CN112505156A - 一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测方法及装置,用于复合材料(2)的无损检测,通过引线(11)连接于检测仪器(1),检测装置(3)包括设置于外壳(33)内部的超声检测探头(31)和机械阻抗检测探头(32),其特征在于所述的超声检测探头(31)包括超声发射探头(311)和超声接收探头(312),所述的机械阻抗检测探头(32)包括设置上层的激励晶片(321)、设置于下层的接收晶片(322)、以及设置于接收晶片(322)正下方的触头(323)。实现两种检测装置的信号融合,同步检测提高检测精度和检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域,具体涉及超声和机械阻抗集成检测的技术,特别是涉及一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测方法及装置。
背景技术
现代复合材料作为一类重要的高技术新材料,广泛的应用于航空航天等领域。随着科学技术的不断发展,人们对复合材料的研究设计和质量在性能和可靠性上的要求越来越高,然而复合材料及其制品在生产制造和使用过程中,都会产生多种类型的缺陷,这些缺陷需要使用无损检测手段挑选出来。目前,复合材料的无损检测,主要利用常规脉冲回波超声和机械阻抗等检测方法。通常对同一复合材料的检测对象由两种NDT(无损检测)方法来进行检测,而且具体实施检测是分开进行的,检测效率相对较低,且对同一位置的声学信号特征,二者的信号融合上都比较困难,也可能因为相对位置的误差而产生误判或漏判的结果。
针对以上缺点问题,本发明采用如下技术方案进行改善。
发明内容
本发明的目的提供一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测方法及装置,公开的技术方案如下:
一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测装置,用于复合材料(2)的无损检测,通过引线(11)连接于检测仪器(1),检测装置(3)包括设置于外壳(33)内部的超声检测探头(31)和机械阻抗检测探头(32),其特征在于所述的机械阻抗检测探头(32)包括设置上层的激励晶片(321)、设置于下层的接收晶片(322)、以及设置于接收晶片(322)正下方的触头(323);
其中,所述的超声检测探头(31)包括超声发射探头(311),超声发射探头(311)向机械阻抗检测探头(32)的中心轴(325)方向斜角的设置于所述的机械阻抗检测探头(32)的触头(323)外围,斜角形成超声发射方向在所述机械阻抗检测探头(32)的接收晶片(322)的下方汇集反射点(326)。
一种实施方式,所述的超声发射探头(311)发射的超声波束返回的超声检测信号由机械阻抗检测探头(32)的接收晶片(322)接收,若干个超声发射探头(311)围绕机械阻抗检测探头(32)的触头(323)外圆周斜向中心轴阵列排列,形成斜角的方向汇集反射的超声检测波束于接收晶片(322)。
另一种实施方式,所述的超声检测探头(31)还包括向机械阻抗检测探头(32)的中心轴(325)方向斜角的设置于所述的机械阻抗检测探头(32)的触头(323)外围的若干个超声接收探头(312),若干个超声发射探头(311)和超声接收探头(312)为相对称的设置于所述的机械阻抗检测探头(32)的触头(323)外围,斜角形成超声发射方向在所述机械阻抗检测探头(32)的接收晶片(322)的下方汇集反射点(326)。
其中,阵列排列于触头(323)外围的超声检测探头(31)的超声发射探头(311) 和超声接收探头(312)形成的超声发射方向和超声接收方向的反射点(326)汇集在机械阻抗检测探头(32)的接收晶片(322)的中心轴(325)正下方。
另一种实施方式,阵列排列于触头(323)外围的超声检测探头(31)的超声发射探头(311) 和超声接收探头(312)形成的超声发射方向和超声接收方向的反射点(326)汇集在机械阻抗检测探头(32)的接收晶片(322)的正下方围绕中心轴(325)的圆环上。
超声检测探头(31)的超声发射探头(311)和超声接收探头(312)形成两个以上圆环形阵列排列于所述机械阻抗检测探头(32)的触头(323)的外围,所述的分别为超声发射探头(311)和超声接收探头(312)形成两两相对称设置。
