本公开总体上涉及结构部件的非破坏性检查(ndi)，并且更具体地，涉及利用结构部件内的衍射腔的几何图案检测暴露于环境条件而引起的结构部件中的应变的系统和方法，该结构部件衍射不可见电磁(em)能量以产生被结构部件反射或透射的em能量的波长的可检测到的变化，该变化指示了结构部件中的应变。
背景技术：
诸如商用车、制造设备和其他工业系统这样的许多机械系统可被暴露于诸如振动、极端温度、冲击和机械应力这样的特别剧烈的环境条件。例如，即使在地面上，飞机也可在货物装卸期间承受巨大的应力以及来自支援车辆和地面支援设备的冲击。在飞行期间，起飞和降落期间，可能因货物移位或固定不当、飞行期间与物体的撞击等而导致应力和/或冲击。另外，某些结构部件在暴露于高温时会承受热应力。例如，某些复合材料会受到热降解的影响，从而会损害复合材料的机械性能，这些机械性能包括挠曲强度、冲击后的压缩以及层间剪切强度，还有其他机械性能。
因此，通常在各种工业系统的所选择部件的使用寿命期间对部件进行例行检查和评估。一个或更多个结构部件的完整性会被损害，而没有环境条件对部件的影响的伴随的视觉可检测到的指示。因此，存在需要可指示对在操作期间暴露于诸如重复载荷、冲击、高温等之类的环境条件之后的结构部件的累积影响的非破坏性检查技术。这样的指示可造成安排在适当的时间对结构部件进行进一步评估、维修和/或更换。
技术实现要素：
在本公开的一方面，公开了一种结构部件。该结构部件可包括第一外表面、第二外表面以及在结构部件内的由第一表面形成的衍射腔的第一几何图案。该衍射腔的第一几何图案可具有以第一腔间隔距离彼此间隔开的第一组衍射腔，其中，当具有与第一腔间隔距离对应的第一波长的em能量的第一投射射束碰上第一组衍射腔时，该em能量的第一投射射束被衍射，并且形成具有第一衍射波长的衍射的em能量的第一衍射射束，第一衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第一腔间隔距离的变化。
在本发明的另一方面，公开了一种用于评估结构部件中的应变的检查系统。该检查系统可包括：在结构部件内的衍射腔的第一几何图案，所述衍射腔的第一几何图案具有以第一腔间隔距离彼此间隔开的第一组衍射腔；以及第一em能量源，其以与第一腔间隔距离对应的第一波长投射em能量的第一投射射束。当em能量的第一投射射束被投射到结构部件上时，em能量的第一投射射束可穿过结构部件到达衍射腔的第一几何图案，并且可被第一组衍射腔衍射，以形成具有第一衍射波长的衍射的em能量的第一衍射射束，第一衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第一腔间隔距离的变化。该检测系统还可包括：em能量检测器，其在第一em能量源将em能量的第一投射射束投射到结构部件上时检测来自第一组衍射腔的衍射em能量的第一衍射射束的第一衍射波长；以及处理器，其操作性地连接到em能量检测器，并被配置为从em能量检测器接收衍射的em能量的第一衍射射束的第一衍射波长并将第一衍射波长与结构部件中的应变关联。
在本公开的其他方面，公开了一种用于评估结构部件中的应变的方法。结构部件可具有在结构部件内的衍射腔的第一几何图案，衍射腔的第一几何图案包括均具有第一腔间隔距离的第一组衍射腔。用于评估应变的方法可包括：将em能量的第一投射射束投射穿过结构部件到达衍射腔的第一几何图案，其中，em能量的第一投射射束具有与第一腔间隔距离对应的第一波长，并且其中，第一组衍射腔衍射em能量的第一投射射束，以形成具有第一衍射波长的衍射的em能量的第一衍射射束，第一衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第一腔间隔距离的变化。该方法还可包括：在em能量的第一投射射束被投射到结构部件上时检测来自第一组衍射腔的衍射的em能量的第一衍射射束的第一衍射波长；并且将来自衍射腔的第一几何图案的衍射的em能量的第一衍射射束的第一衍射波长与结构部件中的应变关联。
附图说明
图1是按照本公开的机械系统的结构部件的等轴视图，该结构部件具有衍射腔的几何图案；
图2是图1的结构部件的一部分的剖视图，该结构部件具有衍射腔的几何图案；
图3是从与图2的截面平面垂直的剖面截取的图1的结构部件的一部分的剖视图；
图4是按照本公开的机械系统的结构部件的替代实施方式的等轴视图，该结构部件具有衍射腔的多个几何图案；
图5是图4的结构部件的一部分的剖视图，该结构部件具有衍射腔的多个几何图案的示例性配置；
图6是按照本公开的结构部件的其他替代实施方式的一部分的剖视图，该结构部件具有衍射腔的三维几何图案的示例性配置；
图7a至图7g是用于图1的结构部件的按照本公开的衍射腔的几何图案的实施方式的平面图；
图8是按照本公开的结构部件的一部分的等轴视图，安装在该结构部件上的补块具有衍射腔的几何图案；
图9是按照本公开的可实现结构部件检查的电气部件和控制部件的框图；
图10是图1的结构部件上的按照本公开的检查系统和检查方法的示例性实现方式的示意图；
图11是在图1的结构部件上的检查系统和检查方法的替代示例性实现方式的示意图；
图12是按照本公开的检查例程的实施方式的流程图；
图13是按照本公开的检查例程的替代实施方式的流程图；以及
图14是按照本公开的示例性应变图案显示的示图。
具体实施方式
图1和图2是被配置用于应用本文中例示和描述的ndi系统和方法的机械系统的结构部件10的一部分的图示。结构部件10可以是将经受可对结构部件10造成应力和应变的环境条件的机械系统的任何部件。为了在本公开的ndi系统和方法中使用，结构部件10包括由结构部件10的内部内的表面形成的衍射腔14的几何图案12。在所例示的实施方式中，结构部件10具有其中限定了衍射腔14的几何图案12的单层构造。结构部件10包括第一外表面16、第二外表面18，其中衍射腔14的几何图案12设置在结构部件10内、在外表面16、18之间。在衍射腔14被限定在结构部件内的情况下，几何图案12被隐藏从而看不见并得到保护以免受可能破坏或者说损坏衍射腔14的环境要素的影响。
