萬振凱， 賈敏瑞

(天津工業(yè)大學(xué) 信息化中心， 天津 300387)

?

基于磁通圖像的平板三維編織復(fù)合材料試件內(nèi)部缺陷檢測(cè)

萬振凱， 賈敏瑞

(天津工業(yè)大學(xué) 信息化中心， 天津 300387)

基于量子擾動(dòng)超導(dǎo)探測(cè)傳感器超高的磁場(chǎng)靈敏度，將量子擾動(dòng)超導(dǎo)探測(cè)無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于三維編織復(fù)合材料平板試件內(nèi)部缺陷的無損檢測(cè)。構(gòu)建了適用于量子擾動(dòng)超導(dǎo)探測(cè)檢測(cè)需要的薄板中圓形缺陷渦流分布的理論模型。提出了量子擾動(dòng)超導(dǎo)探測(cè)檢測(cè)平板三維編織復(fù)合材料試件內(nèi)部缺陷的磁通變化成像算法,利用OPENCV軟件對(duì)磁通圖像進(jìn)行處理,準(zhǔn)確判定三維編織復(fù)合材料平板試件內(nèi)部缺陷情況。試驗(yàn)結(jié)果表明：該方法準(zhǔn)確描述了被檢測(cè)試件缺陷的位置和尺寸；量子擾動(dòng)超導(dǎo)探測(cè)磁通成像具備良好的檢測(cè)和定位的能力；相對(duì)于超聲波等傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，量子擾動(dòng)超導(dǎo)探測(cè)技術(shù)是一種更為先進(jìn)的三維編織復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)。

三維編織復(fù)合材料； 超導(dǎo)量子干涉儀； 缺陷； 無損檢測(cè)； 磁通成像

三維編織復(fù)合材料因其設(shè)計(jì)性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)和制備，將成為實(shí)現(xiàn)新型航天器結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)的首選材料，也是新型材料與結(jié)構(gòu)制備技術(shù)突破的重點(diǎn)[1]。對(duì)于航空材料應(yīng)用來講，復(fù)合材料的用量及其性能水平已成為衡量其先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一[2-3]。

從20世紀(jì)60年代，英國(guó)皇家航空研究院等機(jī)構(gòu)就一直致力于復(fù)合材料的無損檢測(cè)研究[4]。Kalms等利用激光超聲檢測(cè)方法對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行了無損檢測(cè)研究，該研究對(duì)于材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜性以及在線檢測(cè)方面形成了自己的方法[5]。Lopez和Guido等開發(fā)了一種利用氣體吸附指示劑來標(biāo)識(shí)復(fù)合材料內(nèi)部缺陷的新方法[6]，Tomasz等針對(duì)亞毫米波技術(shù)的復(fù)合材料的缺陷檢測(cè)建立了有限元模型[7]。在國(guó)內(nèi)，劉松平等[8]在膠接結(jié)構(gòu)聲振檢測(cè)技術(shù)和高分辨率RF超聲檢測(cè)技術(shù)方面進(jìn)行了研究，在復(fù)合材料的自動(dòng)超聲掃描成像檢測(cè)、超聲T掃描成像方面取得了顯著成果；蘇永振等[9]研究了基于聲發(fā)射和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合材料沖擊定位的準(zhǔn)確方法；天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究所在聲發(fā)射技術(shù)方面也進(jìn)行了研究[10-11]。上述研究在復(fù)合材料檢測(cè)領(lǐng)域取得顯著成果，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)的研究深度仍有很大差距。

量子擾動(dòng)超導(dǎo)探測(cè)器(SQUID)是敏感的磁通檢測(cè)設(shè)備，Carr和Hatta等利用SQUID技術(shù)對(duì)碳纖維復(fù)合材料檢測(cè)研究[12-13]；KASAI等研究證明SQUID技術(shù)檢測(cè)碳纖維復(fù)合材料的深度可達(dá)15 mm[14]；Ruosi等利用SQUID技術(shù)跟蹤復(fù)合材料缺陷演變技術(shù)[15]。HATSUKADE等采用HTS-SQUID技術(shù)測(cè)試由碳纖維覆蓋的鋁襯，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了材料裂縫的無損檢測(cè)[16]。在國(guó)內(nèi)，北京大學(xué)在2000年研制成功的高溫超導(dǎo)射頻SQUID磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)，其靈敏度達(dá)5×10-15T水平，總體上與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)[17]。

