● 摘要
蜂窝夹芯复合材料具有比强度高、抗疲劳、耐冲击等优异的综合性能，广泛应用于航空、航天、土建等诸多领域。因其制造工艺原因或服役载荷作用很容易形成缺陷，针对蜂窝夹芯复合材料的无损检测成为不可缺少的工作。空气耦合超声检测以其快速、非接触、完全无损以及可实现在线原位检测等特点受到越来越多的关注。本文基于空气耦合超声检测技术的原理和特点，设计构建了空气耦合超声检测系统，研究了空气耦合超声的激励与接收的方法，将脉冲压缩算法应用到检测系统中，有效提高了检测信号信噪比，为蜂窝夹芯复合材料的空气耦合超声检测提供了可借鉴的方法和数据参考。首先，通过对空气耦合超声检测技术的原理和特点的描述，从空气耦合超声换能器技术、空气耦合超声检测方法和空气耦合超声激励与接收技术三个方面介绍了空气耦合超声检测技术中研究的主要内容和关键技术。其次，对空气耦合超声检测系统进行了功能需求分析，完成了空气耦合超声检测软硬件系统的设计开发。从硬件系统和软件系统两个方面分别介绍了硬件设备组成、功能指标、工作原理以及检测软件的设计架构、各模块的功能及实现方法。再次，介绍了脉冲压缩技术的原理、匹配滤波器原理以及脉冲压缩技术在超声检测中的实现方法。在此基础上分别研究了线性调频、非线性调频以及相位编码信号的设计原理及其脉冲压缩算法，并将其应用到检测系统中。通过对实验结果的分析，得出了影响三种信号脉冲压缩效果的因素，并对参数进行了选优。最后，通过选取各脉冲压缩信号最优参数，分别使用线性调频、非线性调频和相位编码脉冲压缩信号对预置了缺陷的蜂窝夹芯板试样进行了检测，分析对比了各C扫描成像结果，验证了信号及参数选择的正确性。通过研究缺陷的定量分析方法，对相位编码脉冲压缩信号的C扫描成像结果进行了缺陷的定量分析，得出了较为准确的缺陷尺寸。研究结果表明，采用相位编码脉冲压缩技术对蜂窝夹芯复合材料进行无损检测，能够比线性调频和非线性调频脉冲压缩获得更高的信号信噪比，从而更为清晰的掌握材料内部细节情况，对缺陷具有更高的缺陷识别度。