基于电涡流热成像的FRP缺陷检测检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电涡流热成像的FRP缺陷检测的检测系统和方法。本发明专利技术提出将FRP待测试件与金属材料组成临时FRP

【技术实现步骤摘要】
基于电涡流热成像的FRP缺陷检测检测系统及方法


[0001]本专利技术属于纤维增强聚合物基复合材料的质量检测
，具体涉及一种基于电涡流热成像纤维增强聚合物基复合材料缺陷的检测系统，还涉及基于电涡流热成像的FRP缺陷的检测方法。

技术介绍

[0002]纤维增强聚合物基复合材料(Fiber Reinforced Polymer，FRP)具有轻质高强、耐腐蚀、隔热性能好及可设计性强等优异性能，在航空航天、船舶海洋、汽车制造、建筑等工程领域以及日常生活中的应用日益广泛。当前应用广泛的纤维增强聚合物基复合材料有碳纤维增强聚合物基复合材料、玻璃纤维增强聚合物基复合材料、硼纤维增强聚合物基复合材料、芳纶纤维增强聚合物基复合材料等。然而，由于复合材料的微观构造、制造工艺和应用环境较为复杂，在材料研发、构件制造以及最终服役阶段，极易出现缺陷与损伤，严重影响其使用性能。因此，开展纤维增强聚合物基复合材料缺陷的无损检测(Non
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Destructive Evaluation,NDE)至关重要。
[0003]目前，已有多种结构无损检测方法应用于FRP材料的检测之中，如磁粉检测(Magnetic Particle Testing,MT)、超声检测(Ultrasonic Testing,UT)和射线检测(Radiographic Testing,RT)、声发射检测(Acoustic emission,AE)等。这些检测方法在具有优点的同时也存在一定的局限性，MT需要磁粉作为显示介质，UT在使用过程中必须使用耦合剂，RT对人体有辐射危害，AE需要复杂的数据处理来对背景进行降噪等。涡流热成像(Eddy Current Thermography,ECT)无损检测技术是将电磁感应加热与红外热成像技术相结合的一种无损检测方法，与上述方法相比，具有非接触测量、测量精度高、检测范围大、检测结果直观、易于实现自动化等优点，有效融合了涡流检测的高灵敏度和红外检测的可视化的优点。其检测模式分为主动式检测和被动式检测两种，被动式检测是利用被测物自身温度不同于环境温度的特点，在与外界热交换过程中观察被测物缺陷，主要用于设备在线质量监测与控制；主动式检测是在人工给予被测试件一个热激励的同时或者在加热后观察被测物表面的温度分布和变化。
[0004]针对部分纤维增强聚合物基复合材料属于非导电性材料而无法直接使用涡流热成像检测的技术问题，本专利技术提出将FRP待测试件与金属材料组成临时FRP
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金属混合结构，利用辅助加热金属媒介实现对FRP的间接热激励。电涡流热成像检测技术采用载有高频交流电的激励线圈在周围产生一个交变磁场，感应磁场在金属内部短时间内产生涡流。由焦耳定律可知，涡流将产生焦耳热，引起金属部分的温度升高，温差的存在使得热量由金属传递给温度较低的FRP。若FRP存在缺陷，空气的存在使得缺陷部位和非缺陷部位的热传导系数和比热容产生差异，通过的热流将受到影响，导致FRP表面温度分布异常，然后通过计算机对红外热像仪采集的图像序列进行分析运算，以实现FRP缺陷的存在性判别以及量化表征。
[0005]所用专有名词：
[0006]FRP：纤维增强聚合物基复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕、模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。
[0007]无损检测(Non
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Destructive Evaluation,NDE)：在不影响被检测对象结构完整性和使用性的前提下，使用物理或者化学技术，借助现代化的技术和设备器材，对被测对象进行测量与检定，以评价其质量和安全状况的方法。
[0008]涡流热成像(Eddy Current Thermography,ECT)：是涡流和主动热成像两种技术的结合，包括热激励、热成像和热图像分析三部分。

技术实现思路

[0009]本专利技术的第一个目的是提供一种基于电涡流热成像的FRP缺陷检测的检测系统，用以实现纤维增强聚合物基复合材料缺陷的存在性判别以及量化表征(包括缺陷的位置、大小、形状和类型)。
[0010]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于电涡流热成像的FRP缺陷检测的检测系统，包括两个可升降的托架，所述托架之间布置有激励线圈和红外热像仪；所述激励线圈与激励系统连接，所述红外热像仪与计算机连接。
[0011]作为本专利技术的一种优选的技术方案，还包括冷却系统，所述冷却系统与所述激励系统和激励线圈连接。
[0012]作为本专利技术的一种优选的技术方案，所述激励线圈为亥姆霍兹线圈。
[0013]本专利技术的第二个目的是提供一种基于电涡流热成像的FRP缺陷检测的检测方法，用以实现纤维增强聚合物基复合材料缺陷的存在性判别以及量化表征。
[0014]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于电涡流热成像的FRP缺陷检测的检测方法，具体按照以下步骤实施：
[0015]步骤1，对激励线圈进行冷却处理，保证后续检测的准确性；
[0016]步骤2，先通过激励系统产生高频交流电，再经激励线圈提供电涡流激励以加热被测试件；
[0017]步骤3，使用红外热像仪测量FRP
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金属组合结构的红外热辐射以获取FRP表面热分布，得到红外热成像图序列；
[0018]步骤4，使用计算机对红外热成像图序列进行处理与增强，明确材料缺陷的位置、大小、形状和类型。
[0019]作为本专利技术的一种优选的技术方案，在所述步骤1进行之前在待测FRP试件与金属加热媒介之间均匀涂抹具有黏性的耦合剂并用夹子夹紧，以排除间隙内残留的空气，保证传热效率。
[0020]作为本专利技术的一种优选的技术方案，在所述步骤2激励线圈工作的过程中对其进行冷却。
[0021]作为本专利技术的一种优选的技术方案，在所述步骤3中FRP
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金属组合结构中的FRP表面朝向红外热像仪。
[0022]作为本专利技术的一种优选的技术方案，在所述步骤4中，采用盲信号分离算法对红外图像序列同时进行时间与空间维度的特征信息提取，使图像序列降维，突出增强缺陷特征
显示。
[0023]本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术主要针对纤维增强聚合物基复合材料缺陷识别而研发，与现有技术在用途、设备核心原理以及识别方法上有本质区别。(2)本专利技术能够实现纤维增强聚合物基复合材料缺陷的存在性判别以及量化表征，针对性强、检测效率高、适用范围广。(3)为防止金属内热传导掩盖纤维增强聚合物基复合材料中小尺寸缺陷的热像信息，被测试件需要在很短的时间内完成升温，利用本检测系统可在短时间内完成涡流热激励。
附图说明
[0024]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0025]图1为基于电涡流热成像的FRP缺陷检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电涡流热成像的FRP缺陷检测的检测系统，其特征在于，包括可升降托架，所述托架之间布置有激励线圈和红外热像仪，所述激励线圈与激励系统连接，所述红外热像仪与计算机连接。2.根据权利要求1所述的基于电涡流热成像的FRP缺陷检测的检测系统，其特征在于，还包括冷却系统，所述冷却系统与所述激励系统和激励线圈连接。3.一种基于电涡流热成像的FRP缺陷检测的检测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，对激励线圈进行冷却处理，保证后续检测的准确性；步骤2，先通过激励系统产生高频交流...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯璐，朱夫瑞，陈正，梅树愉，张闰丹，冯峥，沈郑嫡，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：