CN114460172B - 一种周期复合材料早期损伤二次谐波检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料早期损伤检测领域，具体涉及一种周期复合材料早期损伤二次谐波检测方法，包括以下步骤：S1：复合材料参数获取，具体参数包括复合材料变化分布周期波长和厚度h；S2：基波参数确定，根据复合材料参数，选择对应的基波频率；复合材料变化分布周期波长和对应相同厚度平板中相应频率激发的二次谐波的累积变化周期距离L_n相同；S3：探伤检测；S4：损伤分析。本方案突破了传统二次谐波检测相速匹配条件的限制，依据复合材料的周期选择检测的基波频率，可以实现二次谐波持续累积而不衰减，为两种材料周期分布的复合材料的早期损伤二次谐波检测提供了可靠的技术方案。

Description

一种周期复合材料早期损伤二次谐波检测方法

技术领域

本发明属于复合材料早期损伤检测领域，具体涉及一种周期复合材料早期损伤二次谐波检测方法。

背景技术

板壳结构性能优异，被各行各业广泛采用。这些板壳类结构材料在使用过程中，或多或少会受到应力、高温、高压和腐蚀等的作用，非常容易产生疲劳、塑性、腐蚀和蠕变等损伤，使得板材性能逐渐退化，造成爆炸、断裂和危险物质泄露等安全事故，威胁设备运行和人员生命财产安全，造成重大社会和经济损失。因此，研究强有力的无损监测技术，对这些板壳结构定期进行可靠性检测评价和维护，是我国国民经济生产及生活中一个非常重大的研究课题。

经过多年的研究和发展，目前已经存在多种，相对较为成熟的无损检测和评价技术。如液体渗透、磁粉、涡流、X射线和线性超声波等技术。然而，这些传统技术，只能检测材料中的宏观缺陷损伤(一般为毫米级)，比如宏观裂纹、夹杂、脱层和气孔等；而针对微纳尺度早期损伤，如材料位错和滑移等早期损伤，并不敏感。

近年来大量研究发现，非线性超声波检测技术，对材料微观结构的改变，如位错密度和微裂纹密度等的变化，十分敏感，能够有效地检测和评价材料的早期损伤及其损伤的程度。尤其是针对板材发展起来的非线性Lamb波导波检测技术，因其传播距离远，检测范围广，对早期损伤敏感等优点，吸引了众多研究者的关注和研究。

在传统非线性Lamb波早期损伤检测领域，针对二次谐波检测技术，人们发表了大量的理论仿真和实验研究成果。目前，针对二次谐波的研究，少有较新颖的成果见刊，二次谐波的研究在传统的框架下已经逐渐趋向成熟。一般地，人们通过理论研究指出，要实现二次谐波的可持续累积，必须满足非零能量流和相速匹配条件。非零能量流一般情况下是满足的，二相速匹配条件较难满足。当相速匹配条件不满足时，随着基波传播距离增加，二次谐波将周期性振荡而不能线性累积，这限制了二次谐波的应用。一般地，材料二次非线性是一种较弱的非线性，在相速失配限制二次谐波可持续线性累积后，二次谐波信号通常比较弱且容易被噪声淹没。为了克服相速失配，研究者们大致提出了两种解决办法。第一种是通过寻找频率模态对，筛选出的基波和二次谐波的相速度刚好相同，从而达到二次谐波强度随着基波传播而线性增长的目的。人们利用S1–S2模态对(S1是一阶对称模态基波，S2是二阶对称模态二次谐波)来测量材料非线性，如拉伸塑性损伤和疲劳损伤，温度疲劳损伤，蠕变损伤。另外，对其他的模态对，如A2–S4，S2–S4等，也有所研究。然而，这种方法也存在不少需要克服的问题。比如，这些频率模态对是分散的，而且数量有限，不能实现宽频带范围内的相速度匹配；实际应用中，激发信号的中心频率很难严格符合预期选定的频率，并且接收到的信号通常是复杂难处理的。第二种是利用低频S0模态波的低色散性，使相速匹配条件近似满足，使得二次谐波能量在基波传播较大距离范围内近似线性累积。低频S0模态波在较宽频率范围内近似满足相速匹配条件，突破了单个频率对的限制，鲁棒性好；单个低频S0模态信号更容易激发，色散相对较弱，信号处理也较简单。近年来，低频S0模态得到了研究者的广泛关注，文献《SHEN Y F，GIURGIUTIU V.Predictive modeling of nonlinear wavepropagation for structural health monitoring with piezoelectric wafer activesensors[J].Journal of Intelligent Material Systems and Structures，2014，25(4)：506-520.》和文献《WAN X，ZHANG Q，XU G，et al.Numerical simulation of nonlinearLamb waves used in a thin plate for detecting buried micro-cracks[J].Sensors(Basel)，2014，14(5)：8528-8546.》利用Lamb波S0模态波检测微裂纹，文献《WAN X，TSE PW，XU G H，et al.Analytical and numerical studies of approximate phase velocitymatching based nonlinear S0 mode Lamb waves for the detection of evenlydistributed microstructural changes[J].Smart Materials and Structures，2016，25(4)：045023.》指出低频S0模态波可以弥补模态频率对的不足，为低频S0模态波做了系统性的模拟研究。文献《DING X Y，ZHAO Y X，HU N，et al.Experimental and numerical studyof nonlinear lamb waves of a low-frequency S0 mode in plates with quadraticnonlinearity[J].Materials，2018，11(11)：2096.》通过实验和模拟研究确认了低频S0模态检测材料非线性的有效性。

