本發(fā)明屬于位移檢測(cè)相關(guān)，具體涉及一種利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)研究的快速發(fā)展，對(duì)材料性能的精確測(cè)量和控制需求日益增長(zhǎng)。特別是在航空航天、汽車(chē)制造、土木工程以及生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域，復(fù)合型材料由于其優(yōu)異的力學(xué)性能和多功能性被廣泛應(yīng)用。然而，復(fù)合型材料在受到外部載荷作用時(shí)，其內(nèi)部的位移狀態(tài)往往難以直接測(cè)量，這限制了材料性能的優(yōu)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精確性。

2、傳統(tǒng)的位移測(cè)量技術(shù)，如應(yīng)變計(jì)、位移傳感器等，雖然在某些應(yīng)用中表現(xiàn)出了一定的有效性，但在面對(duì)復(fù)合型材料時(shí)，卻存在諸多局限性。例如，這些傳統(tǒng)方法往往難以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部深層結(jié)構(gòu)的測(cè)量，或者在高應(yīng)變率或高溫環(huán)境下性能不穩(wěn)定。此外，它們通常需要復(fù)雜的安裝過(guò)程，并且可能對(duì)材料的原始性能造成干擾。為了克服這些限制，本發(fā)明提出了一種新穎的位移測(cè)量方法，該方法利用輔助顆粒的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合型材料內(nèi)部位移的精確測(cè)量。輔助顆粒是一種特殊的微粒，它們可以是毫米或厘米級(jí)具有磁特性或電特性的顆粒。這些顆粒能夠被嵌入到復(fù)合型材料的基體中，并且對(duì)外部激勵(lì)(如電、磁等)產(chǎn)生響應(yīng)。

3、通過(guò)精確控制外部激勵(lì)源并監(jiān)測(cè)輔助顆粒的響應(yīng)，可以間接地測(cè)量材料內(nèi)部的位移變化。這種方法不僅能夠提供更高的測(cè)量精度，而且具有非侵入性、實(shí)時(shí)性和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。此外，輔助顆粒的引入不會(huì)對(duì)材料的原始性能造成顯著影響，且易于集成到現(xiàn)有的測(cè)量系統(tǒng)中。

4、因此，急需一種快速、高效、精確的復(fù)合型材料內(nèi)部位移檢測(cè)的技術(shù)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、將內(nèi)嵌有輔助顆粒的復(fù)合型材料置于磁場(chǎng)中心位置的方法檢測(cè)被測(cè)物，通過(guò)在復(fù)合型材料中嵌入具有特定電磁特性的輔助顆粒，例如金屬顆粒、合金等，利用這些顆粒對(duì)外部激勵(lì)的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部位移的精確測(cè)量。所述磁場(chǎng)由用于激發(fā)輔助顆粒的信號(hào)發(fā)生單元；用于接收輔助顆粒響應(yīng)信號(hào)的信號(hào)采集單元；用于處理信號(hào)并提取位移信息的信號(hào)處理單元構(gòu)成；所述輔助顆粒在激勵(lì)磁場(chǎng)作用下，由于渦流效應(yīng)產(chǎn)生二次磁場(chǎng)，在感應(yīng)線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，利用這些顆粒對(duì)外部激勵(lì)的響應(yīng)，根據(jù)所述響應(yīng)信號(hào)并通過(guò)圖像重建算法實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合型材料內(nèi)部的位移變化的精確測(cè)量。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，向所述的復(fù)合型材料中嵌入具有特定電磁特性的輔助顆粒，例如金屬顆粒、合金、炭黑等；還在待測(cè)物周?chē)O(shè)置有n(n≥2)個(gè)均勻分布的磁場(chǎng)檢測(cè)線(xiàn)圈。在激勵(lì)信號(hào)作用下，通過(guò)收集感應(yīng)信號(hào)，并由圖像重建算法得出材料內(nèi)部輔助顆粒的位移變化。

