專利名稱：放電檢測裝置和方法
技術領域：
當閃電經(jīng)過復合板時，閃電能夠在復合板的厚度側邊上產(chǎn)生一個或多個電火花(英語為edge flow,邊緣發(fā)光)。圖1和圖2上示出了這種現(xiàn)象。更為確切地說，當閃電進入復合板時，閃電趨于隨循纖維的方向。實際上，形成絕緣層的樹脂阻止閃電從一個層到另一層。當閃電到達復合板的端部和與空氣相接觸時，會產(chǎn)生一種電暈效應并伴隨有等離子的形成。在某些應用中，特別是在航空領域，實施一些分析來更好地理解電火花在復合板中的形成。為此，進行閃電測試。這些測試允許根據(jù)閃電在復合板上的電擊和所憂慮的放電現(xiàn)象對復合板的結構進行建模。
背景技術：
為了分析放電現(xiàn)象，通過數(shù)字模擬對復合材料板上的點一考慮所選擇的材料屬性，所述點具有放電的可能性一進行定位。繼而在復合板上實施閃電測試?，F(xiàn)今，考慮所需的設備，在專門的中心實施閃電測試。這些中心使用極強電流閃電發(fā)生器。在閃電測試的過程中，可以觀察通過模擬獲得的所產(chǎn)生的電火花定位是否正確。還在電擊后對合成物進行分析。通過更改所使用的合成物類型或在其中實施測試的條件，根據(jù)所述合成物的物理特征，如區(qū)域成形，幾何形狀，在層之間的厚度，纖維的厚度等，研究合成物對放電現(xiàn)象的靈敏度。測試結果允許推斷在合成物的物理屬性和放電現(xiàn)象之間的對應性。由已知的閃電測試系統(tǒng)提出的問題之一對于執(zhí)行閃電測試而言所需的是重型的、復雜的和昂貴的設備。閃電發(fā)生器的體積很大和在能夠進行使用前要求長時間的制備。實施閃電測試的延時會較大，例如到6周。此外，出于測試需要閃電被再現(xiàn)，在其上物理地測試電擊現(xiàn)象的復合板會被明顯損壞。由此使得對于分析影響參數(shù)而言難度提高。由現(xiàn)有的測試系統(tǒng)提出的另一問題在于對環(huán)境的敏感度。系統(tǒng)被調(diào)節(jié)以在復合板的確定位置實施電擊。不過，大氣濕度的變化會使電擊方向產(chǎn)生偏差和使測試失敗。在專利申請US20070258090中描述一種放電檢測裝置——不進行閃電測試。該文獻描述一種裝置，所述裝置包括復合材料樣本，其與電纜相連以在樣本的位置產(chǎn)生電火花，鏡片，用以將由樣本的不同面發(fā)出的電火花反射到照相機或檢測器來對電火花進行觀察，和用以分析電火花光的部件。然而，這種裝置相當復雜和需要多種工具以能夠在試樣的多個面上觀察不同的電火花。這也會使得對于不同類型的復合材料，在相同條件下的檢測的重復復雜化。本發(fā)明的目的在于提供一種測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)簡化、可重復并且牢固，允許突出放電現(xiàn)象，而沒有現(xiàn)有的閃電測試的繁重性和現(xiàn)有的放電檢測裝置的復雜性。
本發(fā)明的另一目的在于允許縮短在閃電測試的范圍內(nèi)研究影響參數(shù)所需的時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種檢測裝置，其對在復合板處的放電現(xiàn)象進行檢測，所述裝置包括至少一個引入電纜，其將電流引入所述復合板中，使電流回流的至少一個回流電纜，至少一個絕緣板，其連接至所述復合板，和檢測部件，檢測部件，其對位于所述復合板的外表面處的電火花進行檢測。這允許將電流集中到對放電敏感的復合板中并便于重復檢測。所述裝置包括控制部件，其控制在電纜中流動的電流。這樣，易于在不同的電學條件中對測試進行再現(xiàn)。根據(jù)一個具體實施方式
，在復合板的兩端部的位置布置兩個絕緣板并在復合板的一個縱向面上在所述兩個絕緣板之間布置第三絕緣板。在本發(fā)明的第二實施方式中，裝置包括絕緣材料，復合板嵌入在所述絕緣材料中，以使得所述復合板的單個面是自由的。根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，檢測部件包括照相機，所述照相機能夠記錄所述復合板(3)的圖像和由放電現(xiàn)象產(chǎn)生的電火花，以及允許借助所述圖像對電火花進行定位的部件。根據(jù)第二實施方式，檢測部件包括測量部件，測量部件對在復合板的平行的縱向面之間的電壓進行測量。根據(jù)第三實施方式，檢測部件包括光電檢測器。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式