图2和图3以剖视图例示了图1的结构部件10。衍射腔14的几何图案12设置在结构部件10内，在外表面16、18以里。在所例示的实施方式中，衍射腔14是细长的圆柱形腔，当垂直于图2的截面观察时，圆柱形腔看上去是圆形，而当垂直于图3的截面观察时，圆柱形腔看上去是结构部件10内的线性通道。在替代实施方式中，衍射腔14可具有其他横截面几何形状，并根据需要被成形为适形于结构部件10，以提供有意义的应变指示。衍射腔14和几何图案12被配置为响应于使可见光谱之外的em能量投射到其上而形成被几何图案12反射或透射穿过几何图案12的em能量的波长的应变敏感的可检测变化。可通过下文中讨论的合适的检测器来检测被反射或透射的em能量，并且可通过处理器来确定被反射或透射的em能量的波长和频率的可检测变化，并将该变化与当结构部件10尚未受到因环境条件引起的应力和应变影响时期望的em能量波长的基准值进行比较。所例示实施方式的细长圆柱形衍射腔14是示例性的，并且按照本公开的衍射腔可根据需要具有替代的几何形状，以提供特定结构部件所遭遇的应变的有意义的表示，在该特定结构部件中实现了衍射腔。
可使用其中在构造结构部件时在结构部件内形成衍射腔的加成制造技术来制造按照本公开的具有衍射腔的结构部件。这样的加成制造技术可包括vat光聚合、材料喷射、粘结剂喷射、与激光烧结的粉末床熔合、材料挤出、直接能量处置、片层压、熔模或铸造等。这些制造技术可使在结构部件内能够隔离地形成衍射腔，而不必有穿过结构部件的外表面的开口，这些开口可随后被回填以隔离结构部件内的衍射腔。然而，本领域的技术人员将理解，按照本公开，可在制造具有衍射腔的结构部件中使用其他替代制造技术，并且发明人料想到这样的技术。
在所例示的实施方式中，衍射腔14被布置成具有腔宽度wc和腔间隔距离dc，以在具有对应波长的em能量投射到结构部件10上时产生衍射。在结构部件10内产生声边界，在该结构部件中，内表面限定衍射腔14。投射到结构部件10上的em能量的波长与衍射腔14的腔宽度wc和腔间隔距离dc相协调，以便于确定因暴露于环境条件引起的结构部件10中的应变。
所投射的em能量的波长通常将在大致400nm至750nm的可见范围之外，除非结构部件10由对于可见范围内的em能量而言视觉上透明的材料制成。所施加的em能量的衍射产生被反射或透射的em能量的衍射波长中的可检测到的变化，随着腔间隔距离dc由于结构部件10中的应变而改变，所述可检测到的变化改变。
与几何图案12的相邻衍射腔14之间的中心间距离对应的腔间隔距离dc将确定可施加到几何图案12的em能量的最佳光谱范围。通常，当腔间隔距离dc大于em能量的波长时，几何图案12将衍射em能量。在一些实施方式中，腔间隔距离dc的目标值可以是em能量的波长的大致两倍。然而，取决于按照本公开的图案化和应变测量的特定实现方式的要求，腔间隔距离dc可大于或小于em能量的波长的两倍。这些条件是从本领域已知的以下衍射光栅公推导出的：
d×sinθ＝n×λ(1)
其中，d等于相邻衍射腔14之间的腔间隔距离dc，λ是em能量的波长，n是将被观察到或检测到的衍射的em能量的阶数最大值，θ是观察角或投射到结构部件10上的em能量的入射方向与观察到的最大值的方向之间的夹角。基于公式(1)，当腔间隔距离dc是入射em能量的波长λ的大致两倍时，在等于大致30°(sin30°＝0.5)的观察角θ下观察到一阶最大值(n＝1)。
可在本公开的系统和方法中使用的波长、频率和腔间隔距离dc的组合的示例如下：
表1
因此，例如，对于在1mm至5mm波长范围内的超声em能量，腔间隔距离dc可在相同范围内或更大(例如，1mm至10mm)，并且衍射腔14可具有足以以足够的观察角θ衍射超声em能量以测量衍射的em能量所期望的阶数最大值的腔宽度wc。例如，对于具有1mm波长的超声em能量，腔间隔距离dc可大致为4mm，并且衍射腔14可具有等于大致2mm的腔宽度wc。腔间隔距离dc是波长的大致四倍，并且对于一阶最大值来说，对公式(1)进行求解，得出sinθ等于大致.25，从而观察角θ等于大致14.5°。对于在外表面16、18之间具有20mm厚度的结构部件10，当超声em能量被投射到第一外表面16上时，前二阶最大值将在第二外表面18处分开大致5mm，即通过使当前已知的超声传感器能够测量衍射的em能量的间距。
波长/腔间隔距离dc的组合可被选择为，使得当施加em能量并且结构部件10没有经受造成腔间隔距离dc改变的应变时，几何图案12将反射或透射具有对应衍射波长的em能量。衍射腔14的尺寸确定也与波长/腔间隔距离dc相关，因为腔宽度wc必须大得足以确保边界处的阻抗失配将影响传播的em能量，而不损害结构部件10的结构完整性。当结构部件10经受造成应变的环境条件时，随着应变造成腔间隔距离dc增大或减小，被几何图案12反射或透射的em能量的衍射波长将通过em能谱发展成其他衍射波长。取决于结构部件10的配置，几何图案12和结构部件10所暴露于的环境条件、腔间隔距离dc的变化和衍射波长的对应变化在几何图案12上可以是均匀的或者可在某些区域中较大，表明这些区域中的应力和应变集中更大。应变的量以及对应变化的腔间隔距离dc和衍射波长可以是可接受的而不需要进一步检查，而较大的变化可表明需要对结构部件10进行进一步检查、维修和/或更换。可选择初始的腔间隔距离dc和波长，使得可及时地检测结构部件10中需要进一步检查的应变。从本讨论中对本领域的技术人员将显而易见的是，对于衍射腔14及其之间的间隔，腔间隔距离dc、腔宽度wc和em能量波长的多种组合是可用的。只要足够的em能量穿透结构部件10并穿过按照本公开的衍射腔14的几何图案12，衍射角θ将足以产生可被检测和测量以指示结构部件10中的应变的衍射的em能量的图案。
