显示200上的情况下，控制可转到方框184，其中检查者、维修人员或其他技术人员可查看应变图案202以确定对于结构组件10、30、50、70、100已经受的环境条件，应变图案202是否正常。检查者可参考其检查当前和/或其它结构组件的经验来评估应变图案202是否具有应预期的特性，或者应变图案202是否指示可能存在需要另外检查的问题。评估可包括查看针对上面所讨论的类型的结构组件10、30、50、70、100收集的基线信息。基线信息可按任何适当的格式呈现。在一些实现方式中，基线信息可用于生成基线应变图案，该基线应变图案可显示在显示200处作为对实时应变图案202的补充以提供视觉比较。
如果检查者在方框184处确定应变图案202正常，应变图案202中所示的应变值不大于或小于指示存在问题的应变值，并且不需要进一步检查，则控制可转到方框174，其中结构组件如上所述暴露于环境条件。在方框174处暴露之后，控制可转回到方框164以发起检查结构组件10、30、50、70、100的另一实例。在方框184处在大于预期或小于预期的应变值中应变图案202与预期的应变图案不同可指示可能需要进一步检查、维修或更换结构组件10、30、50、70、100。如果在方框184处应变图案202相对于结构组件10、30、50、70、100的预期应变图案不正常，则控制转到方框176以进行结构组件10、30、50、70、100的进一步检查。如上所述，可作为对图12的定量检查例程160的替代或补充实现定性检查例程180。
工业实用性
检查系统110和例程160可广泛应用于评定机械系统中的结构组件的结构完整性。例如，检查系统110和例程160可用于修补监测应用，以确保诸如图8的贴片102的修补与结构组件100的接合质量以及在结构组件100被更换之前贴片102随时间对应力和应变的响应。如果几何图案12C在贴片102被施加到结构组件100之前被创建在贴片102上并位于结构组件100与贴片102之间的接合线附近，则可根据例程160对由于接合而引起的应变进行成像和分析，以检测贴片102中的残余应力以及贴片102与结构组件100的接合质量。在具有贴片102的结构组件100暴露于环境条件之前贴片102的基线图像可显示贴片102和结构组件100中的任何初始应变，并且在结构组件100暴露于环境条件之后的周期性成像将监测接合和贴片102的质量和完整性，并且指示修补随时间的劣化。通过检查系统110和例程160推导的应变值可被输入到结构组件100上的贴片102的有限元分析(FEA)模型中并被分析，以提供贴片102的性能评定、前瞻性检查安排以及NDI方法和预测性维修和修理计划。
检查系统110和例程160可应用于结构测试环境。制造商通常进行组件和维修的小规模、中等规模和完整规模结构测试，以确保适当的实地性能。这种测试可涉及静态和动态载荷条件。目前在这种类型的结构测试中使用若干技术。例如，应变仪作为点传感器应用于结构组件以用于在测试期间监测应力和应变，但其检测结构组件的损伤开始和传播的位置的有效性取决于应变仪放置在结构组件上的何处。数字图像相关(DIC)可用于在结构测试期间提供流图，但该处理会昂贵，需要操作方面的专业知识，并且必须在表面上喷涂斑点图案。因此，可在结构测试中得当地使用DIC。检查系统110和例程160可用作对当前使用的测试技术的替代或补充，并且可用于遍及测试载荷条件监测和测量实时应变图案。所检测的应变图案可用于关联分析模型，并且指向或指示所测试的结构组件中的初始故障位置。如修补监测应用中一样，应变信息直接馈送到FEA工具中可提供实时或负载级别的损伤生长信息。损伤开始和生长信息可用于改进结构组件的结构模型和修改结构设计。
检查系统110和例程160可用于改进机械系统中变得越来越普遍的复合组件的制造工艺，特别是在航空航天系统中。在复合组件的制造开发和周期性工艺监测和制造期间，可能有益的是确定和跟踪通过组件的制造创建的复合组件中的内部应变。可通过在配置有几何图案12、12A-12G的复合组件中使用应变指示铺层来跟踪内部应变。为了创建应变指示铺层，几何图案12、12A-12G在制造期间被应用于所选铺层中的树脂，作为喷涂到随后配置有几何图案12、12A-12G的铺层上的另外的树脂层，或者作为形成可在复合组件固化之后移除的可剥离铺层的贴花。图案化的应变指示铺层将揭示由于固化工艺而存在于复合组件中的残余应力和应变。来自图案化的应变指示铺层的信息可用于修改复合组件的制造工艺以减少翘曲、预测性能以及验证生产工艺仍在规范内。
