C/GFRP層板沖擊損傷紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)技術(shù)研究

王飛，史倩竹，高明宇，劉俊巖，徐麗霞，劉麗霞，王揚(yáng)，陳明君，岳洪浩

1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001 2.北京衛(wèi)星制造廠有限公司，北京 100094

復(fù)合材料是指結(jié)合兩種或兩種以上材料優(yōu)異性能的一類材料，其因較高的比強(qiáng)度與優(yōu)異的可設(shè)計(jì)性在航空航天領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用[1]。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFRP）分別采用碳纖維與玻璃纖維作為其增強(qiáng)相，是目前最為常見(jiàn)的兩種復(fù)合材料。CFRP復(fù)合材料模量高，但價(jià)格也高；GFRP 模量較低，價(jià)格也相對(duì)較低。碳纖維/玻璃纖維混雜增強(qiáng)復(fù)合材料（C/GFRP）結(jié)合了兩者的優(yōu)勢(shì)，具有比強(qiáng)度高、比剛度高、韌性好以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)[2]。C/GFRP目前廣泛用于風(fēng)力發(fā)電葉片、直升機(jī)旋翼槳葉，以及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等領(lǐng)域。

C/GFRP 層板由于特殊的加工制造工藝與受使用環(huán)境等因素影響，容易出現(xiàn)分層及沖擊裂紋等缺陷，這些缺陷嚴(yán)重影響材料或結(jié)構(gòu)的整體使用性能與使用壽命[3-5]。因此，對(duì)C/GFRP層板開(kāi)展有效的無(wú)損檢測(cè)對(duì)于保障材料質(zhì)量與結(jié)構(gòu)件使用性能至關(guān)重要。目前針對(duì)C/GFRP分層及沖擊損傷的無(wú)損檢測(cè)方法主要包括目視檢測(cè)、超聲檢測(cè)、紅外視覺(jué)檢測(cè)、射線檢測(cè)等方法[6]，其中基于主動(dòng)熱激勵(lì)加載的紅外熱波成像檢測(cè)方法由于具有非接觸、直觀、探測(cè)面積大等優(yōu)勢(shì)，尤其適用于C/GFRP 層板分層/沖擊損傷的高效大面積檢測(cè)[7]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞C/GFRP缺陷的紅外熱像檢測(cè)方法開(kāi)展了廣泛而深入的理論與試驗(yàn)研究工作。火箭軍工程大學(xué)趙志彬等[8]首先制備了C/GFRP，并采用紅外熱像儀對(duì)進(jìn)行低速?zèng)_擊的C/GFRP試件進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，紅外熱成像檢測(cè)方法非常適用于監(jiān)測(cè)低速?zèng)_擊下的C/GFRP損傷演變過(guò)程，并能有效區(qū)分材料的損傷模式，但是對(duì)于損傷區(qū)域檢測(cè)信噪比較低。齊魯工業(yè)大學(xué)龔金龍等[9]采用增強(qiáng)型熱波雷達(dá)成像檢測(cè)方法檢測(cè)C/GFRP脫黏缺陷，結(jié)果表明，該增強(qiáng)方法可以有效識(shí)別徑深比為1.78的脫黏缺陷。意大利那不勒斯費(fèi)德里克二世大學(xué)C.Meola等[10]采用紅外熱波成像方法檢測(cè)GFRP沖擊損傷，結(jié)果表明，可以通過(guò)紅外熱波成像的方法獲取材料的損傷閾值等信息。

目前，針對(duì)紅外熱波成像檢測(cè)技術(shù)的研究主要聚焦于熱流產(chǎn)生方式、熱流調(diào)制激勵(lì)形式、特征提取算法、圖像處理方法等方面。本文采用脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)技術(shù)針對(duì)C/GFRP的沖擊損傷開(kāi)展檢測(cè)試驗(yàn)研究。

1 紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)技術(shù)

1.1 技術(shù)原理

紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)技術(shù)是將線性頻率調(diào)制、高能量脈沖激勵(lì)及脈沖壓縮/匹配濾波等多種技術(shù)相結(jié)合的一種主動(dòng)式紅外無(wú)損檢測(cè)方法。該方法與鎖相熱波成像檢測(cè)技術(shù)僅采用單一頻率信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)不同，脈沖雷達(dá)信號(hào)含有多個(gè)頻率成分。同時(shí)，與脈沖熱波成像的單一脈沖激勵(lì)相比，脈沖雷達(dá)信號(hào)包含多個(gè)脈沖序列，可以實(shí)現(xiàn)更多的能量注入。脈沖雷達(dá)信號(hào)如圖1所示。