如图1和图2中例示的，衍射腔14的几何图案12可覆盖结构部件10的整个范围，并且可在结构部件10内大致居中。然而，料想到衍射腔14的几何图案12的其他配置和位置。例如，几何图案12可策略性设置在结构部件10内，位于提供关于结构部件10上的应力和应变的最相关信息的位置处(诸如，在预期高应力集中的区域中)。这样的区域可包括穿过结构部件10的用于布线、管材、导管等的开口、拐角和接合线，结构部件10在该接合线处被机械系统的另一部件接合或者被附接到该另一部件，或者在该接合线处施用补块来修复结构部件10。在后面的区域中，几何图案12可被配置为使得几何图案12在与另一部件或补块的相交处或在其附近，只要可保持连接和机械系统的结构完整性即可。
具有衍射腔的几何图案的结构部件的替代配置可衍射em能量并反射或透射衍射的em能量。例如，几何图案12可被修改为具有彼此平行且大致垂直于衍射腔14的第二组细长的衍射腔(未示出)。第二组衍射腔可是弯曲的，以遵循图1的结构部件10的轮廓。第二组衍射腔可被设置在与衍射腔14相同的深度处并与衍射腔14相交，或者可更深或更浅且不与衍射腔14相交。在一些实施方式中，腔宽度wc和腔间隔距离dc在两个方向上可相同。在其他实施方式下，第一组衍射腔14的腔宽度wc和腔间隔距离dc可不同于第二组衍射腔的腔宽度wc和腔间隔距离dc，使得不同波长的em能量将被各组衍射腔衍射。例如，通过在飞机机身中使用这种方法，第一组衍射腔14可被配置为衍射近红外频带中的em能量以指示机身周围的环向应变，而第二组衍射腔可被配置为衍射远红外频带中的em能量以指示机身的纵向方向上的拉伸应变、压缩应变或扭转应变。取决于待监测的应变，如本文中描述的，成组的衍射腔可在不同于正交的方向上相对于彼此成角度。
衍射腔14的几何图案12在可检测到衍射的em能量的位置方面提供了灵活性。衍射的em能量的一部分在em能量源的方向上被反射回去，而另一部分透射穿过结构部件10到达与em能量源相对的一侧。在一个实施方式中，em能量源和em能量检测器可设置在结构部件10的同一侧。em能量源所传输的em能量将穿过结构部件10，被衍射腔14的几何图案12衍射，在相反的方向上被反射回去并被em能量检测器检测。在替代实施方式中，透射穿过结构部件10的一侧的em能量将在衍射腔14的几何图案12处被衍射，并且衍射的em能量透射穿过结构部件10的相对侧。这使em能量源和em能量检测器能够设置在结构部件10的相对两侧。在有限的触及检查情形下，该布置可以是有利的。em能量射束可由位于难以到达的空间内或者手动或自动引导到难以到达的空间中的适当大小的发射器产生，并且可从结构部件10的可触及侧检测到衍射的em能量。当然，取决于特定实现方式的要求，可将em能量源和em能量检测器的位置颠倒。
图4和图5例示了结构部件30的替代实施方式，结构部件30具有在不同深度处的凹槽36、38的多个几何图案32、34，以在结构部件30内的不同深度处提供应变指示。结构部件30可包括第一外表面40和与第一外表面40相对的第二外表面42。如所例示的，第一几何图案32的衍射腔36和第二几何图案34的衍射腔38在同一方向上对准，但第二几何图案34的第二衍射腔38可按与以上讨论类似的方式在第二方向上取向。在重叠布置的情况下，分别为衍射腔36、38选择腔宽度wc1、wc2和腔间隔距离dc1、dc2(如图所示)，使得将被衍射腔38的第二几何图案34衍射的em能量将穿过衍射腔36的第一几何图案32而未衍射，使得可获得有意义的应变测量。通常，具有较长波长的低频em能量比具有较短波长的较高频em能量可更深地穿透到结构部件30中。因此，在例示性示例中，衍射腔38的第二几何图案34可被配置为衍射太赫兹、微波或超声频带中的em能量，并且更靠近第一外表面40的衍射腔36的第一几何图案32可被配置为衍射紫外或红外频带中的较高频率的em能量。在这种配置的情况下，第一几何图案32的衍射腔36的腔间隔距离dc1被设置为使得太赫兹、微波和超声频带的em能量可在途中穿过衍射腔36到达第二几何图案34而未衍射。可通过增加投射到结构部件30上的em能量的强度来增强针对任一类型em能量的通过结构部件30的穿透。在替代实施方式中，几何图案32、34可位于结构部件30的非重叠区域中，使得当em能量穿过结构部件30时，针对一个几何图案32、34的em能量没有遇到另一几何图案32、34。
图6例示了结构部件50的其他示例性实施方式，结构部件50具有衍射腔54的三维(3d)几何图案52。在结构部件50的第一外表面56和第二外表面58之间，衍射腔54在结构部件50内的不同深度处布置成多行。每行都与相邻的行对准，使得对应的衍射腔54按行对准。在该实施方式中，每行的衍射腔54可与相邻的行间隔开相同的腔间隔距离dc，使得给定的衍射腔54与四个相邻的衍射腔54中的每个间隔开腔间隔距离dc。3d几何图案52使所施加的具有对应波长的em能量能够产生衍射的em能量和指示结构部件50中的应变方面有更强的作用。在替代实施方式中，交替的多行衍射腔54可横向偏移，使得衍射腔54没有前后对准，如图6中所示。在这样的实施方式中，各衍射腔54与相邻的六个衍射腔54中的每个间隔相同的腔间隔距离dc。这种类型的3d几何图案也使所施加的em能量能够产生衍射的em能量和指示结构部件50中的应变方面有更强的作用。此外，3d几何图案52可允许：引导从不同于垂直于外表面56、58的方向传输的em能量，并产生指示结构部件50中的应变的有意义的响应。
