Page 142 - 无损检测2021年第二期
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不同主应力的情况下，分别利用圆形微带贴片天线应变传
感器和电阻应变片测量了不同平面夹角方向的应变变化曲
线。由测量结果可知，2 种检测方法测量结构应变的数值
一致，表明利用圆形贴片天线可表征结构应变的大小及方
向，并且试验中最小可分辨的平面夹角为 15°。应变随
（a）密度随 SOC 变化 （b）杨氏模量随 SOC 变化
角度变化关系如图 8 所示。此外，相较于电阻应变片，圆
图 10 负极石墨的电极材料密度
形贴片天线应变传感器只需 1 组即可实现结构应变大小及
与杨氏模量随 SOC 的变化
方向的无源无线测量。
（a）密度随 SOC 变化 （b）杨氏模量随 SOC 变化
图 7 应变全向性检测系统外观 图 11 正极钴酸锂电极材料密度
与杨氏模量随 SOC 的变化
该研究对锂离子电池中超声波的反射特性做出了清晰
与全面的表述，首次提出了用勒让德正交多项式法求解一
单元与多单元锂离子电池的反射系数。理论结果表明，反
射系数的角频谱和频谱随 SOC 呈现规律性偏移，因此其
可以用来表征 SOC。有限元模拟得到的结果与该方法高
度吻合，验证了该方法的可行性（见图 12 ～ 14）。
（a）0˚ ～ 90˚ 范围 （b）0˚ ～ 360˚ 范围
图 8 应变随角度变化关系示意
在 Sensors and Actuators A: Physical 期刊上发
表了题为 Strain omnidirectional detection based on
circular patch antenna 的论文。
(7) 基于勒让德正交多项式方法的锂离子电池超声反 （a）入射频率 f = 0.8 MHz （b）入射频率 f = 1 MHz
射特性研究。锂离子电池的内部信息，如材料性能和电化
图 12 单元电池反射系数角度谱
学状态，可以通过电池的充电状态（SOC）反映出来。超
声无损检测方法可以用来表征电池的 SOC，获取超声波
传播信息与 SOC 之间的关系。在电池充电过程中，正极
的锂离子会脱出，并穿过隔膜，嵌入到负极中，使得内部
电极材料的杨氏模量和密度发生变化，这将影响超声波在
电池中的传播。锂电子电池充电过程如图 9 所示，负极石
（a）入射角度 θ = 45° （b）入射角度 θ = 60°
墨和正极钴酸锂的电极材料密度与杨氏模量随 SOC 的变
化如图 10，11 所示。 图 13 单元电池反射系数频谱
（a）入射频率 f = 0.8 MHz （b）入射频率 f = 1 MHz
图 9 锂离子电池充电过程示意 图 14 电池反射系数角度谱理论、仿真对比
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2021年 第43卷 第2 期
无损检测