圖1 脈沖雷達(dá)信號(hào)Fig.1 Chirp-pulsed radar signal

當(dāng)采用光強(qiáng)按線性頻率調(diào)制信號(hào)（Chirp 信號(hào)）規(guī)律變換的熱流對(duì)試件進(jìn)行主動(dòng)式熱加載時(shí)，通過(guò)將紅外熱像儀采集到的熱波信號(hào)與連續(xù)線性調(diào)頻雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)匹配濾波運(yùn)算，獲取熱波信號(hào)的峰值與延遲信息。由于線性頻率調(diào)頻雷達(dá)信號(hào)具有較大的時(shí)寬帶寬積，通過(guò)匹配濾波運(yùn)算可以達(dá)到增強(qiáng)信噪比的作用。因此，當(dāng)采用連續(xù)線性調(diào)頻雷達(dá)信號(hào)作為熱加載信號(hào)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)不同深度缺陷的一次性可靠檢測(cè)。脈沖雷達(dá)信號(hào)是連續(xù)線性調(diào)頻雷達(dá)信號(hào)與脈沖信號(hào)進(jìn)行卷積運(yùn)算得到的一種信號(hào)形式。脈沖雷達(dá)信號(hào)將兩者相結(jié)合，既保證了信號(hào)具有較大的可壓縮性，同時(shí)又保證有較多的能量注入，從激勵(lì)信號(hào)源上保證了此方法具有高信噪比特性。紅外雷達(dá)熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)結(jié)合了雷達(dá)探測(cè)技術(shù)與紅外熱波成像檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)不同熱流加載方式的選擇，使得該技術(shù)對(duì)試件檢測(cè)具有更好及更廣泛的適用性。其中脈沖雷達(dá)信號(hào)PR(t)可表達(dá)為

式中，Q為熱流功率密度，ω1為起始頻率，ω2為終止頻率，k為頻率變換速率，T為掃描時(shí)間，p為脈沖次數(shù)。

1.2 特征提取算法

雙路正交解調(diào)算法（DOD）的構(gòu)想來(lái)源于紅外鎖相熱波成像檢測(cè)技術(shù)。雙路正交解調(diào)算法獲取的相位信息對(duì)加熱不均、外部環(huán)境擾動(dòng)及表面發(fā)射率不均造成的影響不敏感，這也是該算法在鎖相熱波成像檢測(cè)技術(shù)中得以廣泛應(yīng)用的主要緣由。雙路正交解調(diào)算法應(yīng)用于紅外脈沖雷達(dá)信號(hào)特征提取，可顯著提高抑制噪聲能力。為獲取雙路正交解調(diào)特征幅值與相位，首先需要通過(guò)式（3）與式（4）獲取熱波信號(hào)的同相相關(guān)函數(shù)R與正交相關(guān)函數(shù)Q

式中，H( )為Heaviside函數(shù)，tp為單個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間。

心理學(xué)家齊克森米哈里在《心流：最佳體驗(yàn)的心理學(xué)》一書(shū)中提到這樣一個(gè)案例：在荷蘭一家醫(yī)院里，有一名患有精神分裂癥的女性患者，住院已超過(guò)10年，思路不清、病況嚴(yán)重，一直以來(lái)都情緒淡漠。

首先將通過(guò)紅外熱像儀采集到熱圖像序列，如圖2 所示，其中采集到的圖像序列為三維矩陣，其（i,j）像素所對(duì)應(yīng)的溫度響應(yīng)曲線為T(i,j,t)。

圖2 熱圖像序列示意圖Fig.2 Schematic diagram of thermal image sequence

所有像素點(diǎn)的溫度曲線與同向及正交信號(hào)作互相關(guān)運(yùn)算，進(jìn)而可以得到其互相關(guān)函數(shù)

但是實(shí)際獲取的溫度信號(hào)為離散數(shù)據(jù)，因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要應(yīng)用互相關(guān)匹配濾波的離散形式，設(shè)溫度信號(hào)采樣幀數(shù)為N，溫度響應(yīng)信號(hào)為T(i,j,n)，其互相關(guān)函數(shù)為