本文中例示和描述的细长衍射腔14、36、38、54是示例性的，并料想到具有其他几何配置的衍射腔。例如，可通过以二维(2d)或3d阵列布置的球形衍射腔来形成几何图案。球形衍射腔之间的腔间隔距离dc和球形衍射腔的腔宽度cw或腔直径将与以上针对细长的圆柱衍射腔讨论的相似，以在结构部件内形成将衍射具有对应波长的em能量的边界。球形衍射腔可在2d几何图案的两个方向上或在3d几何图案的所有三个方向上具有一致的腔间隔距离dc，使得一个波长的em能量将被衍射，以揭示每个方向上的应变。另选地，球形衍射腔在每个方向上可具有不同的腔间隔距离dc，使得将使用具有不同波长的em能量来评估各对应的应变。例如，球形衍射腔的3d图案可在诸如管道或壳体这样的圆柱形物体中实现，该圆柱形物体可承受气体或其他加压流体带来的内部压力。球形衍射腔的3d几何图案可具有将衍射第一波长的em能量以指示轴向应变的轴向方向上的第一腔间隔距离dc、将衍射第二波长的em能量以指示环形应变的周向方向上的第二腔间隔距离dc以及将衍射第三波长的em能量以指示径向应变的径向方向上的第三腔间隔距离dc。取决于特定结构部件的几何形状以及结构部件将承受的应变，料想到球形衍射腔的2d和3d几何图案的其他配置。
针对结构部件的合适几何图案可由结构部件的特性、结构部件预期遇到的环境条件、开发测试结果、结构部件在现场的体验以及其他因素决定。图7a至图7g提供了可适当地在结构部件内形成的几何图案12a-12g的几个示例。图7a示出了由一系列平行的线性衍射腔14a形成的示例性一维几何图案12a。几何图案12a可以被实现在在一个方向上承受拉伸或压缩的平面结构中。线性几何图案12a还可适用于诸如管道(未示出)这样的圆柱形结构部件，该圆柱形结构部件可承受周向或环向应变，但在轴向方向上的应变最小。几何图案12a可包裹在圆柱形结构部件周围，使衍射腔14a平行于结构部件的纵向轴线对准，使得由于环向应变引起的应变将增大衍射腔14a之间的周向腔间隔距离dc。
图7b示出了由多个正方形或矩形的衍射腔14b形成的二维几何图案12b的示例。正方形或矩形的衍射腔14b限定增加的区域，并且被同心地布置以形成几何图案12b，使相邻正方形或矩形的衍射腔14b以相同的腔间隔距离dc分开。例如，矩形的几何图案12b可用于具有贯穿其中的矩形开口22的结构部件10中。图7c示出了由限定增加的区域的多个同心圆形的衍射腔14c形成的替代的二维几何图案12c。同心圆可被确定大小，使得相邻圆形的衍射腔14c以相同的腔间隔距离dc分开。圆形的几何图案12c可应用于如下的结构部件10中：该结构部件10上的应力可从几何图案12c的中心处的点径向指向外。图7d例示了具有同心的衍射腔14d的几何图案12d的其他示例，同心的衍射腔14d具有与从结构部件10延伸的开口或其他部件的形状对应的更复杂的几何形状。基于结构部件10中的特定实现方式的需要，料想到其他不规则形状。
图7e例示了其他替代的二维几何图案12e，二维几何图案12e具有从中心点24径向向外延伸的多个衍射腔14e。几何图案12e可替代其中周向应力比径向应力更普遍的几何图案12c。图7f示出了由多个平行弯曲的衍射腔14f形成的几何图案12f。弯曲的衍射腔14f可遵循具有弯曲形状的部件的轮廓，该部件延伸穿过诸如飞机机翼这样的结构部件10。
在一些实现方式中，结构部件10可具有所关注的区域，在这些区域中可期望对应变和腔间隔距离dc的变化有更大的敏感度。在这种情形下，可通过改变衍射腔14之间的腔间隔距离dc和跨结构部件10的波长来区分所关注区域。图7g例示了作为图7c的圆形的几何图案12c的变型的几何图案12g，其中，随着几何图案12g从中心(在中心处，严密检查径向应力是更关键的)向外延伸，相邻的衍射腔14g之间的腔间隔距离dc增大。具有较小腔间隔距离dc并对应地具有较高浓度的衍射腔14g的区域可对于应变和腔间隔距离dc的变化更敏感，并且与具有较大腔间隔距离dc以及远处的间隔开的衍射腔14g的区域处相比，对被投射在所关注区域中的em能量在反射或透射的em能量的衍射波长方面产生更强烈响应。
作为可提供更智能的应变指示器的另一替代形式，几何图案12可具有相对于彼此成角度地、以不同的腔间隔距离dc搁置的多组衍射腔14，以独立地监视在结构部件中出现的不同水平或类型的应变。例如，几何图案12c、12e可在结构部件上组合成单个几何图案12。可形成圆形的几何图案12c，使腔间隔距离dc在响应于紫外线em能量的范围内，并且可形成几何图案12e以覆在几何图案12c上，使腔间隔距离dc在响应于中红外em能量的范围内。在检查过程中，可通过在结构部件处投射紫外线em能量来询问径向应变，并且可通过在结构部件处投射中红外线em能量来询问周向应变。还可在结构部件内形成诸如本文中例示和描述的几何图案这样的替代或附加的几何图案12，其中，在特定实现方式中在必要时通过改变腔间隔距离dc和em能量的对应波长来检查附加的应变图案。
图8例示了其中结构部件100具有施用在受损区域上方的补块102的实现方式。补块102被适当地成形以覆盖受损区域，并经由铆钉、焊接、粘合剂、层压或其他适当的附接手段被附连到结构部件100。补块102在结构部件100与补块102之间的接合线处或在其附近包括例如图7c的几何图案12c。可通过加成制造来制造补块102。几何图案12c的衍射腔14c可设置在面对并接合结构部件100的表面的略下方，以使结构部件100与补块102之间能够完全表面对表面地接触。另选地，衍射腔14c可形成在补块102的表面中，使得结构部件100的表面封闭衍射腔14c的敞口侧，即使未损害接合线的完整性。在安装了补块102之后，可根据本文中公开的系统和方法对其进行检查。除了检测补块102中的应变之外，检查还可评估补块102施用于结构部件100的完整性。如果补块102被适当地施用并被附接到结构部件100，则结构部件100中的应力将被传递到补块102并且在检查过程中将出现对应的应变。如果补块102未被适当地施用并且存在诸如分层这样的情况，则应力不会被传递并且对补块102的检查将揭示出补块102中的应变小于预期。这样的结果可促使在受损区域上的补块102进行进一步研究并重新施用补块102。