其中,超声发射探头(311)和超声接收探头(312)的可以设置为相同材质晶片结构,有必要的时候,可以通过检测仪器(1)设置为分时互换发射与接收的超声晶片探头。
另外,所述的机械阻抗检测探头(32)的激励晶片(321)的接收晶片(322)之间还设置有空腔层(324)。
本发明还公开一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测方法,采用以上所述的检测装置,用于复合材料的无损检测,具体制作方法步骤如下:
a.激励信号周期设定:通过FPGA(可编程逻辑门阵列)设定周期性的低频和高频激励信号时序。
b.机械阻抗检测:通过FPGA设定的低频率激励信号发送至机械阻抗检测探头的激励晶片,对被检测对象进行声阻抗检测,接收晶片接收的检测信号发送给检测仪器;
c.超声检测:通过FPGA设定的高频率激励信号发送至超声检测探头的发射探头,对被检测对象进行超声波无损检测,超声接收探头将接收的检测信号发送给检测仪器;
d.数据分析:检测仪器对接收的b步骤中的机械阻抗检测信号进行频域分析,对接收的c步骤中的超声检测信号进行时域分析;
f.数据处理显示:检测仪器将频域分析和时域分析的结果进行数据处理和显示于显示屏;
其中,FPGA在b步骤中设定发送给机械阻抗检测的低频信号时域为阻抗分析三个以上连续波形的时间t0。
FPGA在c步骤中的超声检测信号设定的时间为超声发射激励时间t1和超声接收信号时间t2。
据以上技术方案,本发明具有以下有益效果:。
一、采用一对发射/接收探头的脉冲回波超声探头和机械阻抗检测探头结合,通过改变仪器的发射波形和接收信号的多种不同处理方式,获得复合材料同一部位的声学频域特性和时域特性。
二、超声探头反射点汇集于机械阻抗检测探头的接收晶片的正下方,实现超声检测和机械阻抗在同一时域检测的部位在被检测对象的同一位置,实现两种检测装置的信号融合,同步检测提高检测精度和检测效率。
附图说明
图1为本发明最佳实施例的使用状态示意图;
图2为本发明最佳实施例的集成检测装置结构的示意图;
图3为本发明最佳实施例的另一种实施方式集成检测装置结构的示意图;
图4为本发明最佳实施例的另一种实施方式集成检测装置结构的示意图;
图5为本发明最佳实施例的检测装置仰视的示意图;
图6为本发明最佳实施例的另一种实施方式检测装置仰视的示意图;
图7为本发明最佳实施例的方法流程示意图;
图8为本发明最佳实施例的脉冲回波超声时域检测脉冲波形图;
图9为本发明最佳实施例的机械阻抗检测激励波形的示意图;
图10为本发明最佳实施例的机械阻抗频域分析的示意图;
图11为本发明最佳实施例的时序激励波形图及接收的示意图;
图12为本发明最佳实施例的该检测系统功能模块信号激励/接收处理流程的线路示意图;
图13为本发明最佳实施例的系统电路线路图的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示,一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测装置,用于复合材料2的无损检测,通过引线11连接于检测仪器1,检测装置3包括设置于外壳33内部的超声检测探头31和机械阻抗检测探头32,其特征在于所述的机械阻抗检测探头32包括设置上层的激励晶片321、设置于下层的接收晶片322、以及设置于接收晶片322正下方的触头323;
其中,所述的超声检测探头31包括超声发射探头311,超声发射探头311向机械阻抗检测探头32的中心轴325方向斜角的设置于所述的机械阻抗检测探头32的触头323外围,斜角形成超声发射方向在所述机械阻抗检测探头32的接收晶片322的下方汇集反射点326。
如图2所示,一种实施方式,所述的超声发射探头311发射的超声波束返回的超声检测信号由机械阻抗检测探头32的接收晶片322接收,若干个超声发射探头311围绕机械阻抗检测探头32的触头323外圆周斜向中心轴阵列排列,形成斜角的方向汇集反射的超声检测波束于接收晶片322。
如图3和图4所示,另一种实施方式,所述的超声检测探头31还包括向机械阻抗检测探头32的中心轴325方向斜角的设置于所述的机械阻抗检测探头32的触头323外围的若干个超声接收探头312,若干个超声发射探头311和超声接收探头312为相对称的设置于所述的机械阻抗检测探头32的触头323外围,斜角形成超声发射方向在所述机械阻抗检测探头32的接收晶片322的下方汇集反射点326。
