CN111999190A - 一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测方法及其装置，涉及复合材料试件无损检测领域，包括测试平台底座、信号处理器，所述测试平台底座的上端固定安装有连接板，所述连接板的上端固定安装有横板，所述横板的下端侧壁固定安装有电动滑轨，所述电动滑轨内滑动连接有电动滑块，所述电动滑块的下端固定连接有信号发射器，所述发射器的侧壁固定安装有信号接收器，所述信号接收器与信号处理器通过电线电性连接，所述信号处理器与信号发射器电性连接，通过电动滑轨、电动滑块、信号发射器、信号接收器、信号处理器之间的配合使用，实现了对信号发射器的纵向移动，同时通过安装盒的横向移动，实现了对待测复合材料试件的整体检测。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料试件无损检测领域，尤其涉及一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测方法及其装置。
背景技术
目前比较常用的复合材料试件缺陷检测方法主要分为破坏性检测法和无损检测法，破坏性检测法主要包括:水吸收法、密度法和金相显微照相法等，破坏性检测法会使复合材料试件受到破坏，无法再投入使用。而在实际生产中，通常要求实现对复合材料试件的无损检测。传统的无损检测法主要包括:目视检测、超声波扫描法、激光散斑干涉技术、X射线法、红外热成像法等，但这些检测方法都存在着各自的局限性。如目视检测仅仅可以观察到飞机部件表面较为明显的损伤缺陷，当缺陷存在于部件材料内部时，通过观察是无法实现对目标的检测；超声波法检测时需使用耦合剂，而超声衰减会导致检测信号的信噪比较差，且针对不同缺陷需要匹配相应的检测探头，检测效果较差，激光散斑技术存在对材料中缺陷敏感性较差且定量困难的问题；X射线法对环境存在一定的污染且需要建立高成本的检测室；红外热成像法存在原始红外图像对比度低、细节与边缘模糊的问题。因此，亟需发展一种新的复合材料试件缺陷无损检测方法。
太赫兹波是频率0.1-10THz(波长为0.03-3mm)之间的电磁波，在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间，在无损检测方面具有独特的优势，可以通过分析THz辐射下的材料的光谱吸收特征来反应其内部成分、结构等信息，同时，太赫兹技术在应用于复合材料试件无损检测具有以下优良特性：(1)高透性：太赫兹辐射对非金属非极性物质具有良好的穿透能力，可对复合材料试件进行反射或透射成像。(2)安全性：太赫兹辐射的光子能量较低(仅为4.1meV左右)，与X射线具有的光子能相比，仅为后者的百万分之一，这意味着在检测时不会引起被测物体中出现有害的光致电离而对被检测物质造成破坏。(3)非接触性：太赫兹设备的检测方式为非接触式，并且在检测过程中不需要在样本表面涂抹其他辅助物质，避免了对样本的污染和伤害。(4)高分辨率：由于THz波长在0.03-3mm左右，与传统无损检测成像分辨率相比，其图像的成像分辨率更高，能够更为清晰的显示目标信息。
正由于太赫兹技术具有以上优点，其已经成为一种新兴的无损检测手段进入检测从业人员视野，为此我们提出了一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测方法及其装置来解决传统无损检测手段面临的问题，从而实现对该损伤的快速，准确，非接触，无污染的无损检测
发明内容