本文中例示和描述的几何图案12可被并入检查系统110中，以评估诸如结构部件10这样的结构部件中的应变。图9例示了可集成在按照本公开的检查系统110中的电气部件和控制部件的示例性布置，该检查系统可例如确定结构部件10中的应变。控制器112可以能够使用存储在控制器112处的软件来处理从监视和控制装置接收的信息，并将命令和控制信号输出到检查系统110的装置。控制器112可包括用于执行指定程序的处理器114，该指定程序控制并监视与检查系统110关联的各种功能。处理器114可操作性地连接到存储器116，存储器116可具有用于存储程序的只读存储器(rom)118以及用作工作存储区域以供在执行存储在rom118中的程序中使用的随机存取存储器(ram)120。尽管示出了处理器114，但也可料想到使用诸如微控制器、专用集成电路(asic)芯片或任何其他集成电路器件这样的其他电子部件。
尽管本文中提供的讨论涉及检查系统110的功能，但控制器112可被配置为控制其他系统的操作的其他方面。此外，控制器112可共同地指代多个控制和处理装置，检查系统110和其他系统的功能可跨该多个控制和处理装置分布。例如，检查系统110的功能的一些部分可在具有控制器124的远程计算装置122处执行，控制器124通过检查系统110的通信模块126操作性地连接到控制器112。远程计算装置122对于企业来说可位于集中位置，利用检查系统110对机械系统执行检查。控制器112、124可操作性地连接，以在必要时交换信息来控制检查系统110的操作。如本文中描述的合并和分配控制器112、124的处理的其他变型被设想为用在按照本公开的检查系统110中。
检查系统110还可包括一个或更多个em能量源128、130，em能量源128、130能够投射与例如几何图案12中的衍射腔14的腔间隔距离dc对应的预定波长的em能量。em能量源128、130可从处理器114接收致使em能量源128、130投射预定波长的em能量的控制信号。在一些实施方式中，各em能量源128、130可以能够投射一种波长的em能量。在替代实施方式中，各em能量源128、130或单个em能量源可以能够投射不同波长的em能量。尽管em能量源128、130被例示和描述为操作性连接到处理器114，但本领域的技术人员将理解，em能量源128、130可以是独立装置，所述独立装置具有诸如开/关开关、波长选择输入件等这样的关联输入装置以使执行检查的人员对操作进行手动控制。
检查系统110还可包括操作性连接到处理器114的em能量检测器132。em能量检测器132可以是当来自em能量源128、130的em能量被投射到几何图案12上时能够检测被几何图案12反射或透射的em能量的衍射波长的任何装置。在本文中例示的实施方式中，em能量检测器132可以是能够检测被反射或透射的em能量的衍射波长的光学检测器。例如，em能量检测器132可以是电荷耦合器件(ccd)相机、摄像机、摄影胶片或其他em能量感测设备。当由处理器114激活或由适当的输入装置手动致动时，em能量检测器132可捕获衍射的em能量，并将衍射的em能量的检测到的衍射波长的表示发送到处理器114。一旦衍射波长被接收到，处理器114就可将衍射波长存储在存储器116中。本领域的技术人员将理解，可使用本文中描述的系统和方法的特定实现方式所期望或必要的替代机构来实现衍射的em能量的波长或频率的检测以及衍射波长或频率的变化的确定，并且发明人料想到使用这种替代机构。应该理解，任何其他用于检测和分析衍射的em能量的衍射波长的机构的使用同等地应用于本公开的系统和方法。
检查系统110可具有能由操作者调整以控制检查处理的一个或更多个输入(i/p)装置134。输入装置134可包括能够从操作者接收输入命令的开关、按钮、键盘、鼠标、触摸屏等。诸如监视器、屏幕、触摸屏、扬声器、打印机等这样的输出(o/p)装置136可将信息从检查系统110传达给操作者。
在图10中例示了检查系统110的示例性实现方式。处理器114、em能量源128和em能量检测器132被集成在检查工作站140中。例如，检查工作站140可以是在机械系统的维修设施处的工作站，结构部件10是该机械系统的一部分。在将结构部件10设置在检查工作站140处的情况下，可启动em能量源128，以将适当波长的一个或更多个em能量射束142投射到几何图案12上。投射的射束142被几何图案12衍射和反射，以产生衍射的em能量的射束144。em能量检测器132接收并检测衍射的em能量的射束144，并将检测到的em能量传输到处理器114，以分析em能量的被反射的射束144的检测到的衍射波长或频率并将其与对应的应变值关联。处理器114可被编程有本领域中已知的算法，以执行将检测到的波长或频率转换成应变值。
图11例示了检查系统110的替代实现方式，在检查系统110中，em能量源128和em能量检测器132是便携式检查装置150的部件，并且处理器114和存储器116位于中央检查工作站152处。便携式检查装置150可以是膝上型计算机、平板、智能电话、个人数字助理或其他便携式处理装置。便携式检查装置150还可包括通信模块154，通信模块154能够与中央检查工作站处的通信模块126进行无线通信，以从em能量检测器132传输检测到的颜色。em能量可按与针对图10例示和描述的相似的方式被从em能量源128投射并由em能量检测器132检测。
图11还例示了其中em能量源130处于结构部件10的与便携式检查装置150相对的一侧的实现方式。em能量源130可被永久地安装在机械系统内的难以到达的位置内。如所示出的，em能量源130可将em能量的射束142投射到结构部件10和几何图案12上。em能量以射束144的形式被几何图案12处的衍射腔14衍射并透射穿过结构部件10。衍射的em能量的射束144在结构部件10的相对侧的em能量检测器132处被接收并由处理器114处理。