，復合板的至少第一層的纖維方向與復合板上經(jīng)過電纜的固定件的軸線的方向不同。本發(fā)明還涉及一種檢測方法，所述檢測方法檢測在復合板位置的放電現(xiàn)象，所述方法包括以下步驟:-借助于將電流引入所述復合板中的至少一個引入電纜來傳輸電流，至少一個絕緣板被連接至所述復合板；-借助于至少一個回流電纜使電流回流；和-借助于檢測部件檢測位于復合板的外表面的電火花；所述方法包括如下步驟，所述步驟借助控制部件對在復合板中流動的電流進行調(diào)節(jié)。


通過閱讀接下來的根據(jù)本發(fā)明的裝置的說明書，本發(fā)明的其它目的，優(yōu)點和特征將得到展示，說明書作為非限定性示例給出和參照附圖，在附圖中:-圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的檢測裝置；-圖2示意性地以透視圖示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的檢測裝置；-圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的檢測裝置；-圖4示意性地示出由板層堆疊組成的復合材料；-圖5是示出使用根據(jù)本發(fā)明的檢測裝置的分析方法的不同步驟的簡圖。
具體實施例方式所提出的解決方案的原理在于提供允許一種突出放電現(xiàn)象的簡化裝置。解決方案在于使用測試臺來容易地研究所述及的現(xiàn)象。圖1和圖2示出根據(jù)第一實施方式的使用復合試樣2的放電現(xiàn)象檢測裝置I。在下文所述的實施方式中，利用復合材料實施測試?？墒褂脤Ψ烹娒舾械钠渌愋筒牧?，例如由具有不同導電率的板層組成的材料。在所示的實施方式中，復合試樣2包括平行六面體復合材料板3。復合材料板3具有四個縱向面:上部面4，前側面5，后側面6，下部面7。復合板還具有兩個側向端面:左側面8，右側面9。復合板3通過其縱向下部面7置于絕緣材料基板10上。兩絕緣材料側板11，12在每個端部布置在復合板3的縱向位置位于側向端面8，9處。絕緣板10，11和12也是平行六面體形狀的。絕緣板11和12是平行的。復合板3布置在絕緣板11和12之間并垂直于每個絕緣板。復合板3，絕緣板11和12形成H形和置于基板10上。允許模擬閃電的電纜13通過已知的各種類型部件固定在復合板3上。電纜14將電流輸入復合試樣2中:這模擬閃電在復合板3上的電擊。在與絕緣板4，5，6非連結的三面之一上，電纜14固定在復合板3的端部之一上。在所示的示例中，電纜14進入復合板3的縱向上部面4中。設置電流回流電纜15。電纜14，15在每個端部上固定在同一面一這里是面4——上復合板3的縱向位置。這樣，當電流通過電纜14輸入復合板3中時，電流應縱向地穿過復合板，以再與回流電纜15連接。在僅僅作為說明性而非限定性給出的裝置I的實施例中，復合板的長度為120毫米，寬度為30毫米，厚度為3毫米。電流通過在復合板中固定的金屬螺栓輸入。螺栓的直徑為6.35毫米。在每個螺栓的中心之間的距離為100毫米。經(jīng)過每個螺栓的中心的軸線X-X處于平行于復合板3的每個棱邊的復合板的縱向方向上。在每個螺栓的中心和復合板的每個側向端面之間沿軸線X-X的距離為10毫米。金屬螺栓受阻地固定在復合板3中(即螺栓的直徑略大于鏜孔的直徑)，允許對在固定件和復合材料之間的接觸電阻進行控制。絕緣板10，11和12避免在側向端面8，9或縱向下部面7位置的電暈效應從而迫使電流進入復合板3中。絕緣板10，11和12在復合板3的每個端部布置在側向端面8，9的位置以及在側向端面8，9之間布置在縱向下部面7的位置，以避免各種橋接。