一种复合材料缺陷检测方法、装置、终端及可读介质

技术领域

本发明涉及电工材料的缺陷检测领域，特别涉及一种复合材料缺陷检测方法、装置、终端及可读介质。

背景技术

复合材料具有轻量化、强度高、抗震性能好等优点，作为承受电气和机械负荷的重要载体，广泛应用于绝缘拉杆、复合套管、支柱、电杆等电气设备中。但现场应用中多起电气设备中的复合材料制品出现了机械、电气和密封等问题，影响设备安全运行，造成了极大的损失。

导致电气设备用复合材料在运行中发生故障的主要原因有两方面：一方面是在生产过程中由于质量控制原因而产生的内部缺陷；另一方面原因是在运输、安装或运行过程中由于受外力作用而产生的缺陷。为了确保电网设备的安全运行，应对复合材料内部是否存在缺陷的情况进行有效检测。但复合材料的内部结构难以窥探，目前对电气设备用复合材料的性能评价手段有电气试验、机械试验、材料试验等，主要从宏观层面考核绝缘件的电气、机械和材料性能。但检测方法程序复杂，工作量大，对内部缺陷的检测效果不佳。且其中许多项目都不是无损检测，测试后的样品基本无法再次使用。

目前国内外对复合材料的缺陷无损检测主要采用超声波探伤技术。但该方法属于局部损伤检测法，受操作者熟练程度和经验的影响较大，检测复合材料整体时需要进行复杂且耗时的扫描操作。并且超声波在电气设备复合材料探伤检测中可能存在误判的现象。

另一种常用的复合材料无损检测方法是X射线缺陷检测法，但X射线会产生放射线电离辐射，如操作不当则会对检测人员的健康造成危害，且设备占地面积大，测试结果受操作者熟练程度和经验的影响也较大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种复合材料缺陷检测方法，能够无损检测复合材料内部缺陷，并且操作简单，测试速度快且测试效果准确。

本发明还提出一种具有上述复合材料缺陷检测方法的装置、终端及可读介质。

根据本发明的第一方面实施例的复合材料缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过力锤激振法对目标复合材料的完好件和缺陷件进行检测，得到所述完好件和缺陷件的模态数据；

依据所述完好件和所述缺陷件的模态数据之间的区别，确定所述缺陷件对应的模态数据范围；

重复上述操作，得到目标复合材料对应的所有缺陷件对应的模态数据范围；

整合所有缺陷件对应的模态数据范围，作为目标复合材料的模态数据库；

对待检测元件进行力锤激振法，得到实验数据；

依据所述实验数据和模态数据库做对比，确定所述待检测元件对应的缺陷类型。

根据本发明实施例的复合材料缺陷检测方法，至少具有如下有益效果：本申请提出的方法利用力锤激振法，预先测试目标复合材料所有常见缺陷类型对应的模态数据，然后通过检测待测目标的模态数据，反推待测目标的缺陷类型，替代了现有的复合材料缺陷检测方法。

根据本发明的一些实施例，所述力锤激振法的过程，包括：

在测试目标上设置加速度传感器；

将测试目标通过简支梁形式固定；

用力锤对测试目标进行多次敲击，得到每次敲击时所述测试目标对应的频率特征。

根据本发明的一些实施例，所述方法还包括步骤：

测试目标复合材料的完好件以及所有缺陷件对应的电气、机械性能，得到目标材料的性能数据库。

根据本发明的一些实施例，所述模态数据包括，固有频率值、固有频率下降率、振型、频响函数及结构的应变响应函数中的至少一项。

根据本发明的一些实施例，判断模态数据的时候，将所述固有频率的下降率作为主要的判断依据。

根据本发明的一些实施例，目标复合材料为玻璃纤维增强型环氧树脂。

根据本发明的一些实施例，所述缺陷类型包括：气泡、分层、裂纹、纤维断裂缺陷。

根据本发明的第二方面实施例的复合材料缺陷检测装置，其特征在于，包括：

力锤测试模块，能够通过力锤激振法对目标复合材料的每个样品的模态数据；

模态数据分析模块，能够根据目标复合材料每个缺陷件和完好件之间的模态数据的区别进行分析，得到每个缺陷件对应的模态数据范围；

模态数据库整合模块，用于整合所有缺陷件对应的模态数据范围，作为目标复合材料的模态数据库。

进一步地，所述力锤测试模块，还包括：

加速度传感器元件，能够接收测试目标的震动数据，进而计算频率数据。

固定元件，以简支梁形式固定测试目标；

力锤元件，用于敲击测试目标，并且记录敲击时使用的力。

根据本申请的第三方面，提供了一种终端，该终端包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时以实现上述复合材料缺陷检测方法。

