基于平面ECT的航空复合材料缺陷检测优化研究
复合材料具有诸多优良性能如抗疲劳、耐腐蚀、耐高温、质量轻,在航空航天、军事工业等领域中应用越来越广。复合材料在制造和使用过程中自身结构和性质上会发生改变,也会受外在环境因素的影响。在航空领域为了确保飞机飞行的安全性,需要对复合材料进行损伤和缺陷检测以保证其质量。电容层析成像具有速度快、适应性强、成本低等优点,至今已经发展成为一种新型的缺陷损伤检测技术,其原理是利用电容的边缘效应对复合材料内部出现损伤的部位进行可视化检测。本文基于平面ECT的航空复合材料检测技术,对传感器的结构及相关参数进行优化研究,并通过实验来验证传感器性能的改善。本文将从以下几个方面进行论述:（1）针对平面式阵列电极传感器,确定传感器相关性能指标,分析电极板的结构参数如极板形状、长宽比、间距、屏蔽层等对其性能指标的影响。结果表明矩形极板的长宽比和间距的减小能够提高传感器的测量灵敏度,加入屏蔽层可以降低电容测量动态范围并改善灵敏度分布的均匀性。综合考虑各项指标得到一组优化参数:极板长宽比取值在1-2之间、极板间距为0.3cm,极间屏蔽宽度为0.2cm。（2）使用COMSOL多物理场仿真软件进行三维仿真建模,对比优化前后的传感器的二维、三维灵敏度分布和满场、物场电容差值。结果表明优化后的传感器电容差值和灵敏度提高,在距离传感器0.7cm高的层面上灵敏度分布的均匀性最好,仿真成像效果在此层面也是最好的。通过MATLAB用不同的图像重建算法在平面ECT中对不同类型的缺陷进行图像重建,通过对比图像相关系数和图像误差评价不同算法在平面ECT中的适用性。（3）在以STM32为核心的数据采集系统上进行实验测试,对复合材料的胶粘缺陷进行检测。通过成像效果和电容数据分析对比优化前后传感器检测胶粘缺陷的敏感程度、穿透深度、检测精度。实验结果表明优化后的传感器提高了缺陷检测的精度,检测深度在0.5cm-0.7cm范围内效果最好。
- 作者：
- 邓晨肖
- 学位授予单位：
- 中国民航大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 马敏
- 中图分类号：
- V250.2
- 关键词：
- 航空复合材料；无损检测；电容层析成像；平面阵列电极；传感器优化
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