一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法及系统

本公开属于复合材料缺陷检测，尤其涉及一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、发明人发现，目前大多数超声波检测方法需要依赖结构或者材料处于健康状态时的基准数据，通过对比健康基准信号与实时监测信号之间的声学特征(如声波衰减、飞行时间、高次谐波等)变化来进行损伤识别，然而，在工程现场中，通常难以获得适用于特定材料或结构的基准数据，且基准数据极易受到环境的干扰。

技术实现思路

1、本公开为了解决上述问题，提供了一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法及系统，所述方案通过利用若干压电换能器来搭建传感网络，并结合双频声调制技术采集两个交叉路径下的超声波响应信号，通过对比两个交叉路径下响应频谱中频率成分的差异进行损伤识别，无需依赖健康基准数据，即可对碳纤维复合材料实现准确、可靠和适应性强的损伤检测与定位。

2、根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法，包括：

3、获取待检测碳纤维复合材料的交叉路径超声响应信号；

4、对所述交叉路径超声响应信号进行小波变换，获得不同频率的子信号；

5、基于获得的不同频率的子信号，通过重构及傅里叶变换，获得响应频谱；

6、基于所述响应频谱，计算不同路径下响应频谱对应的非线性声调制参数；

7、基于不同路径下非线性声调制参数的比较结果，实现碳纤维复合材料内部缺陷的无基准检测。

8、进一步的，所述非线性声调制参数的计算，基于响应频谱中边带能量与低频及高频成分乘积的比值得到。

9、进一步的，所述基于不同路径下非线性声调制参数的比较结果，实现碳纤维复合材料内部缺陷的无基准检测，具体为：分别计算交叉路径超声响应信号中第一路径和第二路径下响应频谱所对应的第一非线性声调制参数和第二非线性声调制参数；若第一非线性声调制参数和第二非线性声调制参数之间的差值小于预设阈值，则无缺陷，若大于等于预设阈值，则存在缺陷。

10、进一步的，所述响应频谱的获取，具体为：对超声响应信号进行小波变换，获得不同频率的子信号；通过选择不同尺度的小波系数，实现对超声响应信号的去噪和分解；对去噪和分解后的小波系数进行逆小波变换，获得去噪后的声波响应重构信号；基于声波响应重构信号，通过傅里叶变换，获得响应频谱。

11、进一步的，所述待检测碳纤维复合材料的交叉路径超声响应信号的获取，采用设置于待测待检测碳纤维复合材料表面的矩形激励-传感网络得到；其中，所述矩形激励-传感网络由设置于矩形顶点位置的四个压电陶瓷传感器构成，位于同一侧的两个压电陶瓷传感器作为激励端，另一侧的两个压电陶瓷传感器作为接收端。

12、根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测系统，包括：

13、信号获取单元，其用于获取待检测碳纤维复合材料的交叉路径超声响应信号；

14、信号处理单元，其用于对所述交叉路径超声响应信号进行小波变换，获得不同频率的子信号；基于获得的不同频率的子信号，通过重构及傅里叶变换，获得响应频谱；

15、非线性声调制参数计算单元，其用于基于所述响应频谱，计算不同路径下响应频谱对应的非线性声调制参数；

16、缺陷检测单元，其用于基于不同路径下非线性声调制参数的比较结果，实现碳纤维复合材料内部缺陷的无基准检测。

17、根据本公开实施例的第三个方面，提供了一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测平台，包括信号发生器、数字示波器、矩形激励-传感网络以及处理器；所述矩形激励-传感网络分别与信号发生器和数字示波器进行连接；所述处理器用于控制信号发生器通过矩形激励-传感网络的激励端进行探测波的激发，以及通过与数字示波器连接的矩形激励-传感网络的接收端进行超声响应信号的接收；以及执行上述的一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法。

18、进一步的，所述矩形激励-传感网络由设置于矩形顶点位置的四个压电陶瓷传感器构成，位于同一侧的两个压电陶瓷传感器作为激励端，另一侧的两个压电陶瓷传感器作为接收端。

19、根据本公开实施例的第四个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法。

20、根据本公开实施例的第五个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法。

21、与现有技术相比，本公开的有益效果是：

22、(1)本公开提供了一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法及系统，所述方案通过利用若干压电换能器来搭建传感网络，并结合双频声调制技术采集两个交叉路径下的超声波响应信号，通过对比两个交叉路径下响应频谱中频率成分的差异进行损伤识别，无需依赖健康基准数据，即可对碳纤维复合材料实现准确、可靠和适应性强的损伤检测与定位。

23、(2)本公开所述方案基于非线性声调制参数的定义，通过对比两个不同路径(两个路径交叉)下的非线性声调制参数，即可实现损伤的有效识别，提高了识别效率和准确度。

24、本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

技术特征：

1.一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法，其特征在于，所述非线性声调制参数的计算，基于响应频谱中边带能量与低频及高频成分乘积的比值得到。

3.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法，其特征在于，所述基于不同路径下非线性声调制参数的比较结果，实现碳纤维复合材料内部缺陷的无基准检测，具体为：分别计算交叉路径超声响应信号中第一路径和第二路径下响应频谱所对应的第一非线性声调制参数和第二非线性声调制参数；若第一非线性声调制参数和第二非线性声调制参数之间的差值小于预设阈值，则无缺陷，若大于等于预设阈值，则存在缺陷。

4.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法，其特征在于，所述响应频谱的获取，具体为：对超声响应信号进行小波变换，获得不同频率的子信号；通过选择不同尺度的小波系数，实现对超声响应信号的去噪和分解；对去噪和分解后的小波系数进行逆小波变换，获得去噪后的声波响应重构信号；基于声波响应重构信号，通过傅里叶变换，获得响应频谱。

5.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法，其特征在于，所述待检测碳纤维复合材料的交叉路径超声响应信号的获取，采用设置于待测待检测碳纤维复合材料表面的矩形激励-传感网络得到；其中，所述矩形激励-传感网络由设置于矩形顶点位置的四个压电陶瓷传感器构成，位于同一侧的两个压电陶瓷传感器作为激励端，另一侧的两个压电陶瓷传感器作为接收端。

6.一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测系统，其特征在于，包括：

7.一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测平台，其特征在于，包括信号发生器、数字示波器、矩形激励-传感网络以及处理器；所述矩形激励-传感网络分别与信号发生器和数字示波器进行连接；所述处理器用于控制信号发生器通过矩形激励-传感网络的激励端进行探测波的激发，以及通过与数字示波器连接的矩形激励-传感网络的接收端进行超声响应信号的接收；以及执行如权利要求1-5任一项所述的一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法。

8.如权利要求7所述的一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测平台，其特征在于，所述矩形激励-传感网络由设置于矩形顶点位置的四个压电陶瓷传感器构成，位于同一侧的两个压电陶瓷传感器作为激励端，另一侧的两个压电陶瓷传感器作为接收端。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5任一项所述的一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法。

技术总结本公开提供了一种碳纤维复合材料内部缺陷无基准检测方法及系统，包括：获取待检测碳纤维复合材料的交叉路径超声响应信号；对所述交叉路径超声响应信号进行小波变换，获得不同频率的子信号；基于获得的不同频率的子信号，通过重构及傅里叶变换，获得响应频谱；基于所述响应频谱，计算不同路径下响应频谱对应的非线性声调制参数；基于不同路径下非线性声调制参数的比较结果，实现碳纤维复合材料内部缺陷的无基准检测。技术研发人员：李秋霞,秦小舒受保护的技术使用者：山东交通学院技术研发日：技术公布日：2024/10/10