根据本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令用于以执行上述复合材料缺陷检测方法。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的复合材料缺陷检测方法的步骤示意图；

图2为图1示出的复合材料缺陷检测方法的步骤S100的详细步骤图；

图3为本申请实施例的复合材料缺陷检测装置的结构框图的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

复合材料在生产过程以及运输过程中，可能会产生无法预知的损伤，这些损伤必然会导致其机械、电气性能下降，或者密封等一系列的问题；为了避免这些材料的损伤造成更大的损失，需要对复合材料的缺陷进行检测，现有技术要么操作复杂，要么设备体积大，不易携带。为了解决这些问题，本方法提出了一种复合材料缺陷检测方法，能够无损的检测复合材料的缺陷，并且检测所使用的设备体积小，容易携带，便于操作。

实施例一、

参照图1，本申请提出了一种复合材料缺陷检测方法，该方法至少包括以下步骤：

步骤S100、通过力锤激振法对目标复合材料的完好件和缺陷件进行检测，得到所述完好件和缺陷件的模态数据。

力锤激振法是一种测试物体结构振动效果，来描述物体结构的方法，本方法中通过对标准完好件作为参照物，对缺陷件进行力锤激振法进行测试，能够得到完好件和缺陷件对应的模态数据。

步骤S200、依据所述完好件和所述缺陷件的模态数据之间的区别，确定所述缺陷件对应的模态数据范围。

通过比对完好件和缺陷件模态数据中不同的部分，能够确定出缺陷件和完好件不同的部分，将这些不同的区别特征作为缺陷件的特征，确定该类型的缺陷件对应的模态数据范围。

步骤S300、对目标材料的其他缺陷件重复上述步骤S100和S200，得到目标复合材料对应的所有缺陷件对应的模态数据范围。

针对每种不同的复合材料，产生的缺陷可能是不同的，针对每种缺陷做出实验，得到每个类型缺陷对应的模态数据范围，能够更全面的评价复合材料。

步骤S400、整合所有缺陷件对应的模态数据范围，作为目标复合材料的模态数据库。

步骤S500、对待检测元件进行力锤激振法，得到实验数据。

步骤S600、依据所述实验数据和模态数据库做对比，确定所述待检测元件对应的缺陷类型。

将步骤S500中得到的待检测元件的实验数据，与步骤S400中得到的模态数据库进行对比，选择模态数据最接近的一项，作为待检测元件的类型。

实施例二、

为了更详细的描述本申请的步骤，现在实施例一的基础上，做出更详细的说明。本方法包括以下步骤：

步骤S100、通过力锤激振法对目标复合材料的完好件和缺陷件进行检测，得到所述完好件和缺陷件的模态数据。参照图2，该步骤可以分为：

步骤S101、在测试目标上设置加速度传感器。

步骤S102、将测试目标通过简支梁形式固定。

步骤S103、用力锤对测试目标进行多次敲击，得到每次敲击时所述测试目标对应的模态数据特征。

进一步地，由于模态数据包括固有频率值、固有频率下降率、振型、频响函数及结构的应变响应函数。理论上来说，对他们都进行分析才能够比较客观的得到结果，但是根据大量实验得出结论，固有频率的下降率是可以作为主要评价依据的，这样能够节省大量的计算过程，同时还具有较好的准确度。