目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)利用SQUID技術(shù)分析復(fù)合材料缺陷，研究對(duì)象大都是層合復(fù)合材料，但用SQUID對(duì)三維編織復(fù)合材料進(jìn)行無損檢測(cè)研究很少。本文分析了SQUID的工作原理和HTS-SQUID無損檢測(cè)試驗(yàn)方法，利用HTM-8傳感器、液氮杜瓦、定位探頭、掃描平臺(tái)、激勵(lì)與鎖相器件以及系統(tǒng)控制軟件等構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)從渦流檢測(cè)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)的渦電流分布進(jìn)行了理論分析；利用SQUID系統(tǒng)對(duì)平板三維編織復(fù)合材料制件進(jìn)行檢測(cè)得到磁通圖像，利用OPENCV圖像處理軟件進(jìn)行圖像處理,分析材料內(nèi)部的缺陷情況。

1 HTS-SQUID檢測(cè)系統(tǒng)

系統(tǒng)采用美國(guó)Tristan公司的SMM-7型三通道高溫SQUID無損檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 SQUID試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 Schematic diagram of SQUID system

系統(tǒng)的組成如圖2所示。系統(tǒng)工作站通過接口轉(zhuǎn)換器NI-GPIB-USB(187965H-D1L)控制SQUID控制器(iMC-303)；iMC-303控制器通過iFL-301-H磁通鎖相環(huán)分別采集3個(gè)通道的SQUID輸出信號(hào)，該信號(hào)又被控制器發(fā)送到BNC-2090接線盒的ACH0、ACH1和ACH2接口；BNC-2090通過1個(gè)NI PCIE-6259 多功能數(shù)字I/O卡將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦ぷ髡局?，供系統(tǒng)軟件進(jìn)一步處理和分析。過濾器輸出連接到BNC-2090接線盒的ACH3接口。X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由MID-7602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制，驅(qū)動(dòng)器通過NI PCI-7342 步進(jìn)控制器連接到PC。

圖2 SQUID無損檢測(cè)系統(tǒng)的組成Fig.2 Composition of SQUID NDT system

試驗(yàn)系統(tǒng)配置的SQUID傳感器型號(hào)為HTM-8，傳感器的拾取線圈大小為8 mm×8 mm，傳感器通過一段約15 cm長(zhǎng)的柔性線纜連接到接口控制電路。系統(tǒng)用液態(tài)氮為傳感器正常工作維持低溫環(huán)境，該裝置被稱為液氮杜瓦。定位探頭中的傳感器分別布置在上X,Y,Z3個(gè)軸向上，如圖1所示。利用該裝置可調(diào)節(jié)杜瓦高度以適應(yīng)不同厚度的試件。杜瓦的正下方是1個(gè)30 cm×30 cm的試件托盤。該托盤通過1個(gè)玻璃纖維長(zhǎng)臂連接到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的指令，通過長(zhǎng)臂帶動(dòng)試件托盤在底座上沿X軸或Y軸方向滑動(dòng)。

測(cè)試時(shí)，試件擺放在試件托盤上，使其隨托盤在X-Y平面內(nèi)作相對(duì)于杜瓦的線性或者平面移動(dòng)。所有以上部件均由玻璃纖維、特種合金等非磁性材料制成，并被固定在一塊非磁性的背板之上，以保持整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)固性。

2 SQUID檢測(cè)的缺陷模型

復(fù)合材料板中的感應(yīng)渦流可定義為圍繞磁場(chǎng)z分量HZ(x,y,t)的曲線[12]：

(1)

式中：J為總電流；HZ為磁通量； ▽HZ為磁通變化量。

根據(jù)磁場(chǎng)分量的關(guān)系，可整理為：

(2)

式(2)表明感應(yīng)電流J只有2個(gè)板內(nèi)分量，Jx=?HZ/?y和Jy=-?HZ/?x。

根據(jù)HZ(x,y,z)調(diào)整擴(kuò)散方程▽2H=μσ?H/?t得到：

(3)

