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【摘要】在航空航天器的制造中，部件難免會有損傷、裂痕及脫粘情況，若不能夠精確檢測修補，勢必對航空航天器的性能造成極大的影響，故而對航空航天器材的無損檢測技術就顯得尤為重要。超聲檢測法是最常用的傳統的檢測技術，但其有不可避免的缺點，比如在蜂窩復合材料中，蒙皮(蜂窩結構的外包皮)已經脫粘但是仍然和內部貼在一起，這種缺陷超聲無法檢測到，而敲擊檢測可以完美地完成，這是其獨有的優點。敲擊法很適用于大型復合材料結構的現場檢測。所以，我們設計的敲擊檢測儀便是一款用于航空航天復合材料無損檢測的很有效的儀器。

【關鍵詞】航天復合材料；敲擊無損檢測；應力模型；上位機觸控多樣化結果顯示

1作品介紹

該作品由六個模塊組成:探頭，驅動開關電路模塊，調理電路模塊，上位機觸控模塊，信息處理模塊，結果多樣化顯示模塊(語音播報模塊，波形寬度數值顯示模塊，觸摸屏顯示模塊，蜂鳴報警模塊)。功能:本作品是通過驅動帶有傳感器的敲擊頭輕輕敲擊被檢測工件的表面，根據傳感器返回的信號來判斷材料是否存在缺陷，并將將此過程作出準確的定量顯示(包括波形的采集與數值顯示、語音播報檢測結果、蜂鳴報警、LED顯示)。

2工作原理

核心思想:敲擊檢測方法的核心思想是，當被檢測對象中存在某種缺陷時，結構整體的某些振動特征也會隨之改變，將此變化經傳感器轉化為電信號，經過調理送入單片機進行分析處理，以判斷其是否存在缺陷和脫粘等情況。組成:本作品以所選STM32F107VCT6單片機為核心，對所采集信息進行分析處理。大體上可分為兩部分，前期是選擇合適驅動電路驅動探頭敲擊，以及設計相應的調理電路，然后將信號送入單片機處理;后期是單片機與各終端的通訊;整個過程可通過上位機實現觸摸控制。模塊劃分:探頭，驅動開關電路模塊，調理電路模塊，信息處理模塊，觸控顯示模塊，語音播報模塊。

2．1敲擊頭驅動電路設計

敲擊頭采用電螺線管，帶動敲擊錘，錘頭帶有壓電傳感器，敲擊錘落下時需要保證足夠快的速度，以保證完全體現被測材料的特性，因此需要設計適合的驅動電路。

2．2調理電路

調理電路的作用的對敲擊頭產生的信號進行初步處理，以便單片機進一步采集處理。其主要包括兩部分:信號的放大和比較。

2．3觸控顯示

模塊電磁鐵的敲擊頻率被設計為通過觸控屏可調，通過按下設置按鈕，可以更改敲擊頭的頻率為2/4/8/16Hz，初始化設置采樣頻率為2Hz。采樣平均數設置按鈕，對敲擊取樣的到的數據進行求平均，和頻率一樣可以通過觸控屏來設置為每1/2/4/8次求一次平均，初始化設置為不取平均值。本設計可以通過觸控屏來更改工作的模式，工作模式分為兩種，分別是脫沾模式和內核模式，脫沾模式是檢測蜂窩復合材料的脫沾缺陷，內核模式則是檢測材料的內核狀態，上電默認為脫沾缺陷檢測;顯示控件分為采樣值、參考值、采樣次數實時顯示，采樣控件將壓電傳感器采集的脫粘值實時顯示;參考值控件為檢測標準蒙皮表面參考點，為了保證參考數值取得穩定正確，在獲取參考值時會對參考的正常目標器件進行多次取樣，并對每次取得的參考數值進行分析，拋去過于不正確的值，同時對有效的參考值進行計數，在獲得足夠的數量的樣本后對總體進行求和取平均從而得到較為準確的參考數據，采樣次數為記錄傳感器實際測量的點數;界面上可以實時顯示電池電量和蜂窩表面的脫沾程度，脫沾程度將用進度條顯示，脫沾程度大小用綠色、黃色、淺紅色、深紅色分別表示蜂窩表面的脫沾程度正常、警告、缺陷、嚴重缺陷。

2．4信息處理及結果顯示(包括語音播報、波形寬度數值顯示、LED顯示及蜂鳴報警)

經調理電路處理后的信號輸入單片機進行分析處理，隨后用語音播報、波形寬度數值顯示、LED顯示模塊來完成結果顯示，這些顯示功能都是同步的。儀器上的LED指示燈是用來顯示材料的脫粘程度，根據脫粘程度的不同，數據指示燈分為綠色，黃色，橙色，紅色三個階段(相對應的是顯示屏中的四個階段)。當有缺陷時，僅有一個蜂鳴器報警，嚴重缺陷時兩個蜂鳴器會同時響起。

3結語

本作品以所選STM32F107VCT6單片機為核心，對所采集信息進行分析處理。大體上可分為兩部分，前期是選擇合適驅動電路驅動探頭敲擊，以及設計相應的調理電路，然后將信號送入單片機處理;后期是單片機與各終端的通訊。整個過程可通過上位機實現觸摸控制。目前我們做到了演示階段，本產品的目的是做一款便攜式的敲擊檢測儀，所以需要外形設計，只用開關來進行控制，以達到檢測目的。特色:(1)該儀器作為無損檢測的一種手段，具有其他無損檢測不能取代的特點，比如在蜂窩復合材料中，蒙皮已經脫粘但是仍然和內部貼在一起，這種缺陷是超聲無法檢測到的，而該儀器可以測到。(2)傳統的敲擊檢測，對于熟練的操作人員，他們可以通過輕輕敲擊被檢測工件的表面，通過工件不同部位所發出的不同聲音來判斷材料是否脫粘，缺點是嚴重依賴于操作人員的敲擊和主觀判斷，易造成誤判和漏判。與傳統的敲擊檢測方法不同，本作品可將材料的脫粘程度進行量化并顯示出來，而且不受周圍環境噪聲的影響，對操作人員也沒有特殊的要求。

參考文獻:

［1］閻石．數字電子技術基礎［M］．北京:高等教育出版社，2011．

［2］童詩白．模擬電子技術基礎［M］．北京:高等教育出版社，2006．

［3］STM32F107VCT6數據手冊和用戶指南［Z］．

［4］黃智偉．全國大學生電子設計競賽［M］．北京:北京航空航天大學出版社，2011．

作者：葉文昊；王偉業；畢武；張微；陳寶 單位：天津工業大學電子與信息工程學院