航天復(fù)合材料無損檢測(cè)方式范文

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【摘要】在航空航天器的制造中，部件難免會(huì)有損傷、裂痕及脫粘情況，若不能夠精確檢測(cè)修補(bǔ)，勢(shì)必對(duì)航空航天器的性能造成極大的影響，故而對(duì)航空航天器材的無損檢測(cè)技術(shù)就顯得尤為重要。超聲檢測(cè)法是最常用的傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)，但其有不可避免的缺點(diǎn)，比如在蜂窩復(fù)合材料中，蒙皮(蜂窩結(jié)構(gòu)的外包皮)已經(jīng)脫粘但是仍然和內(nèi)部貼在一起，這種缺陷超聲無法檢測(cè)到，而敲擊檢測(cè)可以完美地完成，這是其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)。敲擊法很適用于大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。所以，我們?cè)O(shè)計(jì)的敲擊檢測(cè)儀便是一款用于航空航天復(fù)合材料無損檢測(cè)的很有效的儀器。

【關(guān)鍵詞】航天復(fù)合材料；敲擊無損檢測(cè)；應(yīng)力模型；上位機(jī)觸控多樣化結(jié)果顯示

1作品介紹

該作品由六個(gè)模塊組成:探頭，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路模塊，調(diào)理電路模塊，上位機(jī)觸控模塊，信息處理模塊，結(jié)果多樣化顯示模塊(語音播報(bào)模塊，波形寬度數(shù)值顯示模塊，觸摸屏顯示模塊，蜂鳴報(bào)警模塊)。功能:本作品是通過驅(qū)動(dòng)帶有傳感器的敲擊頭輕輕敲擊被檢測(cè)工件的表面，根據(jù)傳感器返回的信號(hào)來判斷材料是否存在缺陷，并將將此過程作出準(zhǔn)確的定量顯示(包括波形的采集與數(shù)值顯示、語音播報(bào)檢測(cè)結(jié)果、蜂鳴報(bào)警、LED顯示)。

2工作原理

核心思想:敲擊檢測(cè)方法的核心思想是，當(dāng)被檢測(cè)對(duì)象中存在某種缺陷時(shí)，結(jié)構(gòu)整體的某些振動(dòng)特征也會(huì)隨之改變，將此變化經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理，以判斷其是否存在缺陷和脫粘等情況。組成:本作品以所選STM32F107VCT6單片機(jī)為核心，對(duì)所采集信息進(jìn)行分析處理。大體上可分為兩部分，前期是選擇合適驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)探頭敲擊，以及設(shè)計(jì)相應(yīng)的調(diào)理電路，然后將信號(hào)送入單片機(jī)處理;后期是單片機(jī)與各終端的通訊;整個(gè)過程可通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)觸摸控制。模塊劃分:探頭，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路模塊，調(diào)理電路模塊，信息處理模塊，觸控顯示模塊，語音播報(bào)模塊。

2．1敲擊頭驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

敲擊頭采用電螺線管，帶動(dòng)敲擊錘，錘頭帶有壓電傳感器，敲擊錘落下時(shí)需要保證足夠快的速度，以保證完全體現(xiàn)被測(cè)材料的特性，因此需要設(shè)計(jì)適合的驅(qū)動(dòng)電路。

2．2調(diào)理電路

調(diào)理電路的作用的對(duì)敲擊頭產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行初步處理，以便單片機(jī)進(jìn)一步采集處理。其主要包括兩部分:信號(hào)的放大和比較。