式中：μ為材料的磁導(dǎo)；σ為電導(dǎo)率。

考慮一個(gè)大到足以忽略邊界效應(yīng)的導(dǎo)體薄板，帶有半徑為a的圓形缺陷。圓形感應(yīng)線圈位于薄板上方，其中心投影坐標(biāo)為(c1,c2)，如圖3所示。

圖3 帶有圓形缺陷的薄板模型Fig.3 Model of circular flaw of plate

(4)

(5)

(6)

分界條件要求缺陷邊界上的電流僅具有1個(gè)切向分量。與此條件等效的是，缺陷邊界上的HZ為常量。更一般地，HZ(x,y)等于由磁力線密度決定的常量。

式(6)滿足分界條件的解如下：

(7)

根據(jù)式(7)，通過描繪磁場(chǎng)z向分量，缺陷板中的磁場(chǎng)分布情況如圖4所示。板上缺陷的半徑為a，坐標(biāo)為(1，0)；激勵(lì)線圈的中心坐標(biāo)為(0，0)。圖右側(cè)圓圈代表缺陷的位置，曲線代表板上缺陷周圍的磁場(chǎng)分布。從圖中可明顯觀察到，電流密度從線圈中心向外圍線性增加，這與半徑為R的線圈產(chǎn)生的均勻磁場(chǎng)有關(guān)。

圖4 缺陷周圍的磁場(chǎng)分布示意圖Fig.4 Representation of magnetic field distribution around defect

由式(7)給出的板上磁場(chǎng)的空間變化HZ(x,y)，可以推導(dǎo)出磁場(chǎng)HZ(x,y,t)=HZ(x,y)ejωt的表達(dá)式。由于電流密度與磁力線分布一致，可得出渦流密度為：

3 SQUID檢測(cè)及結(jié)果分析

3.1 試件的制備

系統(tǒng)所采用的試件使用碳纖維(3K)T300B編織，基體為環(huán)氧樹脂TDE-86，固化劑采用70酸酐。預(yù)制件為四向1×1四步法三維編織結(jié)構(gòu)，采用樹脂傳遞模塑成型工藝(RTM)工藝復(fù)合固化成型,所制成的試件如圖5所示。

圖5 三維編織復(fù)合材料試件Fig.5 Sample of braided composites

系統(tǒng)中，沖擊試驗(yàn)利用MTS ZBC7000擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)完成。該試驗(yàn)機(jī)主機(jī)架和底座一體化設(shè)計(jì)鑄造加工，立柱前后對(duì)稱，擺軸采用簡(jiǎn)支梁方式支承擺錘沖擊時(shí)沒有顫抖，適合于高能量沖擊。試驗(yàn)機(jī)技術(shù)參數(shù)主要有： 擺錘能量，簡(jiǎn)支梁(1、2、4、7.5、15、25、50 J)， 懸臂梁( 4、5.5、11、22 J)；擺錘預(yù)揚(yáng)角為150°；沖擊速度，簡(jiǎn)支梁分別為2.9 m/s(小于等于5 J)、 3.8 m/s(大于5 J)，懸臂梁為3.5 m/s。

3.2 采用磁通成像法的材料缺陷測(cè)試

SQUID測(cè)量試件產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化，主要依賴拾取線圈內(nèi)部的磁通變化，因此，磁場(chǎng)和SQUID拾取線圈中的磁通變化之間存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如式(10)[18-20]所示。

(10)

考慮行掃描的恒定速度為v，?t可表示為

(11)

得到磁通和磁場(chǎng)變化之間的關(guān)系：

(12)

式中A為拾取線圈面積。

以12 J沖擊5 mm試件得到的磁場(chǎng)圖像如圖6所示。為分析測(cè)量的缺陷精度，應(yīng)用圖像處理的理論對(duì)圖6進(jìn)行分析。系統(tǒng)應(yīng)用OPENCV(open source computer vision library)進(jìn)行開發(fā)，試驗(yàn)選擇OPENCV函數(shù)庫(kù)和32位C/C++編譯系統(tǒng)(VS2008)作為軟件開發(fā)平臺(tái)，采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)分割方法中的分水嶺算法。

