CN109596707A - 一种基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空宇航、交通、建筑及无损检测等技术领域，涉及一种基于位置‑超声信号的蜂窝夹层结构检测方法。本发明提出的蜂窝夹层结构检测方法，检测人员在仪器屏幕上能同时观察到每一扫描行或列中各个检测位置点所对应的超声信号及其变化，进而根据仪器屏幕显示的P(x,y)‑A(t)信号的变化，可以更加直观地进行缺陷的判别和蜂窝结构的超超声检测，检测人员在仪器屏幕上能同时观察到每一扫描行或列中各个检测位置点所对应的超声信号及其变化，进而根据仪器屏幕显示的P(x,y)‑A(t)信号的变化，可以更加直观地进行缺陷的判别和蜂窝结构的超超声检测，简化了缺陷的判别难度，从而提高了缺陷判别的准确性，有利于提高缺陷的检出率，减少缺陷误判率。

Description

一种基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法
技术领域
本发明属于航空宇航、交通、建筑及无损检测等技术领域，涉及一种基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法。
背景技术
超声是目前蜂窝夹层结构的主要检测方法，主要是根据换能器接收来自被检测蜂窝结构的时域超声信号进行缺陷判别，主要采用幅值A-时间t显示方式，即A(t)方式，如图1所示，利用换能器在各个位置点接收到超声反射信号或者穿透信号A(t)，依据仪器所显示的超声幅值A(t)判别当前检测位置点对应的蜂窝结构内部胶接界面是否存在缺陷。其主要不足是：一次在仪器屏幕上只能显示和看到当前检测位置点的超声信号A(t)，当换能器移到新的检测位置时，上次检测位置点的超声信号随之消失，而由于蜂窝结构中，换能器在蜂窝壁和蜂窝格位置对应的超声信号会发生变化，而缺陷的存在也会引起超声信号会发生变化，从而造成在仪器屏幕显示的超声信号总处于不断的跳动和变化中，超声信号的判读性不直观，不利于检测人员进行检出缺陷的判别，从而增加了缺陷判别的难度，也容易引起蒙皮-蜂窝芯胶接缺陷的误判。
发明内容
本发明的目的是针对蜂窝夹层结构的超声无损检测，提出一种更为直观和易于缺陷评判的蜂窝结构超声检测方法，提高检测结果的准确性，减小缺陷的误判和漏检率，提高检测结果的准确性，减少缺陷的误判和漏检率。
本发明的技术解决方案是，
所用的检测***由换能器、超声单元、信号处理单元、扫描单元、显示单元构成，其中：换能器用于发射和接收超声波信号，根据所选择的超声反射法或穿透方式，选择换能器的频率、脉宽、表面盲区、分辨率、声束类型、声束大小脉冲特性；
超声单元用于发射和接收超声信号，并进行检测信号的放大、滤波处理，选择与换能器相匹配的超声单元，当选用超声反射法检测时，超声单元与换能器匹配，选择表面检测盲区不大于0.2mm，频率宽在20MHz-100MHz之间选择；
信号处理单元用于获取每个检测位置点的超声信号A(t)的幅值信号，其分辨率不小于12bit，信号采取频率在50MPS-100MPS之间选择；
扫描单元用于获取换能器在扫查过程中每个行或列扫描位置座标信号P(x,y)，选用具有位置记录功能的手动或自动扫描单元获取换能器所对应的扫描位置座标信号P(x,y)；利用显示单元将超声信号A(t)的幅值信号与扫描位置座标信号P(x,y)进行关联和重构，其中，以P(x,y)为横坐标轴，以A(t)为纵坐标轴，并在显示单元中按照扫描位置座标信号P(x,y)-超声信号A(t)的幅值信号进行显示，检测人员根据显示单元显示的扫描位置座标信号P(x,y)-超声信号A(t)的幅值信号及其变化规律，根据所设置的缺陷判别阈值，进行缺陷的判别，进而实现蜂窝夹层结构的检测。
其检测步骤如下：
1)检测准备：将被检测复合材料结构放置在便于实现检测的工作台上；
2)连接检测***中的各个单元：
a)通过高频同轴连接线将换能器与超声单元进行匹配连接；
b)将超声单元与信号处理单元进行匹配连接；
c)将换能器安装在扫描单元上相应的固定位置；