2．3觸控顯示

模塊電磁鐵的敲擊頻率被設(shè)計(jì)為通過觸控屏可調(diào)，通過按下設(shè)置按鈕，可以更改敲擊頭的頻率為2/4/8/16Hz，初始化設(shè)置采樣頻率為2Hz。采樣平均數(shù)設(shè)置按鈕，對(duì)敲擊取樣的到的數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均，和頻率一樣可以通過觸控屏來設(shè)置為每1/2/4/8次求一次平均，初始化設(shè)置為不取平均值。本設(shè)計(jì)可以通過觸控屏來更改工作的模式，工作模式分為兩種，分別是脫沾模式和內(nèi)核模式，脫沾模式是檢測(cè)蜂窩復(fù)合材料的脫沾缺陷，內(nèi)核模式則是檢測(cè)材料的內(nèi)核狀態(tài)，上電默認(rèn)為脫沾缺陷檢測(cè);顯示控件分為采樣值、參考值、采樣次數(shù)實(shí)時(shí)顯示，采樣控件將壓電傳感器采集的脫粘值實(shí)時(shí)顯示;參考值控件為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)蒙皮表面參考點(diǎn)，為了保證參考數(shù)值取得穩(wěn)定正確，在獲取參考值時(shí)會(huì)對(duì)參考的正常目標(biāo)器件進(jìn)行多次取樣，并對(duì)每次取得的參考數(shù)值進(jìn)行分析，拋去過于不正確的值，同時(shí)對(duì)有效的參考值進(jìn)行計(jì)數(shù)，在獲得足夠的數(shù)量的樣本后對(duì)總體進(jìn)行求和取平均從而得到較為準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)，采樣次數(shù)為記錄傳感器實(shí)際測(cè)量的點(diǎn)數(shù);界面上可以實(shí)時(shí)顯示電池電量和蜂窩表面的脫沾程度，脫沾程度將用進(jìn)度條顯示，脫沾程度大小用綠色、黃色、淺紅色、深紅色分別表示蜂窩表面的脫沾程度正常、警告、缺陷、嚴(yán)重缺陷。

2．4信息處理及結(jié)果顯示(包括語音播報(bào)、波形寬度數(shù)值顯示、LED顯示及蜂鳴報(bào)警)

經(jīng)調(diào)理電路處理后的信號(hào)輸入單片機(jī)進(jìn)行分析處理，隨后用語音播報(bào)、波形寬度數(shù)值顯示、LED顯示模塊來完成結(jié)果顯示，這些顯示功能都是同步的。儀器上的LED指示燈是用來顯示材料的脫粘程度，根據(jù)脫粘程度的不同，數(shù)據(jù)指示燈分為綠色，黃色，橙色，紅色三個(gè)階段(相對(duì)應(yīng)的是顯示屏中的四個(gè)階段)。當(dāng)有缺陷時(shí)，僅有一個(gè)蜂鳴器報(bào)警，嚴(yán)重缺陷時(shí)兩個(gè)蜂鳴器會(huì)同時(shí)響起。

3結(jié)語

本作品以所選STM32F107VCT6單片機(jī)為核心，對(duì)所采集信息進(jìn)行分析處理。大體上可分為兩部分，前期是選擇合適驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)探頭敲擊，以及設(shè)計(jì)相應(yīng)的調(diào)理電路，然后將信號(hào)送入單片機(jī)處理;后期是單片機(jī)與各終端的通訊。整個(gè)過程可通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)觸摸控制。目前我們做到了演示階段，本產(chǎn)品的目的是做一款便攜式的敲擊檢測(cè)儀，所以需要外形設(shè)計(jì)，只用開關(guān)來進(jìn)行控制，以達(dá)到檢測(cè)目的。特色:(1)該儀器作為無損檢測(cè)的一種手段，具有其他無損檢測(cè)不能取代的特點(diǎn)，比如在蜂窩復(fù)合材料中，蒙皮已經(jīng)脫粘但是仍然和內(nèi)部貼在一起，這種缺陷是超聲無法檢測(cè)到的，而該儀器可以測(cè)到。(2)傳統(tǒng)的敲擊檢測(cè)，對(duì)于熟練的操作人員，他們可以通過輕輕敲擊被檢測(cè)工件的表面，通過工件不同部位所發(fā)出的不同聲音來判斷材料是否脫粘，缺點(diǎn)是嚴(yán)重依賴于操作人員的敲擊和主觀判斷，易造成誤判和漏判。與傳統(tǒng)的敲擊檢測(cè)方法不同，本作品可將材料的脫粘程度進(jìn)行量化并顯示出來，而且不受周圍環(huán)境噪聲的影響，對(duì)操作人員也沒有特殊的要求。

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作者：葉文昊；王偉業(yè)；畢武；張微；陳寶 單位：天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院