检查系统110和例程160还可应用于监测设置在其机械系统的有限进入区域中的结构组件的结构健康。飞行器和其它机械系统上的有限进入结构可以是结构完整性的关键，并且可经历高载荷。这些有限进入结构的结构健康测试可能需要成本高昂的拆卸和重新组装工艺。可在制造期间在有限进入结构组件内的战略关键位置处创建沟槽14、14A-14G的几何图案12、12A-12G形式的应变证据表面。例如，光学或视频内窥镜或小型相机以及延伸机构可用作检查系统110中的EM能源128或130和EM能检测器132并用于检测来自有限进入结构上的几何图案12、12A-12G的透射EM能中的衍射波长，并允许分析衍射波长数据以检测组件的劣化并监测缓慢损伤生长，直至需要维修为止。如上面关于图11所述，EM能源130或EM能检测器132可永久地安装在难以到达的空间内，或者在检查期间以不需要结构组件的完全拆卸的方式部署。EM能源130和EM能检测器132中的另一个可被定位在结构组件的相反侧以检测透射的EM能束144。在允许进入的地方，EM能检查可与其它NDI方法(例如，红外热成像或太赫兹成像)相组合，以提供有限进入组件的改进的评定和设置。检查系统110和例程160的该应用以及上述应用是示例性的，发明人想到了另外的应用。
此外，本公开包括根据以下条款的示例：
条款1.一种多层结构组件，该多层结构组件包括：第一外层；第二外层；以及设置在第一外层和第二外层之间的第一图案化层，并且在第一图案化层的第一表面上具有沟槽的第一几何图案，沟槽的第一几何图案具有各自具有第一沟槽宽度的第一组沟槽，其中，具有与第一沟槽宽度对应的第一波长的电磁(EM)能的第一投射波束在EM能的第一投射波束撞击第一组沟槽时被衍射并创建具有第一衍射波长的衍射EM能的第一衍射波束，第一衍射波长指示由于多层结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第一沟槽宽度的改变，并且其中，第一外层和第二外层中的至少一个由相对于EM能的第一投射波束和衍射EM能的第一衍射波束透明的外层材料制造。
条款2.根据条款1所述的多层结构组件，其中，第一图案化层由金属材料制造。
条款3.根据条款1所述的多层结构组件，其中，第一外层由外层材料制造，并且其中，第一图案化层反射穿过第一外层的EM能的第一投射波束以使衍射EM能的第一衍射波束透射通过第一外层。
条款4.根据条款1所述的多层结构组件，其中，第一外层和第二外层由外层材料制造，并且其中，当EM能的第一投射波束穿过第一外层到达第一图案化层时，衍射EM能的第一衍射波束穿过第二外层并离开多层结构组件。
条款5.根据条款1所述的多层结构组件，该多层结构组件包括：介于第一外层和第二外层之间的中间层，并且第一图案化层设置在第一外层和中间层之间；以及设置在中间层和第二外层之间的第二图案化层，并且在第二图案化层的第二表面上具有沟槽的第二几何图案，沟槽的第二几何图案具有各自具有与第一沟槽宽度不同的第二沟槽宽度的第二组沟槽，其中，具有与第二沟槽宽度对应的第二波长的EM能的第二投射波束在EM能的第二投射波束撞击第二组沟槽时被衍射并且创建具有第二衍射波长的衍射EM能的第二衍射波束，第二衍射波长指示由于多层结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第二沟槽宽度的改变，并且其中，外层材料相对于EM能的第二投射波束和衍射EM能的第二衍射波束透明。
条款6.根据条款5所述的多层结构组件，其中，第二沟槽宽度大于第一沟槽宽度并且第二波长大于第一波长，以使得EM能的第二投射波束不被衍射地穿过沟槽的第一几何图案。
条款7.根据条款1所述的多层结构组件，其中，沟槽的第一几何图案包括具有第二组沟槽的二维几何图案，第二组沟槽各自具有第二沟槽宽度并且在不与第一组沟槽间隔开的第一方向平行的第二方向上间隔开。