如圖1所示，當電流進入電纜14中時，產(chǎn)生一種放電現(xiàn)象，放電現(xiàn)象由在復合板3的外表面位置的電火花16體現(xiàn),復合板3的所述外表面不與絕緣板10,11和12相接觸并且在所示出的實施方式中，位于復合板3的縱向上部面5上?？刂圃陔娎|13中流動的電流的控制部件17允許修改所應用的強度，電壓和/或頻率和/或放電到回流電纜15的時間。電流通過輸入端固定件回到復合板3中和通過輸出端固定件輸出。在兩固定件之間的勢差在復合材料中產(chǎn)生電場。電流進入復合板3中和主要地在相對于對齊的兩固定件成0°的纖維層的方向上流動，也從一個層到另一層沿厚度方向流動，當材料在厚度邊側中的導電率較低時會引起放電。設置電火花檢測部件18以在復合板3上對一個或多個電火花進行定位。部件18可是不同類型的。
在第一實施方式中，部件18包括光敏照相機19，或甚至具有大快門孔徑的照相機。照相機19記錄在閃電測試中的復合板3。對在其上產(chǎn)生電火花的復合板所獲得的圖像進行分析以精確地測定一個或多個電火花的定位。在未示出的第二實施方式中，部件18包括測量部件，測量部件的類型是已知的并測量在復合板3的平行的縱向面之間的電壓，例如在所示示例中在縱向前側面和縱向后側面5，6之間的電壓。如果在精確點電壓增大，這意味著在該點出現(xiàn)電火花。檢測部件18可組合在第一和第二實施方式中所使用的部件和/或使用各種其它類型的技術。裝置I從而允許容易地和快速地檢測和定位在復合板上的電火花，并便于對現(xiàn)象
進行重復。通過數(shù)字模擬，選擇這樣的材料配置:對于該材料，放電的風險較低；對風險進行辨識和將其確定位置。將通過數(shù)字模擬所獲得的結果與用檢測裝置I所獲得的結果進行比對。裝置I具有以下的優(yōu)點:裝置I允許獲得關于通過數(shù)字模擬獲得的結果的快速結論。如果這些結果是積極的，從而進行已知類型的閃電測試來研究實際情形中的效應。在實際結果并不對應通過模擬獲得的結果的情形中，可能的是，實際上材料敏感于放電現(xiàn)象。從而避免進行實際情形的閃電測試一考慮到更為敏感的復合板3的較大損壞，實際情形的閃電測試帶來更少的后果。易于快速地用不同的材料配置或不同的電學特征來再現(xiàn)測試。實際上只需更換復合板或有區(qū)別地對電流的控制部件進行控制。在前文所描述的配置的情形中，放電現(xiàn)象被限制。實際上，流過0°纖維的試樣的電流中僅僅少量電流從一個層達到另一層。不過，當電流在不同定向的層的厚度上流過時放電現(xiàn)象變得顯著。通過使用具有在與縱向方向不同的方向上定向的第一纖維層的材料，迫使電流從一個層到達另一層。以更突出的方式使放電現(xiàn)象變得顯著。根據(jù)一個實施例，對于例如在準各向同性的區(qū)域成形的合成物，可以用在與軸線X-X相同的方向上不具有任何纖維的復合板代兩個固定件的軸線X-X在與0°纖維相同的方向的復合板3，其中使兩個固定件的軸線與0°纖維的方向呈22.5°。相同地，借助于控制部件17，可容易地修改在復合板3中經(jīng)過的電流，電壓，電流頻率和/或荷載時間。圖3示出放電現(xiàn)象檢測裝置101的另一實施方式。該裝置101包括復合試樣或復合板102，放電檢測部件118和電流控制部件117，所述復合試樣或復合板集成在電絕緣材料111中，以使得復合試樣102的至少一個面是自由的。圖4示出層疊復合材料130，所述層疊復合材料由纖維增強層131的堆疊組成，纖維增強層通過樹脂基體133分開。每個增強層131具有相對于對材料的所有層共有的參考系(X，1，z)的特有定向。根據(jù)該示例，纖維增強層131位于平面(X，y)中和因此在方向z上堆疊。
在圖3的示例中，使用復合試樣或復合板102，復合試樣或復合板從復合材料130提取并具有平行六面體形狀，而且相對于參考系(X，1，z)其尺寸在X和z的方向上大約為數(shù)個mm，和在y的方向上為十幾個mm。此外，復合板102的五個面完全被絕緣材料圍繞和位于平面(X，z)中的單個前側面105是自由的。更為特別地，使用平行六面體復合板102，該復合板在x，y和z的方向上的尺寸分別為5mm, 20mm和4mm。復合板102嵌入圓柱形形狀的絕緣材料111中，絕緣材料在平面(x,z)中的直徑大約為30mm和在方向y上的高度大約為40mm。當然，絕緣材料111可是各種