本发明的目的是为了解决传统无损检测技术中存在检测条件复杂、检测精度低、检测成像分辨率差、存在污染与破坏性的缺点，而提出的一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测方法及其装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测装置，包括测试平台底座、信号处理器，所述测试平台底座的上端固定安装有连接板，所述连接板的上端固定安装有横板，所述横板的下端侧壁固定安装有电动滑轨，所述电动滑轨内滑动连接有电动滑块，所述电动滑块的下端固定连接有信号发射器，所述发射器的侧壁固定安装有信号接收器，所述信号接收器与信号处理器通过电线电性连接，所述信号处理器与信号发射器电性连接，所述连接板的侧壁固定连接有定位杆，所述连接板的侧壁固定连接有驱动电机，所述驱动电机的输出轴末端固定连接有螺纹杆，所述螺纹杆的外侧壁螺纹连接有螺纹套，所述螺纹套的上端固定连接有安装盒，所述安装盒的下端侧壁开设有贯穿孔，所述安装盒的侧壁开设有移动槽，所述移动槽内滑动连接有移动机构，所述移动机构的端部固定连接有移动杆，所述移动杆的外侧壁滑动连接有推动机构，所述移动杆的端部固定连接有连接板，所述移动杆的上端固定连接有第一夹紧板，所述推动机构的下端与安装盒的侧壁之间通过拉绳连接。
优选的，所述移动机构包括滑动连接在移动槽内侧壁上的移动块，所述移动块与移动槽之间通过第一弹簧连接，所述移动块的侧壁与移动杆的端部固定连接。
优选的，所述推动机构包括滑动连接在移动杆外侧壁上的环形块，所述环形块与连接板之间通过第二弹簧连接，所述环形块与安装盒之间通过拉绳连接，所述环形块的上端固定连接有第二夹紧板。
优选的，所述螺纹套的内径大于螺纹杆的外径，所述螺纹套的内螺纹与螺纹杆的外螺纹相适配。
优选的，所述电动滑轨与测试平台底座内的控制面板电性连接，所述驱动电机与测试平台底座内的控制面板电性连接。
优选的，所述第一弹簧为弹力弹簧，且其为不锈钢材质制成。
优选的，所述测试平台底座的底部设置有防滑纹。
一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测方法，其检测步骤如下所述；
S1：首先将复合材料试件放置到移动杆上，由于复合材料试件的重力作用，实现了移动杆的向下移动，移动杆向下移动的过程中，实现了对拉绳的松线工作，之后由于第二弹簧的弹力作用，实现了对环形块的推动工作，环形块推动的过程中，带动第二夹紧板进行移动，实现了对复合材料试件的夹紧工作；
S2：夹紧完成后，通过控制面板实现了对驱动电机的控制工作，进而带动螺纹套进行同步移动，螺纹套移动的过程中，实现了对复合材料试件的左右移动，同时由于电动滑块和电动滑轨的作用，实现了对复合材料试件的前后运动，通过上述机构的配合使用，实现了对复合材料试件的全面移动；
S3：由于信号发射器能够发射出太赫兹波，实现对不同复合材料试件低速冲击损伤的测试，太赫兹波经过分束镜后形成反射波和透射波，透射波照射到待检测的复合材料试件内，透射波由待检测复合材料试件内再次反射，信号接收器接收反射波信号与透射波信号后，信号处理器通过光纤接收第一接收器反射波和反射后的透射波后，信号处理器实现对来自信号发射器反射波和再次反射后的透射波进行转换，分别转化为对应的太赫兹时域、频域光谱参数，之后信号处理器把处理后的太赫兹时域、频域光谱参数传递到成像显示器，通过成像显示器可直观判断判断复合材料试件内的缺陷分布情况，通过对复合材料试件的太赫兹光谱特征参数与对应成像进行分析，进而实现了对复合材料试件的无损检测工作；
S4：上述检测工作完成后，通过手动拉动第二夹紧板，工作人员将检测完成后的复合材料试件取出，同时进行下一个复合材料试件的检测工作。
本发明的有益效果为：本发明中，本发明中，通过驱动电机、螺纹套、螺纹杆、定位杆、滑动块、安装盒之间的配合使用，实现了对安装盒的移动过程，通过移动杆、移动块、第一夹紧板、第二夹紧板、环形块、第一弹簧、第二弹簧、安装盒之间的配合使用，当代检测复合材料试件的放置在移动杆上时，由于其重力作用，实现了对移动的推动作用，下降的过程中，实现了对待检测复合材料试件的夹紧过程，避免检测过程中发生晃动的情况；
