[发明专利]结构部件和用于评估结构部件中的应变的方法

说明书

本发明涉及结构部件和用于评估结构部件中的应变的方法。结构部件可具有在结构部件内的衍射腔的几何图案，其中几何图案中的衍射腔均具有腔宽度并以腔间隔距离彼此间隔开。该方法可包括将电磁(EM)能量的投射射束投射穿过结构部件到达衍射腔的第一几何图案，以形成EM能量的衍射射束，该EM能量的衍射射束被衍射腔的几何图案反射或透射穿过该衍射腔的几何图案并具有衍射波长，衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的腔间隔距离的变化；检测衍射射束的衍射波长；并且将衍射射束的衍射波长与结构部件中的应变关联。

技术领域

本公开总体上涉及结构部件的非破坏性检查(NDI)，并且更具体地，涉及利用结构部件内的衍射腔的几何图案检测暴露于环境条件而引起的结构部件中的应变的系统和方法，该结构部件衍射不可见电磁(EM)能量以产生被结构部件反射或透射的EM能量的波长的可检测到的变化，该变化指示了结构部件中的应变。

背景技术

诸如商用车、制造设备和其他工业系统这样的许多机械系统可被暴露于诸如振动、极端温度、冲击和机械应力这样的特别剧烈的环境条件。例如，即使在地面上，飞机也可在货物装卸期间承受巨大的应力以及来自支援车辆和地面支援设备的冲击。在飞行期间，起飞和降落期间，可能因货物移位或固定不当、飞行期间与物体的撞击等而导致应力和/或冲击。另外，某些结构部件在暴露于高温时会承受热应力。例如，某些复合材料会受到热降解的影响，从而会损害复合材料的机械性能，这些机械性能包括挠曲强度、冲击后的压缩以及层间剪切强度，还有其他机械性能。

因此，通常在各种工业系统的所选择部件的使用寿命期间对部件进行例行检查和评估。一个或更多个结构部件的完整性会被损害，而没有环境条件对部件的影响的伴随的视觉可检测到的指示。因此，存在需要可指示对在操作期间暴露于诸如重复载荷、冲击、高温等之类的环境条件之后的结构部件的累积影响的非破坏性检查技术。这样的指示可造成安排在适当的时间对结构部件进行进一步评估、维修和/或更换。

发明内容

在本公开的一方面，公开了一种结构部件。该结构部件可包括第一外表面、第二外表面以及在结构部件内的由第一表面形成的衍射腔的第一几何图案。该衍射腔的第一几何图案可具有以第一腔间隔距离彼此间隔开的第一组衍射腔，其中，当具有与第一腔间隔距离对应的第一波长的EM能量的第一投射射束碰上第一组衍射腔时，该EM能量的第一投射射束被衍射，并且形成具有第一衍射波长的衍射的EM能量的第一衍射射束，第一衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第一腔间隔距离的变化。

在本发明的另一方面，公开了一种用于评估结构部件中的应变的检查系统。该检查系统可包括：在结构部件内的衍射腔的第一几何图案，所述衍射腔的第一几何图案具有以第一腔间隔距离彼此间隔开的第一组衍射腔；以及第一EM能量源，其以与第一腔间隔距离对应的第一波长投射EM能量的第一投射射束。当EM能量的第一投射射束被投射到结构部件上时，EM能量的第一投射射束可穿过结构部件到达衍射腔的第一几何图案，并且可被第一组衍射腔衍射，以形成具有第一衍射波长的衍射的EM能量的第一衍射射束，第一衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第一腔间隔距离的变化。该检测系统还可包括：EM能量检测器，其在第一EM能量源将EM能量的第一投射射束投射到结构部件上时检测来自第一组衍射腔的衍射EM能量的第一衍射射束的第一衍射波长；以及处理器，其操作性地连接到EM能量检测器，并被配置为从EM能量检测器接收衍射的EM能量的第一衍射射束的第一衍射波长并将第一衍射波长与结构部件中的应变关联。