其它形狀的，例如平行六面體-其在X，y和z的方向上的各自的尺寸大約為30mm, 40mm
和 30mm。復合板102包括金屬涂層或沉積層，例如在相對的、平行于復合材料層131的第一和第二面104，107上的化學鎳或電解鎳。在圖3的示例中，這些金屬化的面104，107對應于相對于參考系(X，1，z)位于平面(X，y)中的上部面和下部面并與絕緣材料111接觸。此外，第一和第二電纜114，115分別地固定(例如通過膠粘接)在這些第一和第二面104,107上。在所不不例中，第一電纜114將電流輸入復合板102的第一上部金屬化面104并且第二電纜115從復合板102的第二下部金屬化面107重新獲得電流。在復合板102的兩個連續(xù)纖維層131之間的纖維可被考慮作為尖端部。因此，當在兩個連續(xù)纖維層之間的電場超過臨界擊穿電場(大約數(shù)十個kV/cm)時，在方向z上經(jīng)過兩個纖維層之間的基體133產(chǎn)生電弧。電弧通過在復合板102的不與絕緣體111接觸的自由面105處的電火花116體現(xiàn)。如前文所述，對在電纜114，115中流動的電流進行控制的控制部件117允許修改所應用的強度、電壓和/或頻率和/或放電到回流電纜115的時間。電流通過輸電電纜114回到第一金屬化面104中，經(jīng)過基體133從一個層131到另一層在方向z上流經(jīng)輸電電纜，這引起在復合板102的自由面105處的放電和通過回流電纜115從第二金屬化面107輸出。因此，在第一和第二金屬化面104，107之間的通過輸電電纜114和回流電纜115的電力連接規(guī)定建立電流在這兩個面104，107之間的流動的穩(wěn)定導電通道或渠道，從而便于實現(xiàn)對在不同類型的或不同批次的復合材料上對放電現(xiàn)象進行檢測的可重復性。此外，絕緣層111迫使電流僅僅在自由面105處流過，以方便檢測和進而方便實現(xiàn)測試的可重復性。實際上，電暈效應并不在嵌入到絕緣層111中的五個面的位置處產(chǎn)生。此外，設置電火花檢測部件118以在自由面105上對一個或多個電火花進行定位。如前文所述，在第一實施方式中，這些部件118包括光敏照相機119或甚至具有大快門孔徑的照相機。在第二實施方式中，部件118包括測量部件，測量部件測量在復合板102的平行面之間的電壓。在第三實施方式中，部件118包括紅外光電檢測器135和/或紫外光電檢測器137，所述檢測器位于自由面105的表面上并被定向以對由該表面發(fā)出的電火花進行定位。作為示例，紅外檢測器135允許測定自由面105的溫度并且紫外檢測器137允許測定在自由面105的位置存在等離子。通過光電檢測器135，137獲得的數(shù)據(jù)被分析以根據(jù)不同的電壓、不同的環(huán)境參數(shù)(壓力，溫度，濕度等)和/或不同類型的復合材料來測定放電的特征(定位，強度，能量，時間，光譜分析等)。檢測部件118可組合在第一，第二和第三實施方式中所使用的部件和/或使用各種其它類型的技術。分析方法從而得到簡化。借助于分析裝置1，101，易于快速地測試不同的材料構型以及不同的電流形式。圖5中示出了分析方法20。該方法包括第一建模步驟21，第一建模步驟在于以一定方式給復合材料建模和在于根據(jù)該建模選擇放電風險弱的材料種類。在第二模擬步驟22中，進行在所選擇的建模的復合板上電擊的數(shù)字模擬。在作為本專利申請對象的第三測試步驟23中，借助于檢測裝置1，101實施測試。檢測和定位一個或多個電火花。從而進行鑒定步驟24，以檢驗所使用的建模是否正確。將電火花的數(shù)量和定位與通過數(shù)字模擬獲得的電火花數(shù)量和定位進行比較。通過這種方式，在測試和鑒定步驟后，檢驗所選擇的材料的建模是否正確和材料是否真正地敏感于或不敏感于放電現(xiàn)象。如果檢驗得出所選擇建模的材料真正地較不敏感于放電現(xiàn)象，從而可執(zhí)行閃電測試(步驟25)。借助于根據(jù)本發(fā)明的裝置1，101，僅僅對所選擇的材料實施較繁重和昂貴的閃電測試。在最后一個步驟26，進行對用閃電測試所獲得的結果的鑒定。由此推斷在如所建模材料的物理屬性和放電現(xiàn)象之間的對應性。
