基于電容敏感機(jī)理的飛機(jī)復(fù)合材料檢測(cè)方法研究.pdf

1、航空復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于新型飛機(jī)結(jié)構(gòu)。由于復(fù)合材料的損傷機(jī)理、失效形式及疲勞壽命等與金屬材料結(jié)構(gòu)顯著不同，因此為提高飛行安全、有效預(yù)估材料殘余疲勞壽命，需要對(duì)復(fù)合材料開(kāi)展無(wú)損在線健康監(jiān)測(cè)研究。
　　電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)是近年來(lái)出現(xiàn)的基于電容敏感機(jī)理的新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、價(jià)格低、速度快、無(wú)損可視等優(yōu)點(diǎn)。本文基于平面陣列

2、電容傳感器構(gòu)建ECT系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)。為驗(yàn)證其有效性和可靠性，對(duì)ECT系統(tǒng)的激勵(lì)模式、傳感器設(shè)計(jì)與優(yōu)化，以及硬件系統(tǒng)平臺(tái)搭建等相關(guān)方面展開(kāi)研究：
　　（1）分析ECT的“軟場(chǎng)”特性，利用COMSOL建立三維平面陣列傳感器，并對(duì)其進(jìn)行仿真，利用Matlab將仿真得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行成像，對(duì)比不同損傷模型下的成像效果；優(yōu)化傳感器的設(shè)計(jì)參數(shù)，包括電極幾何形狀、電極間距、基板厚度，以及屏蔽電極等，分析每個(gè)參數(shù)對(duì)傳感器的信號(hào)強(qiáng)度、

3、探測(cè)深度、靈敏度等性能的影響。
　?。?）優(yōu)化激勵(lì)測(cè)量模式，提出奇偶激勵(lì)模式，并對(duì)比分析單激勵(lì)模式、雙激勵(lì)模式和奇偶激勵(lì)模式下傳感器各項(xiàng)性能和成像效果。
　?。?）設(shè)計(jì)基于Xilinx Spartan-3AN系列FPGA芯片的ECT硬件檢測(cè)系統(tǒng)。利用FPGA的DDS模塊結(jié)合D/A轉(zhuǎn)換芯片搭建激勵(lì)信號(hào)源；基于FPGA嵌入式軟核搭建控制模擬開(kāi)關(guān)、多路選通、程控放大、及通信的微控制器（MCU）；同時(shí)通過(guò)FPGA采集A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)