式中，像素（i,j）位置的溫度響應(yīng)信號(hào)由雙路正交解調(diào)算法獲取的幅值與相位定義為

2 材料與方法

2.1 C/GFRP混雜增強(qiáng)復(fù)合材料試件制備

采用INSTRON 公司的CEAST 9350 型落錘沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)碳纖維/玻璃纖維混雜增強(qiáng)復(fù)合材料（C/GFRP）試件開(kāi)展不同沖擊能量下的撞擊試驗(yàn)，該試驗(yàn)系統(tǒng)如圖3所示。其中沖擊頭直徑為16mm，該設(shè)備的沖擊速度范圍為0.77～24m/s，可實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的高速?zèng)_擊，沖擊能量范圍為0.59～1800J。模擬低速?zèng)_擊損傷試件光學(xué)圖片如圖4所示。所采用的C/GFRP 試件為玻璃纖維與碳纖維逐層交錯(cuò)鋪放，鋪放角度為0°與90°，單層碳纖維厚度為0.12mm，單層玻璃纖維厚度為0.13mm，板材總厚度為4.50mm。如圖4 所示，由左至右試件分別編號(hào)為#ES1、#ES4、#ES5、#ES7及#ES9，其沖擊能量依次為5.49J、11J、13J、18J以及25J，以上試件后續(xù)將用于分析不同沖擊能量對(duì)熱波特征的影響。

圖3 CEAST 9350型落錘沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.3 Drop tower impact systems of CEAST 9350

圖4 模擬低速?zèng)_擊損傷試件Fig.4 Simulated low-speed impact damage sample

圖5是#ES9試件受沖擊后板材兩面的狀況。由圖5可以看出，經(jīng)25J能量沖擊以后，在沖擊位置出現(xiàn)等效直徑為7mm的凹陷，同時(shí)出現(xiàn)向周圍擴(kuò)展的裂紋。在板材沖擊反面出現(xiàn)明顯的裂紋開(kāi)裂現(xiàn)象，最長(zhǎng)的裂紋達(dá)到14mm，同時(shí)后面出現(xiàn)大面積凸起現(xiàn)象，進(jìn)而懷疑內(nèi)部可能存在較大面積脫黏。后續(xù)將采用紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)方法對(duì)以上試件開(kāi)展檢測(cè)研究。

圖5 #ES9試件低速?zèng)_擊后板材兩側(cè)光學(xué)照片F(xiàn)ig.5 Images of both sides of the plate after the low-speed impact of #ES9 specimen

為了較好地研究脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)技術(shù)對(duì)于C/GFRP材料脫黏缺陷的檢測(cè)能力，制備平頂孔模擬脫黏缺陷試件#ES2，試件及模擬缺陷尺寸如圖6所示，制備具有不同徑深比的模擬脫黏缺陷平頂孔共計(jì)12個(gè)。

圖6 #ES2光學(xué)圖片及尺寸Fig.6 The optical image and size of #ES2

2.2 紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)系統(tǒng)

紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)系統(tǒng)工作原理如下：計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)產(chǎn)生脈沖雷達(dá)調(diào)制信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡函數(shù)輸出功能輸出脈沖雷達(dá)模擬信號(hào)。輸出的模擬信號(hào)分為完全相同的兩路信號(hào)：一路用于同步觸發(fā)紅外熱像儀采集圖像，另一路控制激光器電源，這樣可以保證采集的熱波信號(hào)與參考信號(hào)具有相位一致性與同步性。紅外熱像儀采集到的熱波圖像序列傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與熱波特征提取。脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)系統(tǒng)示意圖如圖7所示。其中脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)系統(tǒng)由以下幾部分組成：高性能制冷型焦平面紅外熱像儀（FLIR，6520SC，響應(yīng)波長(zhǎng)為3.6～5.2μm， 像元尺寸為640pixel×512pixel，全窗口最大采樣頻率為147Hz），808nm 半導(dǎo)體激光器（Jenotik，JOLD-45-CPXF-1L，峰值功率為45W，最高調(diào)制頻率為5kHz），數(shù)據(jù)采集卡（NI， 6259USB，具有4 通道模擬輸出，輸出采樣率為833Ks/s）。其中為了實(shí)現(xiàn)激光能較為均勻的照射試驗(yàn)樣件，準(zhǔn)直鏡（F810SMA-780，焦距為36.01mm）以及工程漫射體（ED1-S20-MD，投射波長(zhǎng)范圍為380～1100nm）通過(guò)套筒與激光光纖相連。