其中,阵列排列于触头323外围的超声检测探头31的超声发射探头311 和超声接收探头312形成的超声发射方向和超声接收方向的反射点326汇集在机械阻抗检测探头32的接收晶片322的中心轴325正下方,如图3中所示的反射点326。
另一种实施方式,如图4所示的情况,阵列排列于触头323外围的超声检测探头31的超声发射探头311 和超声接收探头312形成的超声发射方向和超声接收方向的反射点326汇集在机械阻抗检测探头32的接收晶片322的正下方围绕中心轴325的圆环上,如图4中所示的反射点326。
其中,如图5所示检测装置仰视图所示,超声检测探头31的超声发射探头311,围绕机械阻抗检测探头32的触头323的外围设置,由接收晶片322集中汇集接收超声检测信号。又如图6所示的另一种实施方式,超声检测探头31的超声发射探头311 和超声接收探头312形成两个以上圆环形阵列排列于所述机械阻抗检测探头32的触头323的外围,所述的分别为超声发射探头311和超声接收探头312形成两两相对称设置。如图7所示的一种情况,双圆环形阵列排列的超声检测探头31的超声发射探头311 和超声接收探头312为相间隔对称斜向中心触头323设置,可以实现超声检测的被检测对象的位置正好在机械阻抗检测探头32的接收晶片322正下方围绕中心的圆环形外汇集超声反射点。
其中,超声发射探头311和超声接收探头312的可以设置为相同材质晶片结构,有必要的时候,可以通过检测仪器1设置为分时互换发射与接收的超声晶片探头。
另外,所述的机械阻抗检测探头32的激励晶片321的接收晶片322之间还设置有空腔层324。
如图8至图13所示,本发明还公开一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测方法,采用以上检测装置3,用于复合材料2的无损检测,如图1中所示的复合材料2可以包括蒙皮21、垫板23和蜂窝芯22,如图6中的流程图所示,具体制作方法步骤如下:
a.激励信号周期设定:通过FPGA(可编程逻辑门阵列)设定周期性的低频和高频激励信号时序。
b.机械阻抗检测:通过FPGA设定的低频率激励信号发送至机械阻抗检测探头的激励晶片,对被检测对象进行声阻抗检测,接收晶片接收的检测信号发送给检测仪器;
c.超声检测:通过FPGA设定的高频率激励信号发送至超声检测探头的发射探头,对被检测对象进行超声波无损检测,超声接收探头将接收的检测信号发送给检测仪器;
d.数据分析:检测仪器对接收的b步骤中的机械阻抗检测信号进行频域分析,对接收的c步骤中的超声检测信号进行时域分析,如图9中所示的时域信号处理波形图、以及如图11中所示的频域信号处理阻抗图所示;
f.数据处理显示:检测仪器将频域分析和时域分析的结果进行数据处理和显示于显示屏;
以及如图12中一个周期时序激励信号波形图所示,其中,FPGA在b步骤中设定发送给机械阻抗检测的低频信号时域为阻抗分析三个以上连续波形的时间t0。FPGA在c步骤中的超声检测信号设定的时间为超声发射激励时间t1和超声接收信号时间t2。
以及如图13中本发明系统处理线路图所示,FPGA信号时序性设定发送信号,经过功率放大器放大后,发送给超声检测和机械阻抗检测集成装置,检测信号由检测仪进行时域和频域的不同分析数据处理显示。
以上为本发明的其中一种实施方式。此外,需要说明的是,凡依本专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化,均包括于本专利的保护范围内。
Claims (10)
1.一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测装置,用于复合材料(2)的无损检测,通过引线(11)连接于检测仪器(1),检测装置(3)包括设置于外壳(33)内部的超声检测探头(31)和机械阻抗检测探头(32),其特征在于所述的机械阻抗检测探头(32)包括设置上层的激励晶片(321)、设置于下层的接收晶片(322)、以及设置于接收晶片(322)正下方的触头(323);