通过电动滑轨、电动滑块、信号发射器、信号接收器、信号处理器之间的配合使用，实现了对信号发射器的纵向移动，同时通过安装盒的横向移动，实现了对待检测复合材料试件的全面检测，由于太赫兹波的无损检测，进而有效地避免了待检测复合材料试件浪费的情况发生；
综上所述，通过利用重力的作用，实现了对复合材料试件的夹紧工作，避免了检测过程中，复合材料试件发生晃动的情况，同时有效地提高了复合材料试件检测的精准度，其方式相对于传统方式，更具有快捷性，简单性，同时利用该装置，能够实现对复合材料试件的全面检测工作，提高了其检测的精准度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的结构侧视图。
图3为本发明的安装盒与螺纹套的立体图。
图4为本发明的A部分放大图。
图5为本发明的B部分放大图。
图中标号：1测试平台底座、2连接板、3横板、4电动滑块、5电动滑轨、6信号发射器、7驱动电机、8滑动块、9环形块、10贯穿孔、11螺纹杆、12定位杆、13移动杆、14第二夹紧板、15螺纹套、16第一夹紧板、17安装盒、18电线、19信号处理器、20第一弹簧、21移动槽、22移动块、23第二弹簧、24连接板、25拉绳。
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。
参照图1-5，一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测装置，包括测试平台底座1、信号处理器19，测试平台底座1的上端固定安装有连接板2，连接板2的上端固定安装有横板3，横板3的下端侧壁固定安装有电动滑轨5，电动滑轨5与测试平台底座1内的控制面板电性连接，驱动电机7与测试平台底座1内的控制面板电性连接，电动滑轨5内滑动连接有电动滑块4，电动滑块4的下端固定连接有信号发射器6，发射器6的侧壁固定安装有信号接收器，信号接收器与信号处理器19通过电线18电性连接，通过电动滑轨5与电动滑块4之间的配合使用，实现了对信号接收器与信号发射器6的移动，进而实现了对待检测材料纵向的全面检测，有效地避免了孔隙率过大的情况；
信号处理器19与信号发射器6电性连接，信号发射器6发射出太赫兹波，能够实现对待检测复合材料试件的无损检测，有效避免了复合材料试件的损伤的情况，连接板2的侧壁固定连接有定位杆12，连接板2的侧壁固定连接有驱动电机7，驱动电机7的输出轴末端固定连接有螺纹杆11，螺纹杆11的外侧壁螺纹连接有螺纹套15，螺纹套15的内径大于螺纹杆11的外径，螺纹套15的内螺纹与螺纹杆11的外螺纹相适配，螺纹套15的上端固定连接有安装盒17，安装盒17的下端侧壁开设有贯穿孔10，安装盒17的侧壁开设有移动槽21，移动槽21内滑动连接有移动机构，移动机构包括滑动连接在移动槽21内侧壁上的移动块22，移动块22与移动槽21之间通过第一弹簧20连接，第一弹簧20为弹力弹簧，且其为不锈钢材质制成，有效地延长了其使用寿命；
移动块22的侧壁与移动杆13的端部固定连接，移动机构的端部固定连接有移动杆13，移动杆13的外侧壁滑动连接有推动机构，推动机构实现了对待检测复合材料试件的夹紧工作，进而避免了待检测复合材料试件移动的过程中发生晃动的情况，进而避免了对移动机构检测造成影响的情况；
推动机构包括滑动连接在移动杆13外侧壁上的环形块9，环形块9与连接板24之间通过第二弹簧23连接，环形块9与安装盒17之间通过拉绳25连接，环形块9的上端固定连接有第二夹紧板14，移动杆13的端部固定连接有连接板24，移动杆13的上端固定连接有第一夹紧板16，推动机构的下端与安装盒17的侧壁之间通过拉绳25连接，测试平台底座1的底部设置有防滑纹，避免了检测过程中，测试平台底座1发生晃动的情况。
一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测方法，其检测步骤如下所述；