图12例示了检查系统110可对结构部件10、30、50、100执行的示例性检查例程160的流程图。例程160可从框162开始，在框162中，形成(例如，制造)结构部件10、30、50、100，在结构部件10、30、50、100内形成了衍射腔14、14a至14g的几何图案12、12a-12g中的一个或更多个。例如，可使用诸如上述制造技术这样的任何适当的制造技术在结构部件10、30、50、100中形成衍射腔14、14a-14g。在形成具有几何图案12、12a-12g的结构部件10、30、50、100之后，控制可转到框164，在框164中，em能量源128以具有对应波长的em能量的射束142投射到结构部件10、30、50、100处以及几何图案12、12a-12g上。被投射的射束142中的em能量被衍射腔14、14a-14g衍射，并且具有衍射波长的对应em能量被几何图案12、12a-12g反射或透射。由于结构部件10、30、50、100上的应变引起的腔宽度wc的变化，导致em能量的被反射或透射的射束144的衍射波长可在几何图案12、12a-12g上的不同位置处变化。
在em能量的射束142被投射到几何图案12、12a-12g上并被衍射和反射或透射的情况下，控制可转到框166，在框166中，em能量检测器132检测衍射的em能量的被反射或透射的射束144的衍射波长。em能量的射束144的衍射波长可被临时存储或永久地存储在存储器116中。
在检测到em能量的衍射射束144之后，控制可转到框168，在框168中，检查系统110可确定具有最后em能量波长的em能量是否已被投射到几何图案12、12a-12g上。如以上讨论的，一些实现方式可包括具有第一腔间隔距离dc1的第一组衍射腔14、14a-14g和具有第二腔间隔距离dc2的第二组衍射腔14、14a-14g、)，em能量源128将具有第一波长的em能量的射束142投射到第一组衍射腔14、14a-14g上，em能量源128将具有第二波长的em能量的射束142投射到第二组衍射腔14、14a-14g上。在这些实现方式中，会有必要一次投射具有一种波长的射束142。因此，如果在框168中确定了具有各种波长的em能量的射束142尚未被投射到几何图案12、12a-12g上，则控制可回到框164、166，以针对下一个投射的射束142，如上所述，从em能量源128、130将具有这些波长中的不同波长的em能量投射到几何图案12、12a-12g上并检测em能量的射束144中的对应衍射波长。
如果已投射了具有所有必要波长的em能量的射束142并且在框168中已检测到em能量的衍射射束144，则控制可转到框170，以将射束144的衍射波长与结构部件10、30、50、100中的应变值关联。如以上讨论的，处理器114可被编程有本领域中已知的算法，以将衍射射束144中的em能量的波长与应变值关联。
在框170中针对em能量的衍射射束144确定了应变值之后，控制可转到框172，以确定从em能量的衍射射束144中的衍射波长计算出的应变值中的任一个是否超过预定的最小应变值，在超过该最小应变值时，应该执行进一步检查或维修。如所讨论的，在结构部件10、30、50、100中，一定水平的应变是可接受的。作为替代形式，在机械系统投入使用并被暴露于环境条件之前，可将当前应变值与针对结构部件10、30、50、100获得的基准应变值进行比较。通过在没有应变被施加于结构部件10、30、50、100上时或者当已知应变被施加到结构部件10、30、50、100上以确定作为响应的射束144中的衍射波长时将射束142投射到结构部件10、30、50、100上，可建立几何图案12、12a-12g中的基准应变值。在其他实施方式中，可在暴露于环境条件期间将不经历应变的区域中施用几何图案12、12a-12g的一部分，并且来自未应变区域的衍射波长可在执行检查时建立实时动态基准。
可在当前应变值与基准或其他先前确定的应变值之间进行比较，以确定当前应变值与先前应变值的差异是否大于最小的量或百分比。如果应变值不大于最小应变值并另外不需要进一步检查，则控制可转到框174，在框174中，结构部件10、30、50、100被暴露于环境条件。暴露可来自在机械系统的正常环境中的正常使用。在机械系统处于开发阶段的情况下，可在测试环境中应用环境条件。在框174中的暴露之后，控制可返回到框164，以启动检查结构部件10、30、50、100的另一情形。在框172中应变值大于最小应变值可指示可有必要对结构部件10、30、50、100进行进一步检查、维修或更换。如果在框172中应变值大于最小应变值，则控制转到框176，以对结构部件10、30、50、100进行进一步检查。
图12的检查例程160是用于评估结构部件10、30、50、100中的应变并确认何时会需要进一步检查、维修或更换的定量处理的示例。在一些实现方式中，用定性处理替代或补充定量检查例程160可以是适当的，在定性处理中，可利用执行检查的检查员的经验来分析结构部件10、30、50、100中的应变图案并确认可需要进一步检查的应变图案中的异常。图13例示了检查系统110和利用检查系统110的检查者、工程师或其他检查技术人员可对结构部件10、30、50、100执行的示例性定性检查例程180的流程图。检查例程180可按与检查例程160类似的方式开始，其中：在框162中，形成具有衍射腔14、14a-14g的几何图案12、12a-12g的结构部件10、30、50、100；在框164中，将em能量的射束142投射到结构部件10、30、50、100上；在框166中，检测衍射的em能量的射束144；并且在框170中，将来自衍射的em能量的射束144的衍射波长与结构部件10、30、50、100中的应变关联。
