平面式电容传感器阵列测量复合材料技术研究.pdf

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1、2014年第33卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)35平面式电容传感器阵列测量复合材料技术研究郝魁红，范文茹，马敏，李斌(中国民航大学航空自动化学院，天津300300)摘要：基于复合材料及其内部不同损伤具有不同介电特性，采用平面式电容传感器阵列实现可视化无损检测。论述了系统的构成和测量原理，分析了影响测量效果的因素，并设计了信号转换和采集处理电路。基于简单的激励测量模式和共轭梯度算法，对比分析了仿真与实验结果。实验结果验证了基于电容敏感机理的平面式电容传感器阵列对复合材料内部缺陷检测的可行性和有

2、效性。关键词：平面式电容阵列传感器；复合材料；电容层析成像中图分类号：TP212．9文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)02--0035-04Research0ntechnology0fcompositematerialsmeasurementl'-DyDlanarCa13acitanceSensorarrayHAOKui—hong，FANWen—ru，MAMin，LIBin(SchoolofAeronauticalAutomation，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin300300，China)A

3、bstract：Basedoncompositematerialsandvariousinternalinjurieshavedifferentdielectricproperties，visualNDTiscarriedoutbyusingplanarcapacitancearraysensor．Discusssystemconstitutionandmeasuringprinciple，analyzethefactorsthatinfluencemeasurementefectanddesignsignalconversionandacquisition

4、andprocessingcircuit．Basedonsimpleexcitation—measurementmodelandconjugategradientalgorithm，comparativeanalysisonsimulationandexperimentalresultsarecarriedout．Experimentalresultsverifythefeasibilityandeffectivenessofinternaldefectinspectionofcompositematerialsbyusingplanarcapacitanc

5、esensorarraybasedoncapacitancesensitivemechanism．Keywords：planarcapacitancearaysensor；compositematerials；electricalcapacitancetomography(ECT)0引言阵列形成空间敏感场，对被测对象扫描激励测量，获得被测由于复合材料具有比强度高、比刚度大、材料力学可设物场的介电常数分布信息，利用图像重建算法，显示被测物计性强，以及耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等优良的性能，被广泛场的二维或三维介质分布图像。由于它具有灵敏度高、设应用于航空航天领域。

6、波音787、空客A380等新一代飞机计灵活、非侵入性、响应迅速等优点，使得其在工业过程和用复合材料的比例越来越高，在飞机的机身蒙皮、框、长桁、地面安全检查领域得到了广泛应用。地板梁、龙骨梁、机翼前后、机翼蒙皮及翼肋等主要结构件针对复合材料及其损伤的介电特性，本文提出了一种采用非金属复合材料。这些复合材料构件若出现脱胶、腐基于ECT原理的复合材料无损可视化检测技术。利用电蚀、撞击、撕裂等损伤时，将严重危及飞机的飞行安全_lJ。容边界效应，设计平面式电容传感器阵列探测系统，以实现目前，常用的复合材料无损检测技术有：渗透法、射线法、超单面操作、无损检测。考虑单激励

7、、双激励和奇偶激励等多声法、声发射法、计算机层析照相法、热波成像法等。这些种激励测量模式对测量信号强度、探测深度、成像效果的影方法具有各自的优点，但是也有局限性，因此，对飞机复合响，设计其探测系统方法。初步实验结果表明：平面式电容材料无损检测新方法受到广泛关注。传感器阵列对非金属复合材料内部的异常或损伤检测是有电容层析成像(electricalcapacitancetomography，ECT)根据不同介质具有不同介电常数的物理性质，运用传感器效的和可行的。收稿日期：2013-08-28基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目(61102096)；中国民航

8、大学中央高校基金资助项目(ZXH2011C003，Z