圖6 在12 J沖擊時(shí)5 mm試件的磁場(chǎng)成像Fig.6 Image of magnetic field variation for sample impacted at 12 J

對(duì)圖6中的磁通圖像，經(jīng)邊緣檢測(cè)得到的二維圖像如圖7所示，其中的橢圓形點(diǎn)表示了缺陷的位置和大小。圖7顯示了對(duì)應(yīng)試件的實(shí)際缺陷情況。

圖7 12 J沖擊的試件及其磁通變化成像Fig.7 Imaging of magnetic flux variation(a) and sample impacted at 12 J (b)

圖8 以12 J沖擊5 mm試件的超聲檢測(cè)結(jié)果Fig.8 Ultrasound inspection of specimens impacted at 12 J

試驗(yàn)表明，利用SQUID進(jìn)行CFRPs缺陷的無損檢測(cè)定位，缺陷顯示為一個(gè)黑色斑點(diǎn)，其形狀、尺寸與試件背面的缺陷吻合。為驗(yàn)證其合理性,使用美國(guó)Imperium公司生產(chǎn)的 i600 AcoustoCam 超聲成像系統(tǒng)，配置3 MHz傳感器，對(duì)12 J沖擊下的試件進(jìn)行超聲檢測(cè)，所得到的結(jié)果如圖8所示。

通過圖7(a)可看出，該試件在12 J沖擊下，缺陷尺寸是16.5 mm×5.2 mm。 圖8中，中央黑色孔洞為材料沖擊缺陷，尺寸為15.2、7.8 mm，通過試件試驗(yàn)直接測(cè)量損傷大小，約為10、4.2 mm。從以上試驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，即使對(duì)于隱藏在試件內(nèi)部不可見的試件損傷缺陷，通過SQUID磁通成像也能測(cè)量出來。同時(shí)這也說明，三維編織復(fù)合材料纖維變形對(duì)磁通量具有很大影響，在12 J沖擊情況下試件邊緣部分僅導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)損傷，沒有纖維斷裂的情況，從試件表面觀察不到明顯的缺陷，所以超聲波技術(shù)不能測(cè)量出缺陷邊緣的準(zhǔn)確位置，這證明SQUID方法比超聲波技術(shù)能呈現(xiàn)出更多試件缺陷信息，其結(jié)果比超聲波測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。

圖9 中部和兩側(cè)編織工藝不同的無缺陷試件Fig.9 Photograph of 3-D braided composite with different braided method in middle and edge of no defect

3.3 無缺陷試件的內(nèi)部紋理檢測(cè)試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證SQUID無損檢測(cè)系統(tǒng)的能力，針對(duì)無缺陷試件進(jìn)行試驗(yàn)。該試件中部和兩側(cè)的編織方法是不同的，試件中間部分編織角比兩側(cè)的要大，編織工藝的不同導(dǎo)致了試件外觀紋樣的不同，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也必然存在著不同，如圖9所示。

試件尺寸為400 mm×150 mm×5 mm的平板三維編織碳纖維復(fù)合材料。

圖10為該試件超聲成像圖?？煽闯鲈撛嚰幙椊请m然存在差異，但超聲波未能檢測(cè)出明顯的差異，這說明超聲成像技術(shù)不能用于試件內(nèi)部沒有較大突變的缺陷檢測(cè)，試件紋理的變化對(duì)超聲成像影響不大。

圖10 無缺陷試件的超聲檢測(cè)圖Fig.10 Ultrasound inspection of specimen with no flaws

利用SQUID系統(tǒng)行掃描該試件，激勵(lì)頻率為75 Hz，激勵(lì)電壓為4 V，掃描的結(jié)果如圖11(a)所示。

圖11 無缺陷試件的SQUID檢測(cè)結(jié)果圖Fig.11 Result map of SQUID for no-defects specimen.(a) Picture of flux image; (b) Figure of edge detection