为了实施检查例程180，可在框164、166、170中改造检查系统110，以确认当射束142被投射到被检查的结构部件10、30、50、100的表面上方时射束142、144相对于结构部件10、30、50、100的位置。例如，用于确定当诸如结构部件10这样的主体或装置相对于图10的检查工作站140或图11的便携式检查装置150移动时(当便携式检查装置150移动经过结构部件10的表面时)该主体或装置的位置和移动的技术是已知的。衍射的em能量的射束144的位置信息可与框166中检测到的衍射波长和在框170中确定的关联的应变值一起被存储在存储器116中。
在检测到衍射波长并确定应变值之后，或者动态地，在检查系统110正在检查结构部件10、30、50、100时，控制可转到框182，以使用衍射波长、应变值和射束144相对于被检查的结构部件10、30、50、100的位置来产生并显示结构部件10、30、50、100的应变图案。图14例示了可从检查系统110所获取的信息中推导出的应变图案202的显示200的示例。显示200可以是传达结构部件10、30、50、100中的应变的图形表示的任何适当的视觉显示。例如，显示200可以是在检查工作站140、便携式检查装置150、中央检查工作站152或检查员可查看显示200的其他位置处的输出装置136之一处的视频显示。在替代实施方式中，显示200可以是输出装置136之一在适当位置输出的打印输出。另外，用于显示应变图案202的替代视觉显示输出装置136对于本领域的技术人员将是显而易见的，是发明人料想到的。
应变图案202是被检查的结构部件10、30、50、100上的应变值分布的视觉表示。在所例示的示例中，应变图案202的显示利用灰度阴影来描绘结构部件10、30、50、100中的应变值的位置和大小。白色或较浅的灰色阴影可指示低应变区域，而灰色阴影可随着应变值的增加而变暗。阴影区域之间的间隔提供了结构部件10、30、50、100上的应变值的变化率的指示。在替代实施方式中，应变图案可被颜色编码。例如，蓝色可对应于低应变值，并且颜色可通过色谱前进至可代表高应变值的红色。在其他实施方式中，应变图案可被表示为恒定应变值的线，其外观类似于表示大气压变化的天气图或表示高度变化的地形图。料想到其他替代的描绘策略。
在使用灰度或色谱的一些实施方式中，可给显示200添加刻度，以指示与应变图案202中的各种阴影或颜色对应的应变值。显示200还可在最小应变区域204(例如，较浅的颜色或阴影)处显示最小应变值，并在最大应变区域206(例如，较暗的颜色或阴影)处显示最大应变值。可使用诸如用于表示不同应变值范围的不同颜色等这样的其他表示。还可通过显示应变图案202从而覆在结构部件10、30、50、100的所捕获图像或图形表示上并定位在该图像上以更清楚地例示应变图案在结构部件10、30、50、100上的位置来进一步增强显示200。
在框182中产生应变图案202并将其显示在显示200上的情况下，控制可转到框184，在框184中，检查员、维修人员或其他技术人员可查看应变图案202，以确定应变图案202对于结构部件10、30、50、100已承受的环境条件而言是否正常。检查人员可在评估应变图案202是否具有预期应该有的特性或者应变图案202是否指示可能存在需要附加检查的问题时，参考他们在检查当前和/或其他的结构部件的经验。评估可包括查看针对以上所讨论类型的结构部件10、30、50、100收集的基准信息。可按任何适当的格式呈现基准信息。在一些实现方式中，可使用基准信息来生成基准应变图案，该基准应变图案可被显示在显示200中，作为对用于提供视觉比较的实时应变图案202的补充。
如果检查员在框184中确定应变图案202是正常的，则应变图案202中例示的应变值不大于或小于将表明存在问题的应变值，并且另外不需要进一步检查，控制可转到框174，在框174中，结构部件10、30、50、100被暴露于环境条件，如以上讨论的。在框174中的暴露之后，控制可返回到框164，以启动检查结构部件10、30、50、100的另一情形。在框184中应变图案202在应变值方面不同于预期(要么比预期的大要么比预期的小)可表明，可有必要对结构部件10、30、50、100进行进一步检查、维修或更换。如果在框184中应变图案202相对于结构部件10、30、50、100的预期应变图案不正常，则控制转到框176，以对结构部件10、30、50、100进行进一步检查。如以上讨论的，定性检查例程180可被实现为图12的定量检查例程160的替代或补充。
工业实用性
检查系统110和例程160可广泛地应用于评估机械系统中的具有按照本公开的衍射腔的结构部件的结构完整性。例如，可在维修监视应用中使用检查系统110和例程160，以确保诸如图8的补块102这样的修复件与结构部件100的接合质量以及在更换结构部件100之前补块102随时间推移对应力和应变的响应。如果补块102被施用于结构部件100并定位在结构部件100与补块102之间的接合线附近之前在补块102上形成了几何图案12c，则可根据例程160对由于接合引起的应变进行成像和分析，以检测补块102中的残留应力以及补块102与结构部件100的接合质量。在具有补块102的结构部件100被暴露于环境条件之前补块102的基准图像可示出补块102和结构部件100中的任何初始应变，并且在结构部件100被暴露于环境条件之后的周期性成像将监视接合的质量和完整性以及补块102，并指示随时间推移的修复的劣化。通过检查系统110和例程160推导出的应变值可被输入结构部件100上的补块102的有限元分析(fea)模型中并被分析以提供补块102的性能评估、前瞻性检查计划以及用于ndi和预测性维修和修复计划的方法。