圖7 脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)系統(tǒng)示意圖Fig.7 Schematic diagram of chirp-pulsed radar thermography

圖8 給出的為本文開(kāi)展試驗(yàn)所用到的紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)系統(tǒng)。在本文開(kāi)展檢測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中，采用的激光調(diào)制參數(shù)為：初始頻率為0.05Hz，終止頻率為0.10Hz，掃描時(shí)間為20s，激勵(lì)脈沖寬度為3s，激光功率密度為3600W/m2。

圖8 紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)系統(tǒng)Fig.8 Infrared chirp-pulsed radar thermography detection system

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

紅外熱像儀可以采集到脈沖雷達(dá)熱流作用于沖擊試驗(yàn)件表面誘發(fā)的熱圖像序列。圖9 給出的數(shù)據(jù)為基于10s 時(shí)熱圖像中#ES9沖擊損傷C1與正常位置C2的熱輻射響應(yīng)信號(hào)及脈沖雷達(dá)激勵(lì)信號(hào)。由圖9 可以看出，由于激光器采用單側(cè)45°照射試件，進(jìn)而造成表面加熱不均現(xiàn)象，該現(xiàn)象影響沖擊點(diǎn)位置的有效識(shí)別。沖擊作用試件后造成局部纖維分層或脫黏現(xiàn)象，導(dǎo)致熱阻增大，進(jìn)而導(dǎo)致沖擊位置的輻射響應(yīng)信號(hào)高于未沖擊位置的輻射響應(yīng)信號(hào)。僅依靠熱圖像序列進(jìn)行缺陷識(shí)別，存在效率低及識(shí)別準(zhǔn)確度差等問(wèn)題，因此，需要借助信號(hào)的時(shí)/頻域特征處理方法對(duì)輻射響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行快速提取以實(shí)現(xiàn)沖擊損傷位置的高效識(shí)別。

圖9 沖擊損傷C1與正常位置C2處輻射響應(yīng)信號(hào)Fig.9 Thermal radiation signal at impact damage location C1 and normal location C2

本文采用雙路正交解調(diào)算法、互相關(guān)匹配濾波算法以及主成分分析算法對(duì)熱圖像序列輻射響應(yīng)信號(hào)（熱波信號(hào)）進(jìn)行特征提取，其中互相關(guān)匹配濾波算法及主成分分析為通用方法，故本文不做過(guò)多贅述[11]。圖10是#ES9試件不同特征提取算法下試件沖擊面的特征圖像。由圖10可以看出，表征能量屬性的DOD幅值圖、相關(guān)峰值圖、第一主成分以及第二主成分都受激光加熱不均影響較為嚴(yán)重，影響損傷特征的有效提取，而DOD相位圖以及相關(guān)延遲圖則可以較好地避免加熱不均現(xiàn)象。沖擊位置特征表現(xiàn)出圓環(huán)現(xiàn)象，這是由于沖擊位置受到外部撞擊后沖擊點(diǎn)處纖維鋪層被擠壓，而其周圍位置由于水平剪切力作用造成局部滑移，進(jìn)而導(dǎo)致層與層之間出現(xiàn)脫黏現(xiàn)象，導(dǎo)致特征出現(xiàn)圓環(huán)現(xiàn)象。

圖10 #ES9沖擊面特征檢測(cè)結(jié)果Fig.10 The characteristic detection results of #ES9 impact surface

圖11是#ES9試件沖擊反面的特征檢測(cè)結(jié)果。由圖11可以看出，DOD 相位特征比相關(guān)延遲具有更好的細(xì)節(jié)檢測(cè)能力，可以較為清晰地看到材料的纖維編織。在25J的沖擊能量下，對(duì)于5mm厚的C/GFRP材料而言，可以造成整個(gè)層板的貫穿式破壞。沖擊反面出現(xiàn)以裂紋延伸范圍為直徑的圓形脫黏，相較于沖擊面而言，出現(xiàn)了脫黏區(qū)域擴(kuò)大的現(xiàn)象。