圖11(b)示出系統(tǒng)圖11(a)的邊緣處理圖像。從圖11(b)可清楚地觀察到與編織物結(jié)構(gòu)變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化。兩側(cè)的編織結(jié)構(gòu)較緊密，相應(yīng)的其內(nèi)部碳纖維體積含量較高，根據(jù)前述分析，這部分的電阻值較小，內(nèi)部的激勵(lì)電流較大，相應(yīng)的感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度就較大，同樣，中間部分的編織結(jié)構(gòu)較松散，其內(nèi)部碳纖維體積含量較低，電阻值較大，內(nèi)部的激勵(lì)電流較小，感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度就較小。

試驗(yàn)結(jié)果表明，SQUID無損檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)微弱磁場(chǎng)的超高靈敏感程度，使這些結(jié)構(gòu)沒有任何的缺陷存在, 系統(tǒng)可分辨三維編織復(fù)合材料內(nèi)部不同編制方法所造成的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。

4 結(jié) 論

1)應(yīng)用SQUID檢測(cè)磁通變化成像準(zhǔn)確顯示了被檢測(cè)缺陷的位置和尺寸。使用OPENCV軟件能精確分析三維編織復(fù)合材料的內(nèi)部缺陷。

2)應(yīng)用SQUID技術(shù)能分析復(fù)合材料內(nèi)部編織結(jié)構(gòu)，這說明SQUID技術(shù)對(duì)于三維編織復(fù)合材料的檢測(cè)具有較高的精度，可利用圖像處理技術(shù)分析材料的紋理結(jié)構(gòu)。

3)由于SQUID設(shè)備的限制，本文只研究了平板三維編織復(fù)合材料試件，對(duì)于錐形、圓形等制件內(nèi)部缺陷測(cè)量未做分析，這將是今后研究的方向。

[1] 劉雄亞.透光復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2006：20-25. LIU Xiongya. The Applications of Translucent Composites and Carbon Fiber Composite Materials[M].Beijing: Chemical Industry Press,2006:20-25.

[2] 沈真.碳纖維復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].高科技纖維與應(yīng)用,2010,35(4):1-4. SHEN Zhen.Application of carbon fiber composites in aircraft structures[J]. Hi-Tech Fiber & Application, 2010,35(4):1-4.

[3] 天津工大高性能紡織復(fù)合材料助“嫦娥”奔月. 搜狐新聞 [EB/OL].[2007-10-25]. http://news.sohu.com/20071025/n252845024.shtml. The high-performance textile composites made by Tianjin Polytechnic University help “Chang E” Satellite to Moon [EB/OL].[2007-10-25]. http://news.sohu.com/20071025/n252845024.shtml.

[4] 李嘉祿.用于結(jié)構(gòu)件的三維編織復(fù)合材料[J].航天返回與遙感，2007，28(2)：53-58. LI Jialu. Three dimensional braiding composites for structural components[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing，2007，28(2)：53-58.

[5] KALMS Michael, FOCKE Oliver, KOPYLOW Christoph V. Applications of laser ultrasound NDT methods on composite structures in aerospace industry[C]//CHENG Genquan,ANAND Asundi. Ninth International Symposium on Laser Metrology.Bellingham, United States: Proceedings of SPIE,2008,7155(2): 71550E.

[6] LOPEZ Guido W，BEREZKINA Nadezda G，LEIPUNSKY Ilya O. Gas adsorption indicator method: an innovative experimental approach for ndt laboratory instruction of engineering students[C]//ASEE 2004 Annual Conference and Exposition. Washington: American Society for Engineering Education, 2004:6055-6065.

[7] TOMASZ Chady, PRZMYSLAW Lopato. Electromagnetic nondestructive testing of composite materials[J]. Nondestructive Testing, 2009, 31(10):758-761.

[8] 劉松平. 復(fù)合材料無損檢測(cè)與缺陷評(píng)估技術(shù)—慶祝中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測(cè)分會(huì)成立三十周年[J].無損檢測(cè)，2008,30(10):673-678. LIU Songping. Nondestructive testing and evaluation techniques for composites: celebration of 30 year anniversary of NDT[J].Nondestructive Testing, 2008,30(10):673-678.

[9] 蘇永振, 袁慎芳，張炳良. 基于聲發(fā)射和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合材料沖擊定位[J].傳感器與微系統(tǒng)，2009，28(9)：56-61. SU Yongzhen, YUAN Shenfang, ZHANG Bingliang. Impact localization for composite based on acoustic emi- ssion and neural networks[J].Transducer and Microsystem Technologies, 2009，28(9)：56-61.