条款8.根据条款7所述的多层结构组件，其中，第二沟槽宽度不等于第一沟槽宽度，其中，具有与第二沟槽宽度对应的第二波长的EM能的第二投射波束在EM能的第二投射波束撞击第二组沟槽时被衍射并且创建具有第二衍射波长的衍射EM能的第二衍射波束，第二衍射波长指示由于多层结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第二沟槽宽度的改变，并且其中，外层材料相对于EM能的第二投射波束和衍射EM能的第二衍射波束透明。
条款9.根据条款1所述的多层结构组件，其中，第一组沟槽中的沟槽具有相似的几何形状并限定渐增的面积，沟槽同心地布置以形成沟槽的第一几何图案。
条款10.根据条款9所述的多层结构组件，其中，第一几何图案的相邻沟槽之间的沟槽间隔距离随着第一几何图案从中心点向外延伸而增加。
条款11.根据条款1所述的多层结构组件，其中，沟槽的第一几何图案具有各自具有第二沟槽宽度的第二组沟槽，其中，具有与第二沟槽宽度对应的第二波长的EM能的第二投射波束在EM能的第二投射波束撞击第二组沟槽时被衍射并创建具有第二衍射波长的衍射EM能的第二衍射波束，第二衍射波长指示由于多层结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第二沟槽宽度的改变，并且其中，外层材料相对于EM能的第二投射波束和衍射EM能的第二衍射波束透明。
条款12.根据条款1所述的多层结构组件，其中，第一图案化层包括限定沟槽的第一几何图案的多个平行线，其中，沟槽的第一沟槽宽度等于所述多个平行线中的相邻线之间的线间隔距离。
条款13.根据条款1所述的多层结构组件，其中，第一图案化层包括限定沟槽的第一几何图案的线网基布，其中，该线网基布包括：在第一方向上取向的第一组平行线，其中，第一沟槽宽度等于第一组平行线中的相邻线之间的第一线间隔距离；以及在不与第一方向平行的第二方向上取向的第二组平行线，其中，沟槽的第二沟槽宽度等于第二组平行线中的相邻线之间的第二线间隔距离。
条款14.根据条款13所述的多层结构组件，其中，第一组平行线与第二组平行线编织在一起。
条款15.根据条款13所述的多层结构组件，其中，第一沟槽宽度不等于第二沟槽宽度。
条款16.一种用于评定结构组件中的应变的检查系统，该检查系统包括：结构组件内的沟槽的第一几何图案，具有各自具有第一沟槽宽度的第一组沟槽；以与第一沟槽宽度对应的第一波长投射电磁(EM)能的第一投射波束的第一EM能源，其中，当EM能的第一投射波束被投射到结构组件上时，EM能的第一投射波束穿过结构组件到达沟槽的第一几何图案，并被第一组沟槽衍射以创建具有第一衍射波长的衍射EM能的第一衍射波束，第一衍射波长指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第一沟槽宽度的改变；EM能检测器，当第一EM能源将EM能的第一投射波束投射到结构组件上时，该EM能检测器检测来自第一组沟槽的衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长；以及处理器，其在操作时连接到EM能检测器并被配置为从EM能检测器接收衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长并将第一衍射波长与结构组件中的应变相关联。
条款17.根据条款16所述的检查系统，其中，沟槽的第一几何图案反射EM能的第一投射波束以使衍射EM能的第一衍射波束返回透射通过结构组件，并且其中，第一EM能源和EM能检测器被定位在结构组件的同一侧。
条款18.根据条款16所述的检查系统，其中，衍射EM能的第一衍射波束在沟槽的第一几何图案的与EM能的第一投射波束相反的一侧透射通过结构组件，并且其中，第一EM能源和EM能检测器被定位在结构组件的相反侧。
条款19.根据条款16所述的检查系统，其中，沟槽的第一几何图案具有各自具有第二沟槽宽度的第二组沟槽，其中，检查系统包括以与第二沟槽宽度对应的第二波长投射EM能的第二投射波束的第二EM能源，其中，当EM能的第二投射波束被投射到结构组件上时，EM能的第二投射波束穿过结构组件到达沟槽的第一几何图案，并被第二组沟槽衍射以创建第二衍射波长的衍射EM能的第二衍射波束，第二衍射波长指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第二沟槽宽度的改变，其中，当第二EM能源将EM能的第二投射波束投射到结构组件上时，由EM能检测器检测从第二组沟槽反射的衍射EM能的第二衍射波束的第二衍射波长，并且其中，处理器被配置为从EM能检测器接收衍射EM能的第二衍射波束的第二衍射波长并将第二衍射波长与结构组件中的应变相关联。
