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专利号: 2022108093314
申请人: 安徽工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种碳纤维复合材料板结构损伤识别分类系统,其特征在于,包括多频函数信号发生器、探头、锁相放大器、小波分析去噪模块、数据采集模块、数控位移平台、计算机;所述多频函数信号发生器向探头提供正弦激励信号,在材料板内部感应出涡流,所述探头设置在所述数控位移平台上,所述计算机控制所述数控位移平台使探头在材料板上方沿扫描路径扫查,所述探头与锁相放大器连接,采集多频ECT信号的实部和虚部,经过所述小波分析去噪模块处理后,通过数据采集模块传输到计算机中进行数据运算处理和图像显示。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料板结构损伤识别分类系统,其特征在于:所述材料板为碳纤维复合材料板。

3.一种碳纤维复合材料板结构损伤识别分类方法,其特征在于,利用如权利要求2所述的系统对碳纤维复合材料板结构损伤进行识别与分类,包括以下步骤:S1:构建所述碳纤维复合材料板结构损伤识别分类系统,根据材料板的种类、尺寸、扫查范围和铺层顺序,确定探头的类型、激励信号频率、扫描路径;

S2:对探头施加多频正弦激励信号,控制数控位移平台搭载探头沿着扫描路径在材料板上方设定高度处进行多频涡流检测,使用锁相放大器获取不同位置处多频ECT信号的实部Ux和虚部Uy;

S3:对步骤S2中得到的信号实部和虚部分别进行小波分析去噪,即选取设定的小波基和分解层数进行分解,再对小波分解的高频系数的阈值进行量化处理,然后根据小波分解的低频系数和量化后的高频系数进行小波重构,得到去噪后的信号;

S4:对步骤S3所得的经去噪后的多频ECT信号进行参数提取,即提取信号的幅值和相位;

S5:将步骤S4中提取的幅值和相位作为特征量表示指数形式的复数信号,对高频信号进行幅值缩放和相位旋转,并与低频信号做数据融合;

S6:对步骤S5中融合后的信号进行归一化处理得到信号的实部值和虚部值,用扫描路径上每个数据点信号值的大小来调节图像上像素的灰度值,得到主要包含损伤信息的扫查区域图像,即区域损伤图像;

S7:对步骤S6中的区域损伤图像进行损伤识别和分类。

4.根据权利要求3所述的一种碳纤维复合材料板结构损伤识别分类方法,其特征在于:在所述步骤S4中,通过下式提取信号的幅值和相位:

其中,U表示多频ECT信号的幅值, 表示多频ECT信号的相位。

5.根据权利要求4所述的一种碳纤维复合材料板结构损伤识别分类方法,其特征在于:在所述步骤S5中,涡流的趋肤深度δ为涡流密度衰减到表面1/e倍时的深度:对于磁导率μ和电导率σ已知的材料板,沿厚度方向将材料板等分,依据穿透深度选取多个激励信号频率f。

6.根据权利要求5所述的一种碳纤维复合材料板结构损伤识别分类方法,其特征在于:在选取激励信号频率时,选取材料板的平均厚度所对应的频率为低频频率f0,选取材料板厚度等分方式所对应的频率为高频频率fi。

7.根据权利要求4所述的一种碳纤维复合材料板结构损伤识别分类方法,其特征在于:在所述步骤S5中,使用下式对高频信号进行幅值缩放和相位旋转,并与低频信号做数据融合:其中,i=1,2,3,...,n;ki为修正系数,通过直线扫查法获得;正弦激励信号的频率为低频频率f0和高频频率fi时,对应所得的检测信号分别表示为 和 为经过幅值缩放和相位旋转的高频信号;U为经数据融合后的检测信号。

8.根据权利要求7所述的一种碳纤维复合材料板结构损伤识别分类方法,其特征在于:所述步骤S7包括以下子步骤:

S71:测量损伤区域的长宽比;

S72:根据单个损伤在不同激励频率下的检测信号强度初步判断其在材料板厚度方向的位置;

S73:与损伤数据库进行特征参数对比即可判断损伤的类型及空间位置。

9.根据权利要求8所述的一种碳纤维复合材料板结构损伤识别分类方法,其特征在于:在所述步骤S73中,损伤数据库的建立过程如下:

S731:人为制造含有开裂、分层损伤的标准试件,损伤参数已知;

S732:通过直线扫查方式,控制探头沿着损伤区域的中心线进行扫查获取部分损伤特征参数;

S733:根据多频ECT信号的幅值,确定不同频率下的修正系数ki,使得损伤形貌和尺寸与实际情况相符;

S734:建立损伤数据库,损伤数据库中包含损伤区域的长宽比、损伤的空间位置、检测信号的幅值和相位信息以及修正系数ki的选取规则。