[10] WAN Zhenkai, WANG Zhangang,GUO Jianmin. Analysis of non-destructive testing of three-dimensional braided composites using scanning SQUID NDT [J]. Insight, 2014,56(5): 246-251.

[11] 萬振凱,李靜東.三維編織復(fù)合材料壓縮損傷聲發(fā)射特性分析[J].紡織學(xué)報(bào), 2006,27(2):20-24. WAN Zhenkai, LI Jingdong.Feature of acoustic emission and failure analysis for three-dimensional braided composite material under compressive load[J]. Journal of Textile Research, 2006,27(2):20-24.

[12] CARR C, GRAHAM D, MACFARLANE J C,et al. SQUID-based nondestructive evaluation of carbon fiber reinforced polymer[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2003,13(2): 196-199.

[13] HATTA Hiroshi, ALY-HASSAN Mohamed S, HATYKADE Yoshimi, et al. Damage detection of C/C composites using ESPI and SQUID techniques[J]. Composites Science and Technology, 2005,65(7/8):1098-1106.

[14] KASAI Naoko, HATSUKADE Yoshimi, TAKASHIMA Hiroshi. Non-destructive detection of defects in carbon fiber-reinforced carbon matrix composites using SQUID[J]. IEICE Transactions on Electronics, 2005,E88-C(2):180-187.

[15] RUOSI A. Nondestructive detection of damage in carbon fibre composites by SQUID magnetometry [J].physica status solidi (c),2005,2(5): 1533-1555.[16] HATSUKADE Y, YOTSUGI K, SAKAGUCHI Y, et al. Non-destructive inspection using HTS-SQUID on aluminum liner covered by CFRP[J]. Physica C, 2007, 463:1043-1047.

[17] 江忠勝.SQUID無損檢測(cè)中的相關(guān)問題研究[D].北京:北京科技大學(xué)，2008: 6-20. JIANG Zhongsheng.The research of correlational problem in SQUID NDE[D]. Bingjing: University of Science & Technology Beijing, 2008: 6-20.

[18] DIETMAR Drung. High-Tc and low-Tc dc SQUID electronics[J]. Supercond Sci Technol, 2003(16):1320-1336.

[19] BONAVOLONTA C,VALENTINO M, MEOLA C, et al. Eddy current technique based on HTC-SQUID and GMR sensors for non-destructive evaluation of fiber/metal laminates[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2005,19(3):808-811.

[20] BONAVOLONTCarmela. Surface and inter-phase analysis of composite materials using electromagnetic techniques based on SQUIDs sensor[EB/OL]. (2013-09-08). http://www.fedoa.unina.it/597/01/Tesi_di_dottorato_Bonavolont%C3%A0_Carmela.pdf,2009-1-18.

Flux image-based internal defect detection for flat test pieces of three-dimensional braided composites

WAN Zhenkai， JIA Minrui

(InformationCenter,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China)

Based on ultrahigh sensitivity of the SQUID sensor, the SQUID nondestructive testing is used in nondestructive detection of the internal defect of flat pieces for 3-D braided composites. The system constructs the theory model of circular eddy current distribution in the thin sheet, which is suitable for the SQUID testing requirements. This paper presents flux imaging algorithm for the SQUID detection of the internal defect in flat pieces of 3-D braided composites. The OPENCV was used for processing the flux image and detecting the internal defect condition of the flat pieces of 3-D braided composites. Experimental results show that the method is accurate to describe the location and size of defects of the detected test piece. The SQUID magnetic flux imaging has good function for detection and location. Compared with the conventional detection technologies such as ultrasonic detection, the SQUID technology is a more advanced nondestructive testing technique suitable for 3-D braided composites.

three-dimensional braided composite material; superconducting quantum interference device; defect; non-destructive testing; flux image

10.13475/j.fzxb.20140601807

2014-06-16

2015-03-19

教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(200800580004)

萬振凱(1964—)，男，教授，博士。主要研究方向?yàn)槿S編織復(fù)合材料檢測(cè)方法。E-mail:wanzhenkai@tjpu.edu.cn。

TS 101.2

A