一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头及方法与流程

1.本发明属于无损检测技术领域，更具体地，涉及一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头及方法。


背景技术：

2.冷藏集装箱可用于冷链物流，很多场合是采用复合材料夹芯板制作得到的。复合材料具有密度小，强度大的优点，其应用量日益增长。然而，复合材料夹芯板，例如其中的聚氨酯泡沫板在发泡成型的过程中，会产生体积大且形状不规则的气泡缺陷，直接影响保温效果。随着质量检测要求的日益提升，对快速便捷的复合材料夹芯板内部发泡缺陷的无损检测设备的需求也日益迫切，复合材料夹芯板实时检测新技术的使用，对冷链集装箱物流行业具有重要意义。
3.针对非金属冷藏集装箱检测，现有检测方法主要是敲击回声法。其原理是依据击打外层非金属板得到的回声来判断内部是否有气孔缺陷，此方法误差较大且对工人经验要求较高。如何设计出一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头及检测方法，以对外板为非金属的复合材料夹芯板进行有效检测，是本领域需要解决的一个技术问题。


技术实现要素：

4.本发明通过提供一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头及方法，解决现有技术中外板为非金属的复合材料夹芯板的气泡检测误差较大、对工人经验要求较高的问题。
5.本发明提供一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，包括：探头外壳、压电晶片、吸声材料、电缆线和接头；
6.所述压电晶片采用变截面压电晶片，所述压电晶片的边缘呈斜楔形，且所述压电晶片沿厚度方向振动；
7.所述压电晶片位于所述探头外壳的底部，所述吸声材料填充在所述探头外壳内，所述接头位于所述探头外壳的上部，所述接头通过所述电缆线与所述压电晶片连接；
8.所述探头用于对复合材料夹芯板的气泡缺陷进行无损检测，所述复合材料夹芯板的外板为非金属外板。
9.优选的，所述压电晶片的上表面外径的范围为6mm～12mm，下表面外径的范围为12mm～22mm，所述下表面外径和所述上表面外径的差值范围为6mm～10mm，所述压电晶片的厚度范围为0.5mm～5mm。
10.优选的，所述压电晶片的上表面的外径为10mm，下表面的外径为20mm，厚度为2mm。
11.优选的，所述探头的工作频率为500khz～2mhz。
12.优选的，所述吸声材料与所述压电晶片的上表面和斜楔形的侧面紧密贴合。
13.优选的，所述复合材料夹芯板的外板材料为碳纤维塑料、碳纤维增强热塑性塑料或长纤维复合材料中的一种。
14.优选的，所述复合材料夹芯板的芯材材料为硬质聚氨酯泡沫、聚丙烯泡沫或环氧树脂泡沫中的一种。
15.优选的，所述接头采用bnc-q9接头。
16.优选的，所述电缆线采用同轴电缆线。
17.另一方面，本发明提供一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的方法，采用两个上述的用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，一个探头作为导波激励探头，另一个探头作为导波接收探头；
18.将所述导波激励探头和所述导波接收探头分别放在表面涂有耦合剂的复合材料夹芯板的外板表面，所述导波激励探头和所述导波接收探头之间保持恒定距离；
19.将高频脉冲激励信号加载至所述导波激励探头，通过所述导波接收探头接收从外板传播过来的导波信号。
20.本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
21.本发明为了对外板为非金属的复合材料夹芯板进行气泡缺陷的无损检测，针对外板既不导磁也不导电这一特点，采用基于压电效应的压电超声导波探头，可以顺利地在外板中形成高频振动。本发明采用的压电超声导波探头没有使用斜楔，为了增强外板中的导波能力，采用变截面压电晶片，该压电晶片的边缘呈斜楔形，可以有效达到增强效果。本发明能够对外板为非金属的复合材料夹芯板的气泡缺陷进行无损检测，本发明提供的探头应用到非金属冷藏集装箱检测时，能够既不破坏集装箱外观，同时操作简单且效率高。
附图说明
22.图1为本发明实施例提供的一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头的结构示意图；
23.图2为本发明实施例提供的一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头中压电晶片的结构示意图；
24.图3为本发明实施例提供的一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头激发出的压电超声导波在复合材料夹芯板中的传播示意图；
25.图4为采用圆形薄片压电晶片制成的压电超声导波探头的接收信号；
26.图5为采用变截面压电晶片制成的压电超声导波探头的接收信号。
27.其中，1-探头外壳、2-接头、3-吸声材料、4-电缆线、5-压电晶片。
具体实施方式
28.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
29.实施例1：
30.实施例1提供一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，参见图1和图2，包括：探头外壳1、压电晶片5、吸声材料3、电缆线4和接头2；所述压电晶片5采用变截面压电晶片，所述压电晶片5的边缘呈斜楔形，且所述压电晶片5沿厚度方向振动；所述压电晶片5位于所述探头外壳1的底部，所述吸声材料3填充在所述探头外壳1内，所述接头2位于所述探头外壳1的上部，所述接头2通过所述电缆线4与所述压电晶片5连接；所述探头用于对复合
材料夹芯板的气泡缺陷进行无损检测，所述复合材料夹芯板的外板为非金属外板。
31.其中，所述压电晶片5的上表面外径的范围为6mm～12mm，下表面外径的范围为12mm～22mm，所述下表面外径和所述上表面外径的差值范围为6mm～10mm，所述压电晶片5的厚度范围为0.5mm～5mm。
32.例如，所述压电晶片5的上表面的外径为10mm，下表面的外径为20mm，厚度为2mm。
33.所述探头的工作频率为500khz～2mhz。所述压电晶片5在500khz～2mhz的范围内具有良好的响应，可满足常用频率范围内导波的激发和接收。