d)将信号处理单元的检测信号输出端和位置单元的位置信号输出端分别与显示单元对应的接口进行匹配连接；
3)设置检测参数：
a)将检测***中的各单元开机上电，进入相应的工作界面；
b)设置超声单元的增益，使显示单元中能够清晰地观察到来自蜂窝结构中蒙皮-蜂窝芯连接界面的超声信号，且使其幅值不小于显示单元中显示屏幕的50％；
c)设置闸门参数：使来自蜂窝结构中蒙皮-蜂窝芯的超声信号位于所设置的信号闸门内；
d)设置扫描参数：根据被检测蜂窝结构的验收要求，设置换能器的扫描步进、扫描速度、扫描范围；
4)扫查检测：
a)在被检测蜂窝结构表面或上方移动换能器，对被检测蜂窝结构进行扫描检测，扫描过程中，保证换能器与被检测蜂窝结构表面之间声学耦合良好；
b)根据显示信号实时显示的位置-超声信号P(x,y)-A(t)的图形或图像进行缺陷的判别；
c)重复上述步骤a)和b)直至检测完毕；
5)检测后处理：
a)对检出缺陷进行实物标记和记录；
b)关机，并清理进行被检测蜂窝结构。
所述的扫描单元根据被检测蜂窝结构的形状和结构特点，选择具有不同坐标轴和不同扫描范围的扫描机构，对蜂窝结构进行自动扫描检测。
通过选择换能器与被检测蜂窝结构表面之间的耦合方式，实现接触法或喷水检测。
所述的显示单元采取的检测结果显示方式，采用直观的P(x,y)-A(t)位置-超声信号图形显示方式，或者基于P(x,y)-A(t)的图像方式显示检测结果。
所述的换能器选择方法是，换能器可以由具有发射/接收功能的单个换能器和一发-一收的双换能器构成，用于不同蜂窝结构的检测，当选用超声反射法检测时，选择单脉冲特性的换能器，且使超声单元与换能器匹配，其表面超声检测盲区不大于0.2mm。
本发明具有的优点和有益效果，本发明考虑了换能器在蜂窝壁和蜂窝格位置对应的超声信号会发生变化和缺陷的存在引起的超声信号的变化造成在仪器屏幕显示的超声信号不断的跳动和变化，造成的超声信号的判读性不直观，不利于检测人员进行检出缺陷的判别，增加缺陷判别的难度和容易引起蒙皮-蜂窝芯胶接缺陷的误判等问题，提出了一种基于扫描位置信号-超声幅值信号的蜂窝夹层结构检测方法，检测人员在仪器屏幕上能同时观察到每一扫描行或列中各个检测位置点所对应的超声信号及其变化，进而根据仪器屏幕显示的P(x,y)-A(t)信号的变化，可以更加直观地进行缺陷的判别和蜂窝结构的超超声检测，大大地提高了超声检测结果的判读性，更加有利于进行蜂窝格的识别和缺陷判别，显著简化了缺陷的判别难度，从而显著提高了缺陷判别的准确性，有利于提高缺陷的检出率，减少缺陷误判率。
附图说明
图1是传统的超声检测示意图。
图2是本发明的检测***原理构成示意图。
图3是本发明的检测基本流程。
具体实施方式
基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法，所用的检测***由换能器1、超声单元2、信号处理单元3、扫描单元4、显示单元5等构成，参见图2所示。其中：
换能器1用于发射和接收超声波信号，根据所选择的超声反射或穿透方式选择换能器的频率、脉宽、表面盲区、分辨率、声束类型、声束大小等脉冲特性。
超声单元2用于发射和接收超声信号，并进行检测信号的放大、滤波等处理，选择与换能器1相匹配的超声单元2。当选用超声反射法检测时，超声单元2与换能器1匹配，选择表面检测盲区不大于0.2mm，频率宽在20MHz-100MHz之间选择。
信号处理单元3用于获取每个检测位置点的超声信号A(t)的幅值信号，其分辨率不小于12bit，信号采取频率在50MPS-100MPS之间选择。
扫描单元4用于获取换能器1在扫查过程中每个行或列扫描位置座标信号P(x,y)，选用具有位置记录功能的手动或自动扫描单元4获取换能器1所对应的扫描位置座标信号P(x,y)。
利用显示单元5将超声信号A(t)的幅值信号与扫描位置座标信号P(x,y)进行关联和重构，其中，以P(x,y)为横坐标轴，以A(t)为纵坐标轴，并在显示单元5中按照扫描位置座标信号P(x,y)-超声信号A(t)的幅值信号进行显示，检测人员根据显示单元5中显示的扫描位置座标信号P(x,y)-超声信号A(t)的幅值信号及其变化规律，进行缺陷判别和蜂窝夹层结构检测，参见图2所示和图3所示。