虽然二次谐波检测技术相关研究已经趋于成熟，但是其研究成果主要应用于同种均匀材料的薄板中，目前并没有针对由两种材料周期分布的复合材料的探伤方法。

发明内容

本方案提供一种可检测复合材料早期损伤的周期复合材料早期二次谐波检测方法。

为了达到上述目的，本方案提供一种周期复合材料早期二次谐波检测方法，具体包括以下步骤：

S1：复合材料参数获取，具体参数包括复合材料变化分布周期波长和厚度h；

S2：基波参数确定，根据复合材料参数，选择对应的基波频率；所述复合材料变化分布周期波长和对应相同厚度平板中相应频率激发的二次谐波的累积变化周期距离L_n相同；

S3：探伤检测，在复合材料的信号激励点发射基波，基波在复合材料损伤处产生二次谐波，在复合材料的信号接收点接收二次谐波信号；

S4：损伤分析，根据接收到的二次谐波信号的拟合直线的斜率大小判断复合材料是否存在损伤以及损伤的程度。

本方案原理：本方案原理建立在材料准相位匹配技术原理之上，光学领域里与该原理类似的准相位匹配思想获得了诺奖。材料准相位匹配技术原理(检测MQPM)：按照合理的周期空间布局符号相反的三阶弹性常数即材料非线性系数，对二次谐波施予影响和控制，周期性改变二次谐波的相位，实现二次谐波随着基波传播距离增加持续干涉增强，进而克服非线性Lamb波二次谐波的相速失配问题，实现二次谐波能量的持续累积增加。材料准相位匹配技术为周期分布的具有符号相反类型的材料非线性系数复合材料的早期损伤检测的基波选频提供了理论支持。针对特定周期的复合材料，选择对应的基波频率，既能保证该基波激发的二次谐波在该复合材料中保持持续累积而不衰减的趋势，即克服了相速匹配原理的限制，进而在克服二次谐波检测技术瓶颈的同时，实现了复合材料早期损伤检测目标。

本方案有益效果：本发明提出材料准相位匹配技术，针对任意频率基波，可克服相速匹配条件的限制，实现二次谐波可持续累积；以材料准相位匹配技术为指导，指导实施材料非线性系数周期分布的复合材料的早期损伤检测，确保相关材料的使用安全；突破了传统二次谐波检测相速匹配条件的限制，依据复合材料的周期选择检测的基波频率，可以实现二次谐波持续累积而不衰减，为两种材料非线性系数周期分布的复合材料的早期损伤二次谐波检测提供了可靠的技术方案。

