马 敏 郭鹏飞 董永智

(中国民航大学电子信息与自动化学院 天津 300300)

0 引 言

非金属复合材料因其较轻的质量和较高的强度被应用于航空和工业领域[1]。在航天领域，新型飞机的主要结构件通常采用非金属复合材料，占比高达51%；在工业领域，非金属复合材料主要用于制造设备承压结构。在复合材料制造过程中，可能出现气孔、开裂、分层等缺陷;飞机在服役过程中的冲击、疲劳、负载等会使复合材料产生损伤[2]。服役中产生的损伤将会不断地积累并扩展，最终导致材料的强度和性能大幅度降低。针对复合材料缺陷无损检测的方法主要有目测、超声波扫描成像、红外热波成像[3-4]等。基于材料内部缺陷与材料介电常数不同的电特性，本文提出一种基于双平面电极传感器以及电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography，ECT)技术的检测方法。ECT是一种基于电容敏感原理的过程成像技术，ECT以其实现简单、无辐射、非侵入等优点在无损检测领域内备受关注。庞宇等[5]搭建了64电极的单平面传感器对材料进行探伤，利用LCR分析仪对缺陷试件进行电容值测量，验证了平面电极传感器可对复合材料进行缺陷检测。温银堂等[6]使用同面阵列传感器实现了对复合材料构件胶粘层缺陷进行检测。范文茹等[7]提出OECT方法,对于CFRP层合板不同损伤缺陷检测的有效性和可行性。Wei等[8]研究了从单平面ECT到双平面ECT结构的成像性能，将其应用到工业体积分数监测应用中。Tholin-Chittenden等[9]设计了五种不同电极结构的平面电极传感器，用来检测复合材料地雷，实验结果表明新型传感器可提高探测深度和利于物体形状重建。……