圖11 #ES9沖擊反面特征檢測(cè)結(jié)果Fig.11 The characteristic results of #ES9 impact back surface

為研究紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)技術(shù)對(duì)不同沖擊能量下?lián)p傷的檢測(cè)效果，采用紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)#ES1、#ES4、#ES5以及#ES7開(kāi)展檢測(cè)試驗(yàn)研究。圖12是#ES7以及#ES5試件沖擊面及其反面的DOD相位特征圖像。由特征圖像可以看出，隨著沖擊能量的降低，損傷作用面積逐漸減小，當(dāng)沖擊能量為13J 時(shí)，由#ES5 結(jié)果可以看出，沖擊點(diǎn)位置出現(xiàn)微小變化，對(duì)其反面未產(chǎn)生任何影響。

圖12 不同沖擊能量下的DOD相位特征檢測(cè)結(jié)果Fig.12 DOD phase map in different impact damage

為了更好地對(duì)不同沖擊能量下DOD 相位特征進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋瑢?duì)DOD 相位特征圖像進(jìn)行歸一化處理。圖13 是不同沖擊能量下沖擊損傷位置與無(wú)損傷區(qū)域歸一化DOD相位差值的變化趨勢(shì)。由圖13可以看出，隨著沖擊能量的降低，損傷位置與非損傷位置的歸一化DOD相位差也降低，對(duì)于給定的C/GFRP而言，當(dāng)沖擊能量小于11J時(shí)，沖擊對(duì)材料的影響可忽略。

圖13 不同沖擊能量下?lián)p傷歸一化DOD相位特征Fig.13 The defect area DOD phase in different impact damage

圖14是#ES2試件輻射特征分布云圖及缺陷位置輻射響應(yīng)曲線。由圖14 可以看出，輻射信號(hào)分布云圖對(duì)缺陷的識(shí)別效果較差，受加熱不均現(xiàn)象影響嚴(yán)重。選取#2 及#3 缺陷中心位置A和B繪制輻射響應(yīng)信號(hào)時(shí)域曲線，其中C點(diǎn)為無(wú)缺陷位置。隨著缺陷深度加大，輻射響應(yīng)信號(hào)降低，這是由于C/GFRP相較于空氣具有更高的導(dǎo)熱性能，平底孔缺陷深度越小，則更多能力會(huì)集聚在材料表層，進(jìn)而導(dǎo)致其輻射響應(yīng)信號(hào)幅值較高。同時(shí)由輻射響應(yīng)信號(hào)曲線可以看出，在冷卻狀態(tài)下，缺陷與無(wú)缺陷位置具有更大的特征差異。

圖14 #ES2試件輻射特征分布云圖及缺陷位置輻射響應(yīng)曲線Fig.14 Radiation characteristic distribution map of specimen#ES2 and radiation response curve in defect and non-defect area

圖15 是#ES2 特征檢測(cè)結(jié)果，由檢測(cè)結(jié)果可以看出，DOD 相位以及主成分分析結(jié)果可以識(shí)別所有平頂孔模擬缺陷，DOD 幅值圖、相關(guān)峰值圖以及相關(guān)延遲圖無(wú)法對(duì)較深的缺陷進(jìn)行識(shí)別。為了更好地表征缺陷的識(shí)別效果，采用缺陷截線方式來(lái)分析缺陷識(shí)別結(jié)果。

圖15 #ES2特征檢測(cè)結(jié)果Fig.15 The characteristic detection results of #ES2

圖16 是#ES2 試件截線位置DOD 相位特征（見(jiàn)圖15（b））輪廓。由圖16可知，在缺陷直徑≥4mm時(shí)，缺陷深度對(duì)特征檢測(cè)結(jié)果影響權(quán)重大于缺陷直徑。當(dāng)缺陷深度≥2mm時(shí)，DOD 相位特征差異小于2°。其中#9 平底孔的DOD 相位特征出現(xiàn)異常波動(dòng)現(xiàn)象，這是由于#9平底孔缺陷深度?。?.35mm），熱流橫向擴(kuò)散效果無(wú)法忽略，熱波干涉現(xiàn)象明顯，進(jìn)而誘導(dǎo)相位輪廓波動(dòng)異常。