S1：首先将复合材料试件放置到移动杆13上，由于复合材料试件的重力作用，实现了移动杆13的向下移动，移动杆13向下移动的过程中，实现了对拉绳25的松线工作，之后由于第二弹簧23的弹力作用，实现了对环形块9的推动工作，环形块9推动的过程中，带动第二夹紧板14进行移动，实现了对复合材料试件的夹紧工作；
S2：夹紧完成后，通过控制面板实现了对驱动电机7的控制工作，进而带动螺纹套15进行同步移动，螺纹套15移动的过程中，实现了对复合材料试件的左右移动，同时由于电动滑块4和电动滑轨5的作用，实现了对复合材料试件的前后运动，通过上机构的配合使用，实现了对复合材料试件的全面移动；
S3：由于信号发射器6能够发射出太赫兹波，实现对不同复合材料试件低速冲击损伤的测试，太赫兹波经过分束镜后形成反射波和透射波，透射波照射到待检测的复合材料试件内，透射波由待检测复合材料试件内再次反射，信号接收器接收反射波信号与透射波信号后，信号处理器19通过光纤接收第一接收器反射波和反射后的透射波后，信号处理器19实现对来自信号发射器6反射波和再次反射后的透射波进行转换，分别转化为对应的太赫兹时域、频域光谱参数，之后信号处理器19把处理后的太赫兹时域、频域光谱参数传递到成像显示器，通过成像显示器可直观判断复合材料试件内的缺陷分布情况，通过对复合材料试件的太赫兹光谱特征参数与对应成像进行分析，进而实现了对复合材料试件的无损检测工作；
S4：上检测工作完成后，通过手动拉动第二夹紧板14，工作人员将检测完成后的复合材料试件取出，同时进行下一个复合材料试件的检测工作。
工作原理：当需要对复合材料试件进行检测时，首先将待检测材料放置到移动杆13上，由于待检测材料的重力作用，实现了对移动杆13的向下移动，移动杆13向下移动的过程中，实现了松线工作，由于第二弹簧23的弹力作用，使得环形块9向左移动，环形块9向左移动的过程中，推动第二夹紧板14同步移动，第二夹紧板14移动的过程中，实现了对待检测材料的夹紧过程，上述的操作过程中，通过待检测材料本身的重力作用，实现了对待检测材料的固定夹紧工作；
之后启动驱动电机7,驱动电机7带动螺纹杆11进行转动，由于电动滑轨5与螺纹杆11螺纹连接，同时由于定位杆12实现了对滑动块8的限位作用，使得螺纹套15只能沿着螺纹杆11的方向移动，螺纹套15沿着螺纹杆11移动的过程中，带动安装盒17进行同步移动，安装盒17移动的过程中，实现了对待检测材料的移动，由于电动滑块4能够在电动滑轨5上移动，使得信号发射器6能够进行纵向移动，通过安装盒17的横向移动与信号发射器6的纵向移动，实现了对待检测材料的全面检测工作，由于信号接收器与信号处理器电性连接，接收的信号会转换到信号处理器19上，通过信号处理器19实现了对复合材料试件的检测成像，进而方便对复合材料试件的分析观察。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测装置，其特征在于，包括测试平台底座(1)、信号发射器(6)、信号处理器(19)，其特征在于，所述测试平台底座(1)的上端固定安装有连接板(2)，所述连接板(2)的上端固定安装有横板(3)，所述横板(3)的下端侧壁固定安装有电动滑轨(5)，所述电动滑轨(5)内滑动连接有电动滑块(4)，所述电动滑块(4)的下端固定连接有信号发射器(6)，所述发射器(6)的侧壁固定安装有信号接收器，所述信号接收器与信号处理器(19)通过电线(18)电性连接，所述信号处理器(19)与信号发射器(6)电性连接，所述连接板(2)的侧壁固定连接有定位杆(12)，所述连接板(2)的侧壁固定连接有驱动电机(7)，所述驱动电机(7)的输出轴末端固定连接有螺纹杆(11)，所述螺纹杆(11)的外侧壁螺纹连接有螺纹套(15)，所述螺纹套(15)的上端固定连接有安装盒(17)，所述安装盒(17)的下端侧壁开设有贯穿孔(10)，所述安装盒(17)的侧壁开设有移动槽(21)，所述移动槽(21)内滑动连接有移动机构，所述移动机构的端部固定连接有移动杆(13)，所述移动杆(13)的外侧壁滑动连接有推动机构，所述移动杆(13)的端部固定连接有连接板(24)，所述移动杆(13)的上端固定连接有第一夹紧板(16)，所述推动机构的下端与安装盒(17)的侧壁之间通过拉绳(25)连接。