进一步，所述二次谐波的累积变化周期距离L_n具体为：

其中

为基波的相速度，其中/>

为二次谐波的相速度，其中l_n为二次谐波可累积的最大空间距离。

进一步，所述基波信号为：x(t)＝0.5Psin(2πft)(1-cos(2πft/N))，其中f为中心频率，N为脉冲周波数，P为脉冲幅值。

进一步，所述基波在距离区间[(2N-1)l_n,2Nl_n)产生的新的二次谐波获得π相移，其中N为正整数，l_n为二次谐波可累积的最大空间距离。

进一步，所述复合材料的信号激励点和信号接收点分布于复合材料表面。利用接收到二次谐波信号进行复合材料的损伤判断。

进一步，所述信号接收点数量为多个，信号接收点均匀设置在复合材料上。

附图说明

图1为本发明实施例的2mm厚铝板对称模态相速度色散图。

图2(a)为本发明实施例未使用MQPM的Al-7075-T651铝板一维模型图。

图2(b)为本发明实施例使用MQPM的Al-7075-T651铝板一维模型图。

图3本发明实施例二次谐波能量(使用MQPM和未使用MQPM)的理论析解和数值仿真结果图。

图4本发明实施例含有局部损伤准周期结构模拟模型图。

图5为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：壳体1、挠性基板2、声透镜3、CMUT片4、压电陶瓷片5、电极6、衬垫层7。

实施例1：

材料准相位匹配技术原理介绍：

本发明基于发明人在本专利中首次提出的基础原理，发明人称其为：材料准相位匹配技术原理，简称MQPM。在介绍实施例之前，先对材料准相位匹配技术做相关介绍。

针对非线性Lamb波二次谐波，考虑通过非线性系数的合理特殊空间分布，克服相速匹配条件的限制，使得任意基波频率激发的二次谐波均能摆脱使其周期振荡的效应的制约，进而实现非线性Lamb波二次谐波持续累积，实现非线性Lamb波二次谐波材料准相位匹配(material quasi-phase-matching technique(MQPM))。

根据文献《X.Sun,X.Ding.F.Li,S.Zhou,Y.Liu,N.Hu.,Z.Su,Y.Zhao,J.Zhang,M.Deng,Interaction of Lamb Wave Modes with Weak Material Nonlinearity:Generation of Symmetric Zero-Frequency Mode,Sensors,18(2018)2451》可知二次谐波的解为：

P_mn(m＝n时)不为零，表示第m阶传播模态沿

方向传播，/>

和/>

分别为从薄板表面和内部流入第m阶传播模态的能量流。当/>

和f_n≠0时，非线性解的幅值随基波传播距离增加线性增加。条件/>

被称为相速度匹配条件；条件f_n≠0被称为非零能量流条件。相速度匹配条件不满足，二次谐波幅值随基波传播距离的增加周期性正余弦函数振荡；非零能量流条件不满足，二次谐波无法激发。

二次谐波能量变化的空间周期距离为

二次谐波可累积的最大空间距离为：

其中，

和/>

分别为基波和二次谐波的相速度。

只要能量流非零，二次谐波就能源源不断的产生。由于Lamb的色散特性，基波和二次谐波往往具有不同的相速度，即|Δk|非零。导致新产生的二次谐波和之前产生的二次谐波发生干涉：当相位差在[0,π)范围内时，发生相长干涉；当相位差在[π,2π)范围内时，发生相消干涉。为了抑制相消干涉，获得可持续累积的二次谐波，可考虑使在距离区间[(2N-1)l_n,2Nl_n)新产生的二次谐波获得π相移(Lamb基波激励处坐标为x₁＝0)，其中N为正整数。考虑到数学上成立如下等式：

观察分析式(3)和式(4)，显然，改变位于区间[(2N-1)l_n,2Nl_n)内的f_n符号，即可实现使在距离区间[(2N-1)l_n,2Nl_n)新产生的二次谐波获得π相移，进而克服相速匹配条件的限制。