条款20.根据条款16所述的检查系统，该检查系统包括在结构组件内在距结构组件的外表面与沟槽的第一几何图案不同的深度处的沟槽的第二几何图案，沟槽的第二几何图案具有各自具有第二沟槽宽度的第二组沟槽；以及以与第二沟槽宽度对应的第二波长投射EM能的第二投射波束的第二EM能源，其中，当EM能的第二投射波束被投射到结构组件上时，EM能的第二投射波束穿过结构组件到达沟槽的第二几何图案，并且被第二组沟槽衍射以创建具有第二衍射波长的衍射EM能的第二衍射波束，第二衍射波长指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第二沟槽宽度的改变，其中，当第二EM能源将EM能的第二投射波束投射到结构组件上时，由EM能检测器检测从第二组沟槽反射的衍射EM能的第二衍射波束的第二衍射波长，并且其中，处理器被配置为从EM能检测器接收衍射EM能的第二衍射波束的第二衍射波长并将第二衍射波长与结构组件中的应变相关联。
条款21.根据条款20所述的检查系统，其中，第二沟槽宽度大于第一沟槽宽度并且第二波长大于第一波长，以使得EM能的第二投射波束不被衍射地穿过第一组沟槽。
条款22.根据条款16所述的检查系统，其中，沟槽的第一几何图案包括二维几何图案，该二维几何图案具有在第一方向上间隔开的第一组沟槽以及在与第一方向不平行的第二方向上间隔开的第二组沟槽。
条款23.根据条款22所述的检查系统，其中，第一组沟槽具有第一沟槽宽度并且第二组沟槽具有不等于第一沟槽宽度的第二沟槽宽度，其中，第一EM能源投射具有与第二沟槽宽度对应的第二波长的EM能的第二投射波束，其中，EM能的第二投射波束被第二组沟槽衍射以创建具有第二衍射波长的衍射EM能的第二衍射波束，第二衍射波长指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第二沟槽宽度的改变，其中，当第一EM能源将EM能的第二投射波束投射到结构组件上时，由EM能检测器检测从第二组沟槽反射的衍射EM能的第二衍射波束的第二衍射波长，并且其中，处理器被配置为从EM能检测器接收衍射EM能的第二衍射波束的第二衍射波长并将第二衍射波长与结构组件中的应变相关联。
条款24.根据条款16所述的检查系统，该检查系统包括便携式检查装置，其包含第一EM能源和EM能检测器，并经由无线通信将衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长发送到处理器。
条款25.一种用于评定结构组件中的应变的方法，在该结构组件内具有沟槽的第一几何图案，沟槽的第一几何图案具有各自具有第一沟槽宽度的第一组沟槽，用于评定应变的方法该包括：将电磁(EM)能的第一投射波束投射通过结构组件到沟槽的第一几何图案，其中，EM能的第一投射波束具有与第一沟槽宽度对应的第一波长，并且其中，第一组沟槽衍射EM能的第一投射波束以创建具有第一衍射波长的衍射EM能的第一衍射波束，第一衍射波长指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第一沟槽宽度的改变；当EM能的第一投射波束被投射到结构组件上时，检测来自第一组沟槽的衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长；以及将来自沟槽的第一几何图案的衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长与结构组件中的应变相关联。
条款26.根据条款25所述的用于评定应变的方法，其中，沟槽的第一几何图案具有各自具有第二沟槽宽度的第二组沟槽，并且其中，该用于评定应变的方法包括：将EM能的第二投射波束投射通过结构组件到沟槽的第一几何图案，其中，EM能的第二投射波束具有与第二沟槽宽度对应的第二波长，并且其中，第二组沟槽衍射EM能的第二投射波束以创建具有第二衍射波长的衍射EM能的第二衍射波束，第二衍射波长指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第二沟槽宽度的改变；当EM能的第二投射波束被投射到结构组件上时，检测来自第二组沟槽的衍射EM能的第二衍射波束的第二衍射波长；以及将来自第二组沟槽的衍射EM能的第二衍射波束的第二衍射波长与结构组件中的应变相关联。