其中,所述的超声检测探头(31)包括超声发射探头(311),超声发射探头(311)向机械阻抗检测探头(32)的中心轴(325)方向斜角的设置于所述的机械阻抗检测探头(32)的触头(323)外围,斜角形成超声发射方向在所述机械阻抗检测探头(32)的接收晶片(322)的下方汇集反射点(326)。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测装置,其特征在于所述的超声发射探头(311)发射的超声波束返回的超声检测信号由机械阻抗检测探头(32)的接收晶片(322)接收,若干个超声发射探头(311)围绕机械阻抗检测探头(32)的触头(323)外圆周斜向中心轴阵列排列,形成斜角的方向汇集反射的超声检测波束于接收晶片(322)。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测装置,其特征在于所述的超声检测探头(31)还包括向机械阻抗检测探头(32)的中心轴(325)方向斜角的设置于所述的机械阻抗检测探头(32)的触头(323)外围的若干个超声接收探头(312),若干个超声发射探头(311)和超声接收探头(312)为相对称的设置于所述的机械阻抗检测探头(32)的触头(323)外围,斜角形成超声发射方向在所述机械阻抗检测探头(32)的接收晶片(322)的下方汇集反射点(326)。
4.根据权利要求3所述的一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测装置,其特征在于所述的阵列排列于触头(323)外围的超声检测探头(31)的超声发射探头(311) 和超声接收探头(312)形成的超声发射方向和超声接收方向的反射点(326)汇集在机械阻抗检测探头(32)的接收晶片(322)的中心轴(325)正下方。
5.根据权利要求3所述的一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测装置,其特征在于所述的阵列排列于触头(323)外围的超声检测探头(31)的超声发射探头(311) 和超声接收探头(312)形成的超声发射方向和超声接收方向的反射点(326)汇集在机械阻抗检测探头(32)的接收晶片(322)的正下方围绕中心轴(325)的圆环上。
6.根据权利要求3所述的一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测装置,其特征在于所述的超声检测探头(31)的超声发射探头(311) 和超声接收探头(312)形成两个以上圆环形阵列排列于所述机械阻抗检测探头(32)的触头(323)的外围,所述的分别为超声发射探头(311)和超声接收探头(312)形成两两相对称设置。
7.根据权利要求1所述的一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测装置,其特征在于所述的机械阻抗检测探头(32)的激励晶片(321)的接收晶片(322)之间还设置有空腔层(324)。
8.一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测方法,采用以上任一权利要求所述的检测装置,用于复合材料的无损检测,具体方法步骤如下:
a.激励信号周期设定:通过FPGA(可编程逻辑门阵列)设定周期性的低频和高频激励信号时序;
b.机械阻抗检测:通过FPGA设定的低频率激励信号发送至机械阻抗检测探头的激励晶片,对被检测对象进行声阻抗检测,接收晶片接收的检测信号发送给检测仪器;
c.超声检测:通过FPGA设定的高频率激励信号发送至超声检测探头的发射探头,对被检测对象进行超声波无损检测,超声接收探头将接收的检测信号发送给检测仪器;
d.数据分析:检测仪器对接收的b步骤中的机械阻抗检测信号进行频域分析,对接收的c步骤中的超声检测信号进行时域分析;
f.数据处理显示:检测仪器将频域分析和时域分析的结果进行数据处理和显示于显示屏。
9.根据权利要求8所述的一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测方法,其特征在于所述的FPGA在b步骤中设定发送给机械阻抗检测的低频信号时域为阻抗分析三个以上连续波形的时间t0。
10.根据权利要求8所述的一种脉冲回波超声和机械阻抗集成检测方法,其特征在于所述的FPGA在c步骤中的超声检测信号设定的时间为超声发射激励时间t1和超声接收信号时间t2。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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