力锤激振法属于现有技术，依据加速度传感器信号计算振动频率的过程，属于本领域技术人员能够想到的过程，此处不再赘述。

在本实施例中，实验对象为玻璃纤维增强型环氧树脂。

对完好件敲击5次，根据加速器传输的数据计算每次对应的特征频率，然后取平均值，具体如表1所示。

表1

然后将缺陷件进行同样的测试，取平均值作为对比。如表2所示：

表2

步骤S200、依据所述完好件和所述缺陷件的模态数据之间的区别，确定所述缺陷件对应的模态数据范围。

根据表1和表2可以观察到，针对上述测试的缺陷件来说，缺陷件和完好件的区别主要体现在第四阶频率的下降。第4阶固有频率下降率超过15％以上。

步骤S300、对目标材料的其他缺陷件重复上述步骤S100和S200，得到目标复合材料对应的所有缺陷件对应的模态数据范围。

对其他缺陷类型的缺陷件做出上述步骤S100和S200，得到不同缺陷对应的模态数据范围。

步骤S400、整合所有缺陷件对应的模态数据范围，作为目标复合材料的模态数据库。

步骤S500、对待检测元件进行力锤激振法，得到实验数据。

此步骤与步骤S100中的步骤一致，此处省略。

步骤S600、依据所述实验数据和模态数据库做对比，确定所述待检测元件对应的缺陷类型。

将待检测元件和数据库中的数据做对比，如表3所示。

表3绝缘子芯棒的特征频率

固有频率下降率如表4所示。

表4绝缘子芯棒的固有频率下降率

可以很明显的看出，测试品和完好品结果相似，所以测试品没有缺陷。

本实施例中为了方便说明，仅用裂纹类的缺陷品作为比对。

进一步地，本申请还可以包括步骤：

步骤A100、测试目标复合材料的完好件以及所有缺陷件对应的电气、机械性能，得到目标材料的性能数据库。

上述步骤S100～S600能够确定待测试的缺陷类型。由于有些缺陷可能不影响实际使用，所以在检测过程中，可以通过预先测试好的每种缺陷对应的电气机械性能，客观的分析待测元件是否需要淘汰，从而节约成本，避免淘汰非必要缺陷件。

可以理解到的是，由于测试的目标复合材料电气、机械性能使用的是不同的测试设备，所以该步骤并没有明显的先后顺序要求，只需要预先将各种类型缺陷对应的电气、机械性能测试好，就能够根据待测试的元件的模态数据，确定电气、机械性能数据。

进一步地，本申请描述的方法，在根据模态数据库进行对比的时候，采用了比较敏感的数据作为参照依据，是为了提高人工比对时候的效率。如果将比对过程以计算机程序的形式进行实现，批量的确定测试件对应的缺陷类型，也是不超出本申请的宗旨的。

本申请的又一实施例提供了一种复合材料缺陷检测装置，如图3所示，该装置20包括：力锤测试模块201、模态数据分析模块202、模态数据库整合模块203。

力锤测试模块201，能够通过力锤激振法对目标复合材料的每个样品的模态数据；

模态数据分析模块202，能够根据目标复合材料每个缺陷件和完好件之间的模态数据的区别进行分析，得到每个缺陷件对应的模态数据范围；

模态数据库整合模块203，用于整合所有缺陷件对应的模态数据范围，作为目标复合材料的模态数据库。

本申请实施例通过上述复合材料缺陷检测装置，经过大量的实验测出一类复合材料所有常见缺陷，建立模态数据库；然后对待检测设备进行力锤法测试其模态数据，从而代替了现有探伤手段，不仅设备轻便，而且易于上手，且不会对操作人员造成伤害。

进一步地，所述力锤测试模块201，还包括：

加速度传感器元件，能够接收测试目标的震动数据，进而计算频率数据。

固定元件，以简支梁形式固定测试目标；

力锤元件，用于敲击测试目标，并且记录敲击时使用的力。

本实施例的复合材料缺陷检测装置最大的特点就是相较于传统的探伤设备，具有很好便携性，而且易于操作。

本申请又一实施例提供了一种终端，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序时以实现上述复合材料缺陷检测方法。

力锤法检测物体模态数据属于现有技术，根据传感器数据计算物体模态数据属于本领域技术人员能够想到的方法。

具体地，处理器可以是CPU，通用处理器，DSP，ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

具体地，处理器通过总线与存储器连接，总线可包括一通路，以用于传送信息。总线可以是PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。

存储器可以是ROM或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。

可选的，存储器用于存储执行本申请方案的计算机程序的代码，并由处理器来控制执行。处理器用于执行存储器中存储的应用程序代码，以实现图3所示实施例提供的复合材料缺陷检测装置的动作。

本申请实施例通过现有的力锤检测法，预先测试好目标复合材料所有常见缺陷的模态数据，然后通过力锤测试检测测试目标，依据模态数据的特征反推测试目标的缺陷类型，从而替代了传统的检测方法。

本申请又一实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令用于执行上述图1所示的复合材料缺陷检测方法。

本申请实施例通过测试复合材料常见缺陷对应的模态数据，然后得到复合材料对应的模态数据库。然后基于检测目标的模态数据进行对比，反向推导测试目标的缺陷类型，提供了一种不同的复合材料缺陷检测方法。

以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。