条款27.根据条款25所述的用于评定应变的方法，该方法包括：在结构组件暴露于环境条件之前首次将EM能的第一投射波束投射到结构组件上；当EM能的第一投射波束被首次投射到结构组件上时，检测来自第一组沟槽的衍射EM能的第一衍射波束的基线衍射波长；在结构组件暴露于环境条件之后第二次将EM能的第一投射波束投射到结构组件上；当EM能的第一投射波束被第二次投射到结构组件上时检测来自第一组沟槽的衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长；以及当EM能的第一投射波束被第二次投射到结构组件上时将衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长与基线衍射波长进行比较，以确定结构组件的对应位置处的应变的改变。
条款28.根据条款25所述的用于评定应变的方法，其中，结构组件在该结构组件内具有沟槽的第二几何图案，该第二几何图案在距结构组件的表面与沟槽的第一几何图案不同的深度处，沟槽的第二几何图案具有各自具有第二沟槽宽度的第二组沟槽，该用于评定应变的方法包括：将EM能的第二投射波束投射通过结构组件到沟槽的第二几何图案，其中，EM能的第二投射波束具有与第二沟槽宽度对应的第二波长，并且其中，第二组沟槽衍射EM能的第二投射波束以创建具有第二衍射波长的衍射EM能的第二衍射波束，第二衍射波长指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第二沟槽宽度的改变；当EM能的第二投射波束被投射到结构组件上时，检测来自沟槽的第二几何图案的衍射EM能的第二衍射波束的第二衍射波长；以及将来自沟槽的第二几何图案的衍射EM能的第二衍射波束的第二衍射波长与结构组件中的应变相关联。
条款29.根据条款25所述的用于评定应变的方法，其中，第一组沟槽反射EM能的第一投射波束以使衍射EM能的第一衍射波束返回透射通过结构组件，并且其中，该用于评定应变的方法包括将EM能的第一投射波束投射到结构组件上并在结构组件的同一侧检测第一衍射波长。
条款30.根据条款25所述的用于评定应变的方法，其中，衍射EM能的第一衍射波束在沟槽的第一几何图案的与EM能的第一投射波束相反的一侧透射通过结构组件，并且用于评定应变的该方法包括将EM能的第一投射波束投射到结构组件上并在结构组件的相反侧检测第一衍射波长。
条款31.根据条款25所述的用于评定应变的方法，该方法包括：将结构组件上的应变与最小应变值进行比较；以及响应于确定结构组件上的应变大于最小应变值，进行结构组件的进一步检查。
条款32.根据条款25所述的用于评定应变的方法，该方法包括：生成并显示从结构组件中的应变推导的应变图案，其中，应变图案是结构组件的所检查区域中的应变值的图形表示；以及响应于确定应变图案不同于结构组件上的预期应变图案，进行结构组件的进一步检查。
尽管上文阐述了众多不同实施方式的详细描述，应该理解，法律保护范围由随附权利要求的文字限定。详细描述将仅被解释为示例性的，而非描述每一个可能的实施方式，因为描述每一个可能的实施方式即使不是不可能的也是不切实际的。可使用当前技术或在本专利的申请日之后开发的技术实现众多替代实施方式，其将仍落入限定保护范围的权利要求的范围内。
还应该理解，除非在本文中明确地定义术语，否则无意明确地或暗示限制该术语的含义超出其平常或普通含义，这样的术语不应被解释为基于本专利的任何部分(权利要求的语言以外)中进行的任何陈述限制范围。从本文中以与单一含义一致的方式引用随附权利要求中所述的任何术语的程度上讲，这仅是为了清晰以不使读者感到困惑，而非旨在通过暗示或以其它方式将这样的权利要求术语限于该单一含义。
Claims (15)
1.一种用于评定结构组件(10,30,50,70,100)中的应变的检查系统(110)，该检查系统(110)包括：