34.所述吸声材料3与所述压电晶片5的上表面和斜楔形的侧面紧密贴合。
35.所述复合材料夹芯板的外板材料为碳纤维塑料、碳纤维增强热塑性塑料或长纤维复合材料中的一种。
36.所述复合材料夹芯板的芯材材料为硬质聚氨酯泡沫、聚丙烯泡沫或环氧树脂泡沫中的一种。
37.所述接头2可采用bnc-q9接头。
38.所述电缆线4优选采用同轴电缆线。
39.实施例1提供的是一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷的压电超声导波探头，该探头采用变截面压电晶片，灵敏度高。该压电超声导波探头能够有效增强复合材料夹芯板外板中的导波能量，弥补复合材料夹芯板中芯材材料对导波的衰减。缺陷识别容易，探伤效率高，操作简单，与现行的其他方法比较，属于一种无损检测方法。
40.实施例2：
41.实施例2提供一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的方法，采用两个如实施例1所述的用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，一个探头作为导波激励探头，另一个探头作为导波接收探头；将所述导波激励探头和所述导波接收探头分别放在表面涂有耦合剂的复合材料夹芯板的外板表面，所述导波激励探头和所述导波接收探头之间保持恒定距离；将高频脉冲激励信号加载至所述导波激励探头，通过所述导波接收探头接收从外板传播过来的导波信号。
42.如图3所示，检测中，将两个压电超声导波探头放在表面涂有耦合剂的复合材料夹芯板的外板表面，并保持恒定距离。将高频脉冲激励信号加载到其中一个探头上，用另一个探头接收从外板传播过来的导波信号。
43.为了验证本发明提供的探头中变截面压电晶片在接收信号增强上的效果，将本发明提供的探头中的变截面压电晶片替换成圆形薄片压电晶片，得到比对探头。例如，圆形薄片压电晶片的外径为20mm，厚度为2mm；变截面压电晶片的上表面的外径为10mm，下表面的外径为20mm，厚度为2mm。
44.图4和图5为分别采用圆形薄片压电晶片制成的压电超声导波探头接收信号与采用变截面压电晶片制成的压电超声导波探头接收信号对比效果，可以看出，采用变截面压电晶片制成的探头接收信号脉冲宽度更窄，并且幅值提高了115％，采用变截面压电晶片可以有效达到增强外板中导波能力的效果。
45.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖
在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，其特征在于，包括：探头外壳、压电晶片、吸声材料、电缆线和接头；所述压电晶片采用变截面压电晶片，所述压电晶片的边缘呈斜楔形，且所述压电晶片沿厚度方向振动；所述压电晶片位于所述探头外壳的底部，所述吸声材料填充在所述探头外壳内，所述接头位于所述探头外壳的上部，所述接头通过所述电缆线与所述压电晶片连接；所述探头用于对复合材料夹芯板的气泡缺陷进行无损检测，所述复合材料夹芯板的外板为非金属外板。2.根据权利要求1所述的用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，其特征在于，所述压电晶片的上表面外径的范围为6mm～12mm，下表面外径的范围为12mm～22mm，所述下表面外径和所述上表面外径的差值范围为6mm～10mm，所述压电晶片的厚度范围为0.5mm～5mm。3.根据权利要求1所述的用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，其特征在于，所述压电晶片的上表面的外径为10mm，下表面的外径为20mm，厚度为2mm。4.根据权利要求1所述的用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，其特征在于，所述探头的工作频率为500khz～2mhz。5.根据权利要求1所述的用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，其特征在于，所述吸声材料与所述压电晶片的上表面和斜楔形的侧面紧密贴合。6.根据权利要求1所述的用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，其特征在于，所述复合材料夹芯板的外板材料为碳纤维塑料、碳纤维增强热塑性塑料或长纤维复合材料中的一种。7.根据权利要求1所述的用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，其特征在于，所述复合材料夹芯板的芯材材料为硬质聚氨酯泡沫、聚丙烯泡沫或环氧树脂泡沫中的一种。8.根据权利要求1所述的用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，其特征在于，所述接头采用bnc-q9接头。9.根据权利要求1所述的用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，其特征在于，所述电缆线采用同轴电缆线。10.一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的方法，其特征在于，采用两个如权利要求1-9中任一项所述的用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头，一个探头作为导波激励探头，另一个探头作为导波接收探头；将所述导波激励探头和所述导波接收探头分别放在表面涂有耦合剂的复合材料夹芯板的外板表面，所述导波激励探头和所述导波接收探头之间保持恒定距离；将高频脉冲激励信号加载至所述导波激励探头，通过所述导波接收探头接收从外板传播过来的导波信号。

技术总结
本发明属于无损检测技术领域，公开了一种用于复合材料夹芯板气泡缺陷检测的探头及方法。本发明采用基于压电效应的压电超声导波探头，可以顺利地在非金属外板中形成高频振动，探头没有使用斜楔，而是采用变截面压电晶片，可以有效达到增强外板中导波能力的效果。本发明能够对外板为非金属的复合材料夹芯板的气泡缺陷进行无损检测，本发明提供的探头应用到非金属冷藏集装箱检测时，能够既不破坏集装箱外观，同时操作简单且效率高。同时操作简单且效率高。同时操作简单且效率高。


技术研发人员：袁宁 陈文兴 赵安林 涂君 兰明华 吴樵 吕娅 何涛 刘星 徐达怡 邝稳钢
受保护的技术使用者：中车长江运输设备集团有限公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/3/8