检测步骤如下：
1)检测准备：将被检测复合材料结构放置在便于实现检测的工作台上。
2)仪器设备连接：
a)通过高频同轴连接线将换能器1与超声单元2进行匹配连接；
b)将超声单元2与信号处理单元3进行匹配连接；
c)将换能器1安装在扫描单元5上相应的固定位置；
d)将信号处理单元4的检测信号输出端和位置单元5的位置信号输出端分别与显示单元(5)对应的接口进行匹配连接。
3)设置检测参数：
a)将检测***中的各单元开机上电，进入相应的工作界面；
b)设置超声单元2的增益，使显示单元5中能够清晰地观察到来自蜂窝结构6中蒙皮-蜂窝芯的超声信号，且使其幅值不小于显示单元5中显示屏幕的50％；
c)设置闸门参数：使来自蜂窝结构6中蒙皮-蜂窝芯的超声信号位于所设置的信号闸门内
d)设置扫描参数：根据被检测蜂窝结构6的验收要求，设置换能器1的扫描步进、扫描速度、扫描范围。
4)扫查检测：
a)在被检测蜂窝结构6表面移动换能器1，对被检测蜂窝结构6进行扫描检测，扫描过程中，保证换能器与被检测蜂窝结构6表面之间声学耦合良好。
b)根据显示信号5实时显示的位置-超声信号P(x,y)-A(t)的图形或图像进行缺陷的判别。
c)重复上述步骤a)和b)直至检测完毕，基本检测流程参见图3所示。
5)检测后处理：
a)对检出缺陷进行实物标记和记录；
b)关机，并清理进行被检测蜂窝结构6。
基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法中的扫描单元4，可以根据被检测蜂窝结构6的形状和结构特点，选择具有不同坐标轴和不同扫描范围的扫描机构，对蜂窝结构6进行自动扫描检测；
基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法中的超声耦合方法，通过选择换能器1与被检测蜂窝结构表面之间的耦合方式，实现接触法或喷水检测；
基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法中的显示单元5采取的检测结果显示方式，可以采用直观的P(x,y)-A(t)位置-超声信号图形显示方式，或者基于P(x,y)-A(t)的图像方式显示检测结果。
基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法中的换能器1选择方法是，换能器1可以由具有发射/接收功能的单个换能器和一发-一收的双换能器构成，用于不同蜂窝结构6的检测，当选用超声反射法检测时，选择单脉冲特性的换能器1，且使超声单元2与换能器1匹配，其表面超声检测盲区不大于0.2mm。
实施例
采用本发明技术方案，选用中航复合材料有限公司的FJ系列换能器作为换能器1，被检测蜂窝夹层结构的蒙皮厚度分别为0.5mm和1.0mm、蜂窝芯为Nomex芯和铝蜂窝芯、高度10mm、20mm，选用中航复合材料有限公司的CUS-21J和MUI-21检测***构成超声单元2、信号处理3、扫描单元4和显示单元5，通过设置不同的闸门参数、增益、扫描步进、扫描速度、扫描范围，选择行扫描和列扫描方式，采用P(x,y)-A(t)图形显示方式和图像方式，分别对来自不同大小和规格的蜂窝夹层结构，进行了系列的检测应用，检测应用结果表明，采用所发明的位置-超声信号检测方法，大大地提高了超声信号的判读性，显著提高了缺陷判别的准确性，减少了缺陷误判率。

Claims (6)

1.一种基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法，所用的检测***由换能器(1)、超声单元(2)、信号处理单元(3)、扫描单元(4)、显示单元(5)构成，其中：换能器(1)用于发射和接收超声波信号，根据所选择的超声反射法或穿透方式，选择换能器的频率、脉宽、表面盲区、分辨率、声束类型、声束大小脉冲特性；
超声单元(2)用于发射和接收超声信号，并进行检测信号的放大、滤波处理，选择与换能器(1)相匹配的超声单元(2)，当选用超声反射法检测时，超声单元(2)与换能器(1)匹配，选择表面检测盲区不大于0.2mm，频率宽在20MHz-100MHz之间选择；