4、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，可選的，所述磁場(chǎng)激勵(lì)線(xiàn)圈有1個(gè)，檢測(cè)線(xiàn)圈有n-1(n≥2)個(gè)，在待測(cè)物周?chē)鶆虿贾?。所述檢測(cè)線(xiàn)圈為銅質(zhì)漆包線(xiàn)繞制的線(xiàn)圈。

5、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，可選的，所述信號(hào)發(fā)生單元可產(chǎn)生特定激勵(lì)頻率的信號(hào)。

6、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述輔助顆粒為厘米級(jí)或毫米級(jí)顆粒，具有增強(qiáng)的電磁感應(yīng)特性，共m(m≥1)個(gè)顆粒隨機(jī)分布在材料內(nèi)部。

7、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述顆粒位移計(jì)算使用常用的圖像重構(gòu)算法，如代數(shù)算法、濾波反投影法、迭代算法等可確定顆粒的中心位置。

8、優(yōu)選地，所述測(cè)量裝置包括：用于激發(fā)輔助顆粒的信號(hào)發(fā)生單元、用于接收輔助顆粒響應(yīng)信號(hào)的信號(hào)采集單元、用于處理信號(hào)并提取位移信息的信號(hào)處理單元，其中信號(hào)發(fā)生單元連接pc端，隨后連接d/a轉(zhuǎn)換電路、放大濾波、模擬開(kāi)關(guān)，感應(yīng)線(xiàn)圈與模擬開(kāi)關(guān)相連，pga增益放大器與a/d采集電路相連，再連接信號(hào)處理單元，返回pc端。

9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

10、本發(fā)明提供了一種無(wú)損的、實(shí)時(shí)的測(cè)量方法，能夠有效測(cè)量復(fù)合型材料內(nèi)部的位移，這對(duì)于理解材料在受力過(guò)程中的變形行為至關(guān)重要。

11、通過(guò)輔助顆粒的引入，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合型材料內(nèi)部位移的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為材料的疲勞分析和壽命預(yù)測(cè)提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持。

12、使用常用的圖像重構(gòu)算法可確定顆粒的中心位置，以此計(jì)算材料內(nèi)部顆粒的位移。

13、傳統(tǒng)的位移測(cè)量可能需要破壞材料，而本發(fā)明的方法是非破壞性的，可以減少對(duì)材料的損害，降低測(cè)試成本。適用于多種復(fù)合型材料，包括但不限于土、混凝土、金屬基、陶瓷基和聚合物基復(fù)合材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，其特征在于：

3.如權(quán)利要求1所述的利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，其特征在于：

4.如權(quán)利要求1所述的利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，其特征在于：

5.如權(quán)利要求1所述的利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，其特征在于：

6.如權(quán)利要求1所述的利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，其特征在于：

7.如權(quán)利要求1所述的利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，其特征在于：

8.如權(quán)利要求1所述的利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，其特征在于：

9.如權(quán)利要求1所述的利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，其特征在于：

10.如權(quán)利要求1所述的利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種利用輔助顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合型材料內(nèi)部位移測(cè)量的方法，該方法包括：將通過(guò)在復(fù)合型材料中嵌入(混入)具有特定電磁特性的輔助顆粒，利用這些顆粒對(duì)外部激勵(lì)的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部位移的精確測(cè)量，通過(guò)向復(fù)合型材料中嵌入輔助顆粒，在激勵(lì)信號(hào)作用下，其感應(yīng)信號(hào)由接收線(xiàn)圈獲得，通過(guò)圖像重建算法，即可反演得出材料內(nèi)部輔助顆粒的位移變化。該方法適用于各種需要監(jiān)測(cè)復(fù)合型材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的場(chǎng)合，特別是在需要實(shí)時(shí)、無(wú)損監(jiān)測(cè)的環(huán)境下，本方法顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料內(nèi)部顆粒的位移和變形，幫助發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的潛在力學(xué)問(wèn)題，從而避免潛在的故障和損失。

技術(shù)研發(fā)人員：周長(zhǎng)紅,陳宇,彭聰,曹明月,滕鴻瑞,陳宗標(biāo)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9