注意到f_n符号的改变并不影响P_nn，且f_n是关于λ,μ,A,B,C的奇函数：

其中，α_λ,α_μ,α_A,α_B和α_C分别为λ,μ,A,B和C的系数，g(u(x₁,x₃,t))为u(x₁,x₃,t)的函数。于是可以通过下面的方程所示关系来改变f_n的符号：

-f_n＝f_n(-λ,-μ,-A,-B,-C,u(x₁,x₃,t)). (6)

显然，就非线性而言，λ和μ与几何非线性相关，A,B和C为三阶弹性常数与材料非线性相关。方程(6)可写为

其中，函数

表示几何非线性，函数/>

表示材料非线性。针对材料非线性，一般地，可忽略几何非线性，于是可以通过改变三阶弹性常数A,B和C在区间[(2N-1)l_n,2Nl_n)内的符号，实现f_n符号的改变，进而实现材料相位匹配技术：

易知式(1)还可以改写为：

其中，E表示二次谐波的能量。设

的峰值为E_max，综合式(1)～式(9)得到：

其中，

表示使用材料准相位匹配技术后二次谐波幅值，[·]表示取整函数。

以上为材料准相位匹配技术理论原理，依据复合材料的空间周期长度Λ，可以确定对应的基波频率，从而使二次谐波获得较大的累积距离，理论上，如果基波能量不衰减，二次谐波能量随波传播距离可以无限增长。

本发明为了简便，以铝板为例进行相关介绍。下面以2mm厚铝板为例介绍相关模拟仿真，验证材料准相位匹配技术，铝板的材料参数如表1所示。

Table 1 The material parameters of aluminium plate

ρ(kg/m3)	A(GPa)	B(GPa)	C(GPa)	λ(GPa)	μ(GPa)	E(GPa)	ν
								2810	-351.2	-149.4	-102.8	70.3	26.96	68.9	0.33

针对基波频率为200kHz的基波，在色散曲线上通过相关软件点选，可以获得与频厚积f·d＝0.2MHz×mm和0.4MHz×mm对应的相速度分别为5434.0m/s和5391.0m/s，由二次谐波可累积的最大空间距离公式(2)可得l_n大约为700mm，由前述理论可知在区间[(2N-1)l_n，2Nl_n]改变三阶弹性常数符号，即可实现MQPM，为了保证计算的效率和精确性，采用二阶矩阵单元，Comsol仿真软件中，采用的最大单元尺寸和时间计算步长按照下面两式进行计算：

其中，ΔI为单元尺寸(0.5mm)，Δt为时间步(5x10^-8s)，λ_min和f_max分别为最短的波长和最高频率。

图2为有限元模型示意图，图2(a)为未使用MQPM的Al-7075-T651铝板一维模型图，图2(b)为使用MQPM的Al-7075-T651铝板一维模型图。Al-7075-T651铝板材料参数满足表1，图2(b)中模型分为5个部分，每个部分长度均为l_n(＝700mm)，其中第I，III和V部分参数和图1中铝板参数保持一致，而II和IV部分的材料参数中的三阶弹性常数符号改变。为了消除反射波，模型长度设置为3500mm，并且模型右端边界设置为低反射边界，模型上下表面均为自由面。模型左端边界施加位移激励：x(t)＝0.5Psin(2πft)(1-cos(2πft/N))，f(＝200kHz)为中心频率，N(＝10)为脉冲周波数，P(＝10MPa)为脉冲幅值。从距离左边界0到2100mm范围，按间隔100mm设置21个信号检测点。