信号处理单元(3)用于获取每个检测位置点的超声信号的幅值信号A(t)，其分辨率不小于12bit，信号采取频率在50MPS-100MPS之间选择；
扫描单元(4)用于获取换能器(1)在扫查过程中每个行或列扫描位置座标信号P(x,y)，选用具有位置记录功能的手动或自动扫描单元(4)获取换能器(1)所对应的扫描位置座标信号P(x,y)；其特征是，利用显示单元(5)将超声信号A(t)的幅值信号与扫描位置的座标信号P(x,y)进行关联和重构，其中：以P(x,y)为横坐标轴，以A(t)为纵坐标轴，在显示单元(5)中按照扫描位置座标信号P(x,y)-超声信号的幅值信号A(t)进行重构、存储和显示，检测人员根据显示单元(5)显示的扫描位置座标信号P(x,y)-超声信号的幅值信号A(t)曲线规律进行蜂窝夹层结构检测和缺陷判别。
2.根据权利要求1所述的一种基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法，其检测步骤如下：
1)检测准备：将被检测复合材料结构放置在便于实现检测的工作台上；
2)连接检测***各个单元：
a)通过高频同轴连接线将换能器(1)与超声单元(2)进行匹配连接；
b)将超声单元(2)与信号处理单元(3)进行匹配连接；
c)将换能器(1)安装在扫描单元(5)上相应的固定位置；
d)将信号处理单元(4)的检测信号输出端和位置单元(5)的位置信号输出端分别与显示单元(5)对应的接口进行匹配连接；
3)设置检测参数：
a)将检测***中的各单元开机上电，进入相应的工作界面；
b)设置超声单元(2)的增益，使显示单元(5)中能够清晰地观察到来自蜂窝结构(6)中蒙皮-蜂窝芯连接界面的超声信号，且使其幅值不小于显示单元(5)中显示屏幕的50％；
c)设置闸门参数：使来自蜂窝结构(6)中蒙皮-蜂窝芯连接界面的超声信号位于所设置的信号闸门内；
d)设置扫描参数：根据被检测蜂窝结构(6)的验收要求，设置换能器(1)的扫描步进、扫描速度、扫描范围；
4)扫查检测：
a)在被检测蜂窝结构(6)表面或表面上方移动换能器(1)，对被检测蜂窝结构(6)进行扫描检测，扫描过程中，保证换能器与被检测蜂窝结构(6)表面之间声学耦合良好；
b)根据显示信号(5)实时显示的P(x,y)-A(t)的图形或图像进行缺陷的判别；
c)重复上述步骤a)和b)直至检测完毕；
5)检测后处理：
a)对检出缺陷进行实物标记和记录；
b)关机，并清理进行被检测蜂窝结构(6)。
3.根据权利要求1所述的一种基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法，其特征是，所述的扫描单元(4)根据被检测蜂窝结构(6)的形状和结构特点，选择具有不同坐标轴和不同扫描范围的扫描机构，对蜂窝结构(6)进行自动扫描检测。
4.根据权利要求1所述的一种基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法，其特征是，通过选择换能器(1)与被检测蜂窝结构表面之间的耦合方式，实现接触法或喷水检测。
5.根据权利要求1所述的一种基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法，其特征是，所述的显示单元(5)采取的检测结果显示方式，采用直观的P(x,y)-A(t)图形显示方式，或者基于P(x,y)-A(t)的图像方式显示检测结果。
6.根据权利要求1所述的一种基于位置-超声信号的蜂窝夹层结构检测方法，其特征是，所述的换能器(1)选择方法是，换能器(1)可以由具有发射/接收功能的单个换能器和一发-一收的双换能器构成，用于不同蜂窝结构(6)的检测，当选用超声反射法检测时，选择单脉冲特性的换能器(1)，且使超声单元(2)与换能器(1)匹配，其表面超声检测盲区不大于0.2mm。
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