[发明专利]结构中的基于衍射的应变测量和损伤检测的表面下图案化

说明书

本发明涉及结构中的基于衍射的应变测量和损伤检测的表面下图案化。公开了用于评定结构组件中的应变的系统和方法。结构组件可具有在结构组件内的沟槽的几何图案，几何图案中的沟槽各自具有沟槽宽度。该方法可包括：通过结构组件将电磁(EM)能束投射到沟槽的几何图案以创建从沟槽的几何图案反射或透射通过沟槽的几何图案的EM能的衍射波束，该衍射波束具有指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的沟槽宽度的改变的衍射波长；检测衍射波束的衍射波长；以及将衍射波束的衍射波长与结构组件中的应变相关联。

技术领域

本公开总体上涉及结构组件的非破坏性检查(NDI)，更具体地，涉及利用结构组件内的沟槽的几何图案来检测由暴露于环境条件而导致的结构组件中的应变的系统和方法，沟槽衍射不可见电磁(EM)能以产生从沟槽反射或透射的EM能的波长的可检测变化，这些变化指示结构组件中的应变。

背景技术

许多机械系统(例如，商用车辆、制造设备和其它工业系统)可能暴露于特别含能环境条件(例如，振动、极端温度、冲击和机械应力)。例如，即使在地面上时，飞行器也可能在货物装卸期间暴露于显著应力，以及来自支撑车辆和地面支撑设备的冲击。在飞行期间，可能在起飞和着陆期间、由于货物移位或固定不当、由于在飞行期间与物体的撞击等导致应力和/或冲击。另外，一些结构组件可能在暴露于高温时经历热应力。例如，一些复合材料可能受热降解影响，其可能损害复合材料的机械性质，包括弯曲强度、冲击后的压缩以及层间剪切强度等。

因此，常见的是，在组件的操作寿命期间例行地检查和评估各种工业系统的所选组件。一个或更多个结构组件的完整性可能受到损害，而未伴随环境条件对组件的影响的视觉可检测的指示。因此，需要非破坏性检查技术，其可指示在操作期间暴露于诸如重复载荷、冲击、高温等的环境条件之后对结构组件的累积影响。这些指示可能导致安排在适当的时间对结构组件进行进一步评估、维修和/或更换。

发明内容

在本公开的一个方面，公开了一种多层结构组件。该多层结构组件可包括第一外层、第二外层以及设置在第一外层和第二外层之间的第一图案化层。第一图案化层可包括在第一图案化层的第一表面上的沟槽的第一几何图案，其中沟槽的第一几何图案具有各自具有第一沟槽宽度的第一组沟槽。具有与第一沟槽宽度对应的第一波长的EM能的第一投射波束可在EM能的第一投射波束撞击第一组沟槽时被衍射并创建具有第一衍射波长的衍射EM能的第一衍射波束，第一衍射波长指示由于多层结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第一沟槽宽度的改变。第一外层和第二外层中的至少一个可由相对于EM能的第一投射波束和衍射EM能的第一衍射波束透明的外层材料制造。

在本发明的另一方面，公开了一种用于评定结构组件中的应变的检查系统。该检查系统可包括：在结构组件内的沟槽的第一几何图案，其具有各自具有第一沟槽宽度的第一组沟槽；以及第一EM能源，其以与第一沟槽宽度对应的第一波长投射电磁能的第一投射波束。当EM能的第一投射波束被投射到结构组件上时，EM能的第一投射波束穿过结构组件到达沟槽的第一几何图案，并被第一组沟槽衍射以创建具有第一衍射波长的衍射EM能的第一衍射波束，第一衍射波长指示由于结构组件暴露于环境条件时所导致的应变而引起的第一沟槽宽度的改变。检查还可包括：EM能检测器，当第一EM能源将EM能的第一投射波束投射到结构组件上时，其检测来自第一组沟槽的衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长；以及处理器，其在操作时连接到EM能检测器，并且被配置为从EM能检测器接收衍射EM能的第一衍射波束的第一衍射波长并将第一衍射波长与结构组件中的应变相关联。