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测装置，其特征在于，所述移动机构包括滑动连接在移动槽(21)内侧壁上的移动块(22)，所述移动块(22)与移动槽(21)之间通过第一弹簧(20)连接，所述移动块(22)的侧壁与移动杆(13)的端部固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料试件低速冲击的太赫兹检测装置，其特征在于，所述推动机构包括滑动连接在移动杆(13)外侧壁上的环形块(9)，所述环形块(9)与连接板(24)之间通过第二弹簧(23)连接，所述环形块(9)与安装盒(17)之间通过拉绳(25)连接，所述环形块(9)的上端固定连接有第二夹紧板(14)。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测装置，其特征在于，所述螺纹套(15)的内径大于螺纹杆(11)的外径，所述螺纹套(15)的内螺纹与螺纹杆(11)的外螺纹相适配。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测装置，其特征在于，所述电动滑轨(5)与测试平台底座(1)内的控制面板电性连接，所述驱动电机(7)与测试平台底座(1)内的控制面板电性连接。
6.根据权利要求2所述的一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测装置，其特征在于，所述第一弹簧(20)为弹力弹簧，且其为不锈钢材质制成。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测装置，其特征在于，所述测试平台底座(1)的底部设置有防滑纹。
8.一种复合材料试件低速冲击损伤的太赫兹检测方法，其特征在于，其检测步骤如下所述；
S1：首先将复合材料试件放置到移动杆(13)上，由于复合材料试件的重力作用，实现了移动杆(13)的向下移动，移动杆(13)向下移动的过程中，实现了对拉绳(25)的松线工作，之后由于第二弹簧(23)的弹力作用，实现了对环形块(9)的推动工作，环形块(9)推动的过程中，带动第二夹紧板(14)进行移动，实现了对复合材料试件的夹紧工作；
S2：夹紧完成后，通过控制面板实现了对驱动电机(7)的控制工作，进而带动螺纹套(15)进行同步移动，螺纹套(15)移动的过程中，实现了对复合材料试件的左右移动，同时由于电动滑块(4)和电动滑轨(5)的作用，实现了对复合材料试件的前后运动，通过上述机构的配合使用，实现了对复合材料试件的全面移动，进而为后续的全面检测工作做好准备；
S3：由于信号发射器(6)能够发射出太赫兹波，实现对不同复合材料试件低速冲击损伤的测试，太赫兹波经过分束镜后形成反射波和透射波，透射波照射到待检测的复合材料试件内，透射波由待检测复合材料试件内再次反射，信号接收器接收反射波信号与透射波信号后，信号处理器(19)通过光纤接收第一接收器反射波和反射后的透射波后，信号处理器(19)实现对来自信号发射器(6)反射波和再次反射后的透射波进行转换，分别转化为对应的太赫兹时域、频域光谱参数，之后信号处理器(19)把处理后的太赫兹时域、频域光谱参数传递到成像显示器，通过成像显示器可直观判断判断复合材料试件内的缺陷分布情况，通过对复合材料试件的太赫兹光谱特征参数与对应成像进行分析，进而实现了对复合材料试件的无损检测工作；
S4：上述检测工作完成后，通过手动拉动第二夹紧板(14)，工作人员将检测完成后的复合材料试件取出，同时进行下一个复合材料试件的检测工作。
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