所述结构组件(10,30,50,70,100)内的沟槽(14)的第一几何图案(12,38,60,72)，所述沟槽(14)的第一几何图案具有各自具有第一沟槽宽度的第一组沟槽(14)和各自具有第二沟槽宽度的第二组沟槽(14)，所述结构组件(30)由第一外层(32)、第二外层(34)以及设置在所述第一外层(32)和所述第二外层(34)之间的第一图案化层(36)形成，所述第一图案化层(36)包括限定所述第一几何图案(38)的线网基布(36)，所述线网基布(36)包括在第一方向上取向的第一组平行线(40)以及在不与所述第一方向平行的第二方向上取向的第二组平行线(42)，其中，所述第一沟槽宽度等于所述第一组平行线(40)中的相邻线之间的第一线间隔距离，所述第二沟槽宽度等于所述第二组平行线(42)中的相邻线之间的第二线间隔距离，所述第一组平行线(40)与所述第二组平行线(42)编织在一起；
以与第一沟槽宽度对应的第一波长投射电磁EM能的第一投射波束(142)的第一EM能源(128)，其中，当所述EM能的第一投射波束(142)被投射到所述结构组件(10,30,50,70,100)上时，所述EM能的第一投射波束(142)穿过所述结构组件(10,30,50,70,100)到达所述沟槽(14)的第一几何图案(12,38,60,72)，并被所述第一组沟槽(14)衍射以创建具有第一衍射波长的衍射EM能的第一衍射波束(144)，所述第一衍射波长指示由于所述结构组件(10,30,50,70,100)暴露于环境条件时所导致的所述应变而引起的所述第一沟槽宽度的改变；
以与所述第二沟槽宽度对应的第二波长投射EM能的第二投射波束(142)的第二EM能源(130)，其中，当所述EM能的第二投射波束(142)被投射到所述结构组件(10,30,50,70,100)上时，所述EM能的第二投射波束(142)穿过所述结构组件(10,30,50,70,100)到达所述沟槽(14)的第一几何图案(12,38,60,72)，并被所述第二组沟槽(14)衍射以创建具有第二衍射波长的衍射EM能的第二衍射波束(144)，所述第二衍射波长指示由于所述结构组件(10,30,50,70,100)暴露于所述环境条件时所导致的所述应变而引起的所述第二沟槽宽度的改变；
EM能检测器(132)，当所述第一EM能源(128)将所述EM能的第一投射波束(142)投射到所述结构组件(10,30,50,70,100)上时，所述EM能检测器(132)检测来自所述第一组沟槽(14)的所述衍射EM能的第一衍射波束(144)的所述第一衍射波长，其中，当所述第二EM能源(130)将所述EM能的第二投射波束(142)投射到所述结构组件(10,30,50,70,100)上时，由所述EM能检测器(132)检测从所述第二组沟槽(14)反射的所述衍射EM能的所述第二衍射波束(144)的所述第二衍射波长；以及
处理器(114)，该处理器(114)在操作时连接到所述EM能检测器(132)并被配置为从所述EM能检测器(132)接收所述衍射EM能的第一衍射波束(144)的所述第一衍射波长并将所述第一衍射波长与所述结构组件(10,30,50,70,100)中的所述应变相关联，并且其中，所述处理器(114)被配置为从所述EM能检测器(132)接收所述衍射EM能的所述第二衍射波束(144)的所述第二衍射波长并将所述第二衍射波长与所述结构组件(10,30,50,70,100)中的所述应变相关联。
2.根据权利要求1所述的检查系统(110)，其中，所述第一组平行线(40)的取向的所述第一方向垂直于所述第二组平行线(42)的取向的所述第二方向。
3.根据权利要求1所述的检查系统(110)，其中，根据要监测的应力，所述第一组平行线(40)与所述第二组平行线(42)在正交以外的取向上相对于彼此成角度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的检查系统(110)，其中，所述第一沟槽宽度和所述第二沟槽宽度在所述第一方向和所述第二方向上都是相同的，并且所述第一组平行线(40)的厚度与所述第二组平行线(42)的厚度是相同的。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的检查系统(110)，其中，所述第一沟槽宽度和所述第二沟槽宽度是不同的，并且所述第一组平行线(40)的厚度不同于所述第二组平行线(42)的厚度。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的检查系统(110)，其中，所述第一外层(32)由反射所述EM能的材料制造，而所述第二外层(34)由对所述EM能透明的材料制造，或者，所述第一外层(32)和所述第二外层(34)都由对投射的EM能和衍射的EM能二者透明的材料制造。