图3为二次谐波能量的理论解析解和数值仿真结果图，图中靠下的圆圈和实线均未使用MQPM，其中圆圈为模拟结果，实线为理论解；靠上的圆点和实线均使用了MQPM，其中圆点为模拟结果，实线为理论解。理论解中有未确定的系数，于是将理论解按照相同的比例因子缩放处理，看处理结果能否使理论解和模拟结果相符(重要的是二次谐波变化趋势而不是具体的数值，所以可以缩放，由于该领域无法确定二次谐波解前的系数，只能得到二次谐波变化的趋势规律)。图中理论解和模拟结果相符，未使用MQPM时，因相位失配引起二次谐波能量按正弦函数周期变化，存在一个最大的累积距离(与传统结论保持一致)；使用材料准相位匹配技术后，二次谐波能量突破了相位失配的限制，能够单调持续累积。改变基波频率为100,300,400和500kHz时，相应的结果图与图3类似，所以通过MQPM，对任意基波频率，均能实现二次谐波能量单调持续累积的目标。

以上材料准相位匹配原理，为非线性系数符号相反(不需要完全互为相反数，符号相反即可)的材料组成的周期复合材料的早期损伤检测提供了检测依据。图1为本发明实施例的2mm厚铝板对称模态相速度色散图，此图由著名的兰姆波频散方程数值求解得到，根据角速度ω可从此图中获得基波相速度和基波产生的二次谐波相速度，一般在如matlab或者origin这样的软件中点选，即可读取获得相应的坐标值，得到频率和相应速度的值。展示图1的目的是因为色散曲线可以辅助选频，通过图1示例的色散曲线，在相关软件中点选，获取到公式(2)中相关参数值，确定复合材料板上激发基波的频率，输入该频率基波，进而实施复合材料板早期损伤检测。

考虑材料准相位匹配技术原理，针对本发明提起的特定周期复合材料，选定的对应的基波频率，使得该基波激发的二次谐波随着基波的传播距离增加而持续累积。使用探头在基波传播路径上检测二次谐波信号，将不同探测点得到的二次谐波信号作图，横坐标为基波传播距离，纵坐标为二次谐波能量即二次谐波副值的平方，最后对做出的数据点做直线拟合，依据拟合直线的斜率大小，判断检测材料是否存在损伤以及损伤程度的大小。

本方案提供一种周期复合材料早期二次谐波检测方法，具体包括以下步骤：

S1：复合材料参数获取，具体参数包括复合材料变化分布周期波长Λ和厚度h；

S2：基波参数确定，根据复合材料参数，选择对应的基波频率；所述复合材料变化分布周期波长和对应相同厚度平板中相应频率激发的二次谐波的累积变化周期距离L_n相同；

S3：探伤检测，在复合材料的信号激励点发射基波，基波在复合材料损伤处产生二次谐波，在复合材料的信号接收点接收二次谐波信号；复合材料的信号激励点和信号接收点分布于复合材料表面。利用接收到二次谐波信号进行复合材料的损伤判断，信号激励点和信号接收点位分布于复合材料的表面。根据具体需求进行设置，方便接收到二次谐波信号进行复合材料的损伤判断。信号接收点数量为多个，信号接收点均匀设置在复合材料上。

S4：损伤分析，根据接收到的二次谐波信号，计算做出二次谐波副值的平方(或者按照传统做法：二次谐波副值与基波副值平方之比)随基波传播距离的数据点图，做出这些数据点的直线拟合曲线，依据拟合直线的斜率大小，判断复合材料是否存在损伤以及损伤的程度。

具体的实施过程为：依据待测复合材料变化分布周期波长Λ确定二次谐波的周期变化空间距离L_n，依据L_n和公式(2)确定ω，从而确定基波频率，即实现待测复合材料的选频。然后布置探头，探头在基波传播路径上检测二次谐波信号，将不同探测点得到的二次谐波信号作图，横坐标为基波传播距离，纵坐标为二次谐波能量即二次谐波副值的平方，最后对做出的数据点做直线拟合，依据拟合直线的斜率大小，判断检测材料是否存在损伤以及损伤程度的大小。即实现了复合材料早期损伤检测，突变了传统检测方法的瓶颈。