圖16 #ES2試件截線位置DOD相位特征輪廓Fig.16 DOD phase contours in #ES2 cut-line positions

基于特征輪廓曲線數(shù)據(jù)可以根據(jù)半寬幅法測(cè)量缺陷等效直徑，其中圖16 中給出了半寬幅法的示意圖，即取輪廓峰值與最低值的均值位置作為其測(cè)量直徑。其中在測(cè)量過(guò)程中像素分辨率為0.20mm/pixel，對(duì)于#9而言，需要對(duì)其輪廓數(shù)據(jù)f(x,y)進(jìn)行修正，其修正后曲線方程F(x,y)如下

測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。由表1 可以看出，對(duì)于直徑小或深度大的缺陷，測(cè)量誤差均較大，最大測(cè)量誤差缺陷為#8（直徑(D) =6mm，深 度(H) =2.10mm），對(duì) 于#6（D=6mm，H=1.10mm）、#7（D=6mm，H=1.00mm）以及#11（D=4mm，H=1.70mm）可以實(shí)現(xiàn)無(wú)偏差測(cè)量。對(duì)于給定缺陷尺寸范圍，多數(shù)孔的測(cè)量誤差為5%。

表1 基于半寬幅法獲取的平底孔直徑檢測(cè)結(jié)果Table 1 The equivalent diameter detection results of flat bottom holes based on half width method

為研究不同特征提取算法對(duì)缺陷特征的提取能力，針對(duì)#ES2 試件熱波特征開(kāi)展多維度特征檢測(cè)信噪比研究。其中信噪比（SNR）定義如下

式中，〈RD〉為缺陷區(qū)域DOD 特征均值，〈RN〉為無(wú)缺陷區(qū)域DOD 相位特征均值，σN為無(wú)缺陷位置DOD 相位特征標(biāo)準(zhǔn)差。其中缺陷位置與無(wú)缺陷位置定義如圖13所示。

圖17 給出的為不同沖擊損傷位置處脈沖雷達(dá)信號(hào)多尺度特征檢測(cè)信噪比對(duì)比分析結(jié)果。由圖17 可以看出，DOD 相位特征對(duì)于C/GFRP 脫黏缺陷具有較好識(shí)別效果，在給定的缺陷直徑及深度范圍內(nèi)，可以識(shí)別深度≥1.70mm，徑深比(D/H)≥2.35的脫黏缺陷。DOD幅值特征也優(yōu)于互相關(guān)匹配濾波及主成分分析結(jié)果。

圖17 脈沖雷達(dá)信號(hào)多尺度特征缺陷檢測(cè)SNR分析Fig.17 The defect detection SNR analysis based on multidimensional characteristics of chirp-pulsed radar signal

4 結(jié)論

本文重點(diǎn)介紹了紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)技術(shù)及雙路正交解調(diào)特征提取算法原理。采用落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)碳纖維/玻璃纖維混雜增強(qiáng)復(fù)合材料（C/GFRP）開(kāi)展了不同能量下的低速?zèng)_擊試驗(yàn)，進(jìn)而制備沖擊損傷試件。采用紅外脈沖雷達(dá)熱波成像檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)不同沖擊能量下的損傷試件開(kāi)展了檢測(cè)試驗(yàn)研究。利用多種時(shí)/頻域分析算法對(duì)熱圖像序列特征進(jìn)行提取，實(shí)現(xiàn)了C/GFRP 試件沖擊損傷脫黏區(qū)域的有效識(shí)別，并分析了不同沖擊能量與脈沖雷達(dá)熱波DOD相位特征的內(nèi)在聯(lián)系。結(jié)果表明，隨著沖擊能量的降低，損傷與非損傷位置歸一化DOD相位差也降低。針對(duì)C/GFRP 平頂孔模擬脫黏缺陷開(kāi)展檢測(cè)研究，結(jié)果表明，DOD 相位特征對(duì)于C/GFRP 脫黏缺陷具有較好識(shí)別效果，在給定的缺陷直徑及深度范圍內(nèi)，可以識(shí)別深度≥1.70mm、徑深比(D/H)≥2.35的脫黏缺陷。DOD幅值特征也優(yōu)于互相關(guān)匹配濾波及主成分分析結(jié)果。