權利要求
1.一種對在復合板(3)位置處的放電現(xiàn)象進行檢測的檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括: 至少一個引入電纜(14)，其將電流引入所述復合板(3)中， 使電流回流的至少一個回流電纜(15)， 至少一個絕緣板(10，11，12)，其連接至所述復合板(3)，以及 檢測部件(18)，其對位于所述復合板(3)的外表面處的電火花進行檢測。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括控制部件(17)，所述控制部件控制在所述電纜(14)中流動的電流。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括兩個絕緣板(11，12)和第三絕緣板(10)，所述兩個絕緣板布置在所述復合板(3)的兩端部處，所述第三絕緣板(10)在所述復合板(3)的一個縱向面上布置在所述兩個絕緣板之間。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括絕緣材料(111)，所述復合板(102)嵌入在所述絕緣材料中，使得所述復合板(102)的單個面(105)是自由的。
5.根據(jù)權利要求1到4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述檢測部件(18)包括照相機(19)，所述照相機能夠記錄所述復合板(3)的圖像和由放電現(xiàn)象產(chǎn)生的電火花，以及允許借助所述圖像對電火花進行定位的部件。
6.根據(jù)權利要求1到5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述檢測部件(18)包括測量部件，所述測量部件對在所述復合板(3)的平行的縱向面(5，6或4，7)之間的電壓進行測量。
7.根據(jù)權利要求1到6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述檢測部件(18)包括光電檢測器(135，137)。
8.根據(jù)權利要求1到7中任一項所述的裝置，其特征在于，所述復合板(3)被配置成使得所述復合板(3)的至少第一層的纖維方向與所述復合板(3)上經(jīng)過所述電纜(14，15)的固定件的軸線(X-X)的方向不同。
9.一種檢測在復合板(3)上的放電現(xiàn)象的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: -借助于將電流引入所述復合板(3)中的至少一個引入電纜(14)來傳輸電流，其中至少一個絕緣板(10,11,12)被連接至所述復合板(3)； -借助于至少一個回流電纜(15)使電流回流；和 -借助于檢測部件(18)檢測位于復合板的外表面的電火花。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:借助控制部件(17)對在所述復合板(3)中流動的電流進行調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測方法和一種檢測裝置，所述檢測方法和裝置對在復合板上的放電現(xiàn)象進行檢測，所述檢測裝置包括至少一個引入電纜(104)，所述引入電纜將電流引入所述復合板中，至少一個回流電纜(115)，至少一個絕緣板(10，11，12)，其與復合板(3)連接，以及檢測部件(118)，其對在所述復合板的外表面處的電火花進行檢測。
文檔編號G01R27/20GK103201640SQ201180050162
公開日2013年7月10日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權日2010年9月6日
發(fā)明者弗朗索瓦·龐斯 申請人:空中客車營運有限公司