例如本文相应仿真案例基波频率确定过程：复合材料的波长为1400mm，平均厚度为2mm，针对2mm厚薄板，确定二次谐波变化的周期为1400mm，依据公式(2)可选择基波的频率大为200kHz，而测得的信号点可能为附图3中实心点，依据这些点的拟合直线斜率大小，判断损伤的存在与否和损伤程度的大小(与该领域传统做法一致，将出厂时测得的较低斜率的拟合直线作为无损伤的标准参考，斜率越大，损伤程度越大)。

本方案原理建立在材料准相位匹配技术原理之上，光学领域里与该原理类似的准相位匹配思想获得了诺奖。材料准相位匹配技术原理：按照合理的周期空间布局符号相反的三阶弹性常数即材料非线性系数，对二次谐波施予影响和控制，周期性改变二次谐波的相位，实现二次谐波随着基波传播距离增加持续干涉增强，进而克服非线性Lamb波二次谐波的相速失配问题，实现二次谐波能量的持续累积增加。材料准相位匹配技术为周期分布的具有符号相反类型的材料非线性系数复合材料的早期损伤检测的基波选频提供了理论支持。针对特定周期的复合材料，选择对应的基波频率，既能保证该基波激发的二次谐波在该复合材料中保持持续累积而不衰减的趋势，即克服了相速匹配原理的限制，进而在克服二次谐波检测技术瓶颈的同时，实现了复合材料早期损伤检测目标。

本发明提出材料准相位匹配技术，针对任意频率基波，可克服相速匹配条件的限制，实现二次谐波可持续累积；以材料准相位匹配技术为指导，指导实施材料非线性系数周期分布的复合材料的早期损伤检测，确保相关材料的使用安全；突破了传统二次谐波检测相速匹配条件的限制，依据复合材料的周期选择检测的基波频率，可以实现二次谐波持续累积而不衰减，为两种材料非线性系数周期分布的复合材料的早期损伤二次谐波检测提供了可靠的技术方案。

实施例2：

本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例中的超声波探头(主要是指接收点)包括：壳体1、CMUT片4、声透镜3与控制器；所述CMUT片4包括多个CMUT元件；所述声透镜3位于CMUT片4表面；所述CMUT片4底面设有衬垫层7，衬垫层7与CMUT片4粘接在一起，衬垫层7与声透镜3分别位于CMUT片4顶部与底部；所述CMUT片4通过金属丝连接在挠性基板2上；所述挠性基板2与控制器电性连接(挠性基板2与控制器之间还连接有外部电源灯等设备)；所述壳体1内部设有压电陶瓷片5，压电陶瓷片5上设有极性相反的电极6，电极6连通有电源；所述声透镜3位于CMUT片4和压电陶瓷片5间；所述压电陶瓷片5位于壳体1靠近被检测物体端；所述电源与控制器电性连接；所述压电陶瓷片5产生的超声波与基波的波长和周期均相同；所述压电陶瓷片5产生的超声波与基波的方向相反；所述压电陶瓷片5产生的超声波幅值与信号接收点的超声波探头获取的基波信号幅值的百分比为98％。

在超声波探头上设置与被检测体接触的声透镜3、使超声波与电信号相互转换的转换器、吸收在该转换器的背面侧所放射的超声波的衬垫层7。其中使用CMUT元件的换能器中，CMUT元件为在形成在半导体基板上的绝缘层内形成凹部，用膜体堵塞该凹部的开口而形成真空(或气体封入)间隙，隔着真空空隙在膜体的表面与绝缘层的背面相对地设置一对电极6的结构，此种换能器采用膜体接收来自被检测体内的反射回波，并将膜体的位移作为一对电极6间的静电容量的变化转换为电信号。CMUT转换器的超声波的转换效率低，在进行转换时，来自被检测体的反射回波未转换为电信号而透过半导体基板，并到达衬垫层7的界面并反射。其结果，产生反射回波在被检测体与衬垫层7的界面之间反复反射的多重反射的问题，在本实施例中会使基波在信号接收点的超声波探头处形成多次反射激振情况，基波在材料中会产生二次谐波信号，二次谐波与基波的能量强度相差比较大，基波的波能量(相当于幅值的平方)大约是二次谐波信号的波能量(相当于幅值的平方)的1000倍。在基波和二次谐波的能量强度差异下，二次谐波信号比较微弱，在信号接收点超声波接收信号时，基波的反射会对二次谐波信号造成干扰，从而会导致接收到信号不准确，影响到材料的探伤。