7.根据权利要求1所述的检查系统(110)，该检查系统(110)包括便携式检查装置(150)，该便携式检查装置(150)包含所述第一EM能源(128)和所述EM能检测器(132)，并经由无线通信将所述衍射EM能的第一衍射波束(144)的所述第一衍射波长发送到所述处理器(114)。
8.一种用于评定结构组件(10,30,50,70,100)中的应变的方法(160,180)，在该结构组件(10,30,50,70,100)内具有沟槽(14)的第一几何图案(12,38,60,72)，所述沟槽(14)的第一几何图案(12,38,60,72)具有各自具有第一沟槽宽度的第一组沟槽(14)和各自具有第二沟槽宽度的第二组沟槽(14)，所述结构组件(30)由第一外层(32)、第二外层(34)以及设置在所述第一外层(32)和所述第二外层(34)之间的第一图案化层(36)形成，所述第一图案化层(36)包括限定所述第一几何图案(38)的线网基布(36)，所述线网基布(36)包括在第一方向上取向的第一组平行线(40)以及在不与所述第一方向平行的第二方向上取向的第二组平行线(42)，其中，所述第一沟槽宽度等于所述第一组平行线(40)中的相邻线之间的第一线间隔距离，所述第二沟槽宽度等于所述第二组平行线(42)中的相邻线之间的第二线间隔距离，所述第一组平行线(40)与所述第二组平行线(42)编织在一起，用于评定应变的该方法(160,180)包括以下步骤：
将电磁EM能的第一投射波束(142)投射(164)通过所述结构组件(10,30,50,70,100)到所述沟槽(14)的第一几何图案(12,38,60,72)，其中，所述EM能的第一投射波束(142)具有与所述第一沟槽宽度对应的第一波长，并且其中，所述第一组沟槽(14)衍射所述EM能的第一投射波束(142)以创建具有第一衍射波长的衍射EM能的第一衍射波束(144)，所述第一衍射波长指示由于所述结构组件(10,30,50,70,100)暴露于环境条件时所导致的应变而引起的所述第一沟槽宽度的改变；
将EM能的第二投射波束(142)投射(164)通过所述结构组件(10,30,50,70,100)到所述沟槽(14)的第一几何图案(12,38,60,72)，其中，所述EM能的第二投射波束(142)具有与所述第二沟槽宽度对应的第二波长，并且其中，所述第二组沟槽(14)衍射所述EM能的第二投射波束(142)以创建具有第二衍射波长的衍射EM能的第二衍射波束(144)，所述第二衍射波长指示由于所述结构组件(10,30,50,70,100)暴露于所述环境条件时所导致的所述应变而引起的所述第二沟槽宽度的改变；
当所述EM能的第一投射波束(142)被投射到所述结构组件(10,30,50,70,100)上时，检测(166)来自所述第一组沟槽(14)的所述衍射EM能的第一衍射波束(144)的所述第一衍射波长；
当所述EM能的第二投射波束(142)被投射到所述结构组件(10,30,50,70,100)上时，检测(166)来自所述第二组沟槽(14)的所述衍射EM能的第二衍射波束(144)的所述第二衍射波长；
将来自所述沟槽(14)的第一几何图案(12,38,60,72)的所述衍射EM能的第一衍射波束(144)的所述第一衍射波长与所述结构组件(10,30,50,70,100)中的所述应变相关联(170)；以及
将来自所述沟槽(14)的所述第一几何图案(12,38,60,72)的所述衍射EM能的第二衍射波束(144)的所述第二衍射波长与所述结构组件(10,30,50,70,100)中的所述应变相关联(170)。
9.根据权利要求8所述的用于评定结构组件(10,30,50,70,100)中的应变的方法(160,180)，该方法包括：
