[发明专利]碳纤维增强复合材料管件结构缺陷内检探头及检测方法

摘要

本发明公开了一种碳纤维增强复合材料管件结构缺陷内检探头及检测方法，所述探头包括环形磁芯，固定于环形磁芯上的激励线圈和周向磁场梯度传感器阵列，环形磁芯的径向截面为“凹”字形，周向磁场梯度传感器阵列在环形磁芯的“凹”字形凹槽内沿环形磁芯周向均匀排布，激励线圈均匀绕制于环形磁芯上；本发明还提供上述探头的检测方法，能够对碳纤维增强复合材料管件分层、剥离等结构缺陷进行快速、高精度检测，具有重要的工程应用价值。

主权项

1.一种碳纤维增强复合材料管件结构缺陷内检探头的检测方法，所述碳纤维增强复合材料管件结构缺陷内检探头包括环形磁芯(1)，固定于环形磁芯(1)上的激励线圈(2)和周向磁场梯度传感器阵列(3)，所述环形磁芯(1)的径向截面为“凹”字形，所述周向磁场梯度传感器阵列(3)由n个周向磁场梯度传感器构成，且在环形磁芯(1)的“凹”字形凹槽内沿环形磁芯(1)周向均匀排布，激励线圈(2)由漆包线均匀绕制于环形磁芯(1)上；检测时，所述碳纤维增强复合材料管件结构缺陷内检探头放置于内径与其直径相同的碳纤维增强复合材料管件内；其特征在于：所述检测方法包括碳纤维增强复合材料管件结构缺陷扫查特征矩阵的建立、碳纤维增强复合材料管件结构缺陷深度评估以及碳纤维增强复合材料管件结构缺陷缺陷形状评估；(1)碳纤维增强复合材料管件结构缺陷扫查特征矩阵的建立，具体方法如下：依次连接信号发生器、功率放大器、所述碳纤维增强复合材料管件结构缺陷内检探头、滤波放大器、数据采集卡和计算机，将碳纤维增强复合材料管件结构缺陷内检探头放置于内径与其直径相同的碳纤维增强复合材料管件内，碳纤维增强复合材料管件结构缺陷内检探头的初始位置为其在碳纤维增强复合材料管件内轴向扫查坐标原点，碳纤维增强复合材料管件结构缺陷内检探头在碳纤维增强复合材料管件内进行轴向扫查，且不发生周向转动；碳纤维增强复合材料管件结构缺陷内检探头在轴向扫查任意位置lx处，信号发生器和功率放大器产生方波信号，驱动激励线圈(2)工作，与此同时，由计算机通过数据采集卡采集周向磁场梯度传感器阵列(3)中位于0，2π/n，4π/n，6π/n...，2π(n‑1)/n的n个周向磁场梯度传感器的磁场梯度信号Vlx1，Vlx2，...，Vlxn，并提取Vlx1，Vlx2，...，Vlxn的峰值lx1，lx2，...，lxn作为信号特征；通过采集碳纤维增强复合材料管件结构缺陷内检探头在轴向扫查位置l1，l2，...，lm的信号特征，得到m×n的扫查信号特征矩阵k；(2)碳纤维增强复合材料管件结构缺陷深度评估，具体方法如下：在碳纤维增强复合材料管件内加工平均深度分别为H1、H2、H3、...，Hl的结构缺陷，通过步骤(1)中的方法，得到扫查信号特征矩阵k1、k2、k3、...，kl，分别提取扫查信号特征矩阵k1、k2、k3、...，kl的最大值T1、T2、T3、...，Tl，以T1、T2、T3、...，Tl为横坐标，以H1、H2、H3、...，Hl为纵坐标，得到结构缺陷平均深度与扫查矩阵信号特征的关联曲线，对该曲线进行线性拟合得拟合公式Hx＝aTx+b，其中a和b分别为拟合公式的斜率和截距；对于结构缺陷深度未知的碳纤维增强复合材料管件，得到其扫查信号特征矩阵kx的最大值Tx，将其代入拟合公式Hx＝aTx+b，能够计算得到碳纤维增强复合材料管件结构缺陷深度；(3)碳纤维增强复合材料管件结构缺陷形状评估，具体方法如下：在碳纤维增强复合材料管件上加工深度为管壁厚度一半的结构缺陷，通过步骤(1)中的方法，得到扫查信号特征矩阵kb的最大值Tb；对于形状未知的结构缺陷，通过步骤(1)中的方法得到扫查信号特征矩阵kw，kw中大于等于Tb/3的矩阵元素所构成的图形即为碳纤维增强复合材料管件结构缺陷的形状。