通过在超声波探头内设置压电陶瓷片5，控制器控制电源给电极6上施加电流，从而实现在压电陶瓷片5上形成正弦交变电流，这样就可以使得压电陶瓷片5有正弦变化的长度伸缩，形成振动的超声波向外发射出去，压电陶瓷片5处产生的超声波与基波的方向相反，使信号接收点处超声波探头未接收到信号前，压电陶瓷片5处产生的超声波对基波进行抵消，从而可以对基波信号进行削弱，从而减少基波在超声波探头处的多次反射激振情况，减少基波对所需的二次谐波信号的干扰，从而使接收到的二次谐波信号更加准确。控制器接收到信号接收点处超声波探头信号后，控制器控制改变压电陶瓷片5的正弦交变电流，从而控制压电陶瓷片5产生的超声波幅值，从而更好的对基波进行抵消，使接收到的二次谐波信号更加准确，从而使复合材料的探伤更加精确。

传统的抵消基波在信号接收点处基波的影响，一般是在信号激励点发射相位相反的基波进行基波的消除，本实施例仍然可以在信号激励点采取这种传统基波消除的方式，并且在信号接收点处对基波信号进行消除，减少基波信号对二次谐波信号的干扰，还可以根据信号接收点处超声波探头接收到的信号，调整压电陶瓷片5的正弦交变电流，从而控制压电陶瓷片5产生的超声波幅值，从而更好的对信号接收点的基波信号进行抵消，使接收到的二次谐波信号更加准确，从而使复合材料的探伤更加精确(也考虑过波的方向，但是在接收点主要也是测量的波的幅值，是一个标量，能够忽略方向的影响)。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种周期复合材料早期损伤二次谐波检测方法，包括以下步骤：

S1：复合材料参数获取，具体参数包括复合材料变化分布周期波长Λ和厚度h；

S2：基波参数确定，依据复合材料变化分布周期波长Λ确定二次谐波的周期变化空间距离L_n，依据L_n确定基波频率ω，实现复合材料的选频；所述复合材料变化分布周期波长Λ和对应相同厚度平板中相应频率激发的二次谐波的周期变化空间距离L_n相同；

二次谐波的周期变化空间距离为；

其中，l_n为二次谐波可累积的最大空间距离，

和/>

分别为基波和二次谐波的相速度；

S3：探伤检测，在复合材料的信号激励点发射基波，基波在复合材料损伤处产生二次谐波，在复合材料的信号接收点接收二次谐波信号；

S4：损伤分析，根据接收到的二次谐波信号，计算做出二次谐波幅值的平方随基波传播距离的数据点图，做出这些数据点的直线拟合曲线，依据拟合直线的斜率大小，判断复合材料是否存在损伤以及损伤的程度。

2.根据权利要求1所述的一种周期复合材料早期损伤二次谐波检测方法，其特征在于：基波信号为：x(t)＝0.5Psin(2πft)(1-cos(2πft/N))，其中f为中心频率，N为脉冲周波数，P为脉冲幅值，t为时间。

3.根据权利要求2所述的一种周期复合材料早期损伤二次谐波检测方法，其特征在于：所述基波在距离区间[(2N-1)l_n,2Nl_n)产生的新的二次谐波获得π相移，其中N为正整数。

4.根据权利要求1所述的一种周期复合材料早期损伤二次谐波检测方法，其特征在于：所述复合材料的信号激励点和信号接收点分布于复合材料表面。

5.根据权利要求1所述的一种周期复合材料早期损伤二次谐波检测方法，其特征在于：所述信号接收点数量为多个，信号接收点均匀设置在复合材料上。

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