在所述结构组件(10,30,50,70,100)暴露于所述环境条件之前首次将所述EM能的第一投射波束(142)投射(164)到所述结构组件(10,30,50,70,100)上；
当所述EM能的第一投射波束(142)被首次投射到所述结构组件(10,30,50,70,100)上时，检测(166)来自所述第一组沟槽(14)的所述衍射EM能的第一衍射波束(144)的基线衍射波长；
在所述结构组件(10,30,50,70,100)暴露于所述环境条件之后第二次将所述EM能的第一投射波束(142)投射(164)到所述结构组件(10,30,50,70,100)上；
当所述EM能的第一投射波束(142)被第二次投射到所述结构组件(10,30,50,70,100)上时检测(166)来自所述第一组沟槽(14)的所述衍射EM能的第一衍射波束(144)的所述第一衍射波长；以及
当所述EM能的第一投射波束(142)被第二次投射到所述结构组件(10,30,50,70,100)上时，将所述衍射EM能的第一衍射波束(144)的所述第一衍射波长与所述基线衍射波长进行比较(172)，以确定所述结构组件(10,30,50,70,100)的对应位置处的所述应变的改变。
10.根据权利要求8所述的用于评定结构组件(10,30,50,70,100)中的应变的方法(160,180)，其中，所述第一组沟槽(14)反射所述EM能的第一投射波束(142)以使所述衍射EM能的第一衍射波束(144)返回透射通过所述结构组件(10,30,50,70,100)，并且其中，用于评定应变的该方法(160,180)包括将所述EM能的第一投射波束(142)投射(164)到所述结构组件(10,30,50,70,100)上并在所述结构组件(10,30,50,70,100)的同一侧检测(166)所述第一衍射波长。
11.根据权利要求8所述的用于评定结构组件(10,30,50,70,100)中的应变的方法(160,180)，其中，所述衍射EM能的第一衍射波束(144)在所述沟槽(14)的第一几何图案(12,38,60,72)的与所述EM能的第一投射波束(142)相反的一侧透射通过所述结构组件(10,30,50,70,100)，并且用于评定应变的该方法包括将所述EM能的第一投射波束(142)投射(164)到所述结构组件(10,30,50,70,100)上并在所述结构组件(10,30,50,70,100)的相反侧检测(166)所述第一衍射波长。
12.根据权利要求8所述的用于评定结构组件(10,30,50,70,100)中的应变的方法(160)，该方法包括：
将所述结构组件(10,30,50,70,100)上的所述应变与最小应变值进行比较(172)；以及
响应于确定所述结构组件(10,30,50,70,100)上的所述应变大于所述最小应变值，进行(176)所述结构组件(10,30,50,70,100)的进一步检查。
13.根据权利要求8所述的用于评定结构组件(10,30,50,70,100)中的应变的方法(180)，该方法包括：
生成并显示(182)从所述结构组件(10,30,50,70,100)中的所述应变推导的应变图案，其中，所述应变图案(202)是所述结构组件(10,30,50,70,100)的所检查区域中的应变值的图形表示；以及
响应于确定所述应变图案(202)不同于所述结构组件(10,30,50,70,100)上的预期应变图案，进行(176)所述结构组件(10,30,50,70,100)的进一步检查。
14.根据权利要求8所述的用于评定结构组件(10,30,50,70,100)中的应变的方法(180)，其中，所述第一沟槽宽度和所述第二沟槽宽度是不同的，并且所述第一组平行线(40)的厚度不同于所述第二组平行线(42)的厚度。
15.根据权利要求14所述的用于评定结构组件(10,30,50,70,100)中的应变的方法(180)，其中，所述结构组件(10,30,50,70,100)是飞行器机身，所述第一组平行线(40)被配置为衍射近红外波段中的EM能以指示所述机身周围的环向应力，所述第二组平行线(42)被配置为衍射远红外波段中的EM能以指示所述机身的纵向方向上的拉应力、压应力或扭应力。
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