检查系统110和例程160可应用于结构测试环境。制造商通常进行部件的亚规模、中规模和全面规模的结构测试，以确保在现场具有适当的性能。这种测试可涉及静态和动态负荷条件。在这种类型的结构测试中，目前使用了几种技术。例如，应变仪作为点传感器被应用于结构部件，以在测试过程中监视应力和应变，但它们在检测结构部件受损开始和传播的位置时的有效性取决于应变仪在结构部件上的放置位置。可使用数字图像关联(dic)可在结构测试期间提供流映射，但该过程可成本高，需要操作方面的专业知识，并有必要在表面上喷涂斑点图案。因此，在结构测试中可明智地使用dic。可使用检查系统110和例程160作为当前使用的测试技术的替代或补充，并且可被用于在整个测试负荷条件下监视和测量实时应变图案。可使用检测到的应变图案来关联分析模型，并指向或指示正被测试的结构部件中的初始故障位置。与在维修监视应用中，将应变信息直接馈送到fea工具中可提供实时或负载级损伤增长信息。可使用损伤的开始和增长信息来改善结构部件的结构模型并修改结构设计。
可使用检查系统110和例程160来改善在机械系统中特别是在航空系统中正变得更普遍的复合部件的制造过程。在复合部件的制造开发以及周期性过程监视和制造期间，确定和跟踪复合部件中的因部件的制造而形成的内部应变可以是有益的。可通过在由衍射腔14、14a-14g的几何图案12、12a-12g配置的复合部件中使用应变指示层来跟踪内部应变。为了形成应变指示层，在制造期间在选定层中用树脂形成或者在形成在复合部件固化之后可被去除的可剥离层的贴花(appliqué)中设置几何图案12、12a-12g。图案化的应变指示层将表现出由于固化处理而存在于复合部件中的残留应力和应变。可使用来自图案化应变指示层的信息来修改复合组件的制造处理，以减少翘曲，预测性能并验证制造处理仍在规范内。
检查系统110和例程160还可应用于监视处于其机械系统的有限触及区域中的结构部件的结构健康。飞机和其他机械系统上的有限触及结构对于结构完整性至关重要，并且可承受高负荷。对这种有限触及结构的结构健康测试可有必要进行成本高的拆卸和重新组装处理。在制造期间，可在有限触及结构部件内的关键位置处，形成衍射腔14、14a-14g的几何图案12、12a-12g形式的应变见证表面。光学或视频管道镜或小型相机以及扩展机构可充当检查系统110中的em能量源128或130和em能量检测器132并被用于检测在有限触及结构上的几何图案12、12a-12g中所传输em能量中的衍射波长，并使得能够分析衍射波长数据，以例如检测部件的劣化并监视缓慢的损失增长直到需要修复。如以上针对图11讨论的，em能量源130或em能量检测器132可被永久性地安装在难以到达的空间内或者在检查期间以不需要完全拆卸结构部件的方式进行部署。em能量源130和em能量检测器132中的另一个可处于结构部件的相对侧，以检测所传输的em能量的射束144。在使得能够触及的情况下，可将em能量检查与诸如红外热成像或太赫兹成像这样的其他ndi方法结合起来，以改进对有限触及部件的评估和处置。检查系统110和例程160的该应用和以上应用是示例性的，并且发明人料想到附加的应用。
另外，本公开包括以下实例，由此保护范围由权利要求书提供。
实例1.一种结构部件，该结构部件包括：第一外表面；第二外表面；以及在所述结构部件内的由第一表面形成的衍射腔的第一几何图案，所述衍射腔的第一几何图案具有以第一腔间隔距离彼此间隔开的第一组衍射腔，其中，当具有与所述第一腔间隔距离对应的第一波长的电磁(em)能量的第一投射射束碰上第一组衍射腔时，该em能量的第一投射射束被衍射，并且形成具有第一衍射波长的衍射的em能量的第一衍射射束，该第一衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第一腔间隔距离的变化。
实例2.根据实例1所述的结构部件，其中，所述衍射腔的第一几何图案反射穿过结构部件的所述em能量的第一投射射束，以使所述衍射的em能量的第一衍射射束透射穿过第一外表面。
实例3.根据实例1-2中任一项所述的结构部件，其中，em能量的第一投射射束穿过第一外表面到达衍射腔的第一几何图案时，并且衍射的em能量的第一衍射射束穿过第二外表面到达结构部件之外。
实例4.根据实例1-3中任一项所述的结构部件，该结构部件包括结构部件内的由第二表面形成在衍射腔的第一几何图案和第二外表面之间的衍射腔的第二几何图案，衍射腔的第二几何图案具有以与第一腔间隔距离不同的第二腔间隔距离彼此间隔开的第二组衍射腔，其中，当具有与第二腔间隔距离对应的第二波长的em能量的第二投射射束碰上第二组衍射腔时，该em能量的第二投射射束被衍射，并且形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束，该第二衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第二腔间隔距离的变化。
实例5.根据实例4所述的结构部件，其中，第二腔间隔距离大于第一腔间隔距离，并且第二波长大于第一波长，使得em能量的第二透射射束穿过衍射腔的第一几何图案而未被衍射。
实例6.根据实例1-5中任一项所述的结构部件，其中，衍射腔的第一几何图案包括具有第二组衍射腔的二维几何图案，第二组衍射腔均具有第二腔间隔距离并在第二方向上间隔开，该第二方向未平行于第一组衍射腔间隔开所在的第一方向。
实例7.根据实例6所述的结构部件，其中，第二腔间隔距离与第一腔间隔距离不相等，其中，当具有与第二腔间隔距离对应的第二波长的em能量的第二投射射束碰上第二组衍射腔时，该em能量的第二投射射束被衍射，并且形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束，该第二衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第二腔间隔距离的变化。
实例8.根据实例1至7中任一项所述的结构部件，其中，第一组衍射腔中的衍射腔具有相似的几何形状并限定增大的面积，其中衍射腔被同心地布置，以形成衍射腔的第一几何图案。
实例9.根据实例8所述的结构部件，其中，随着第一几何图案从中心点向外延伸，第一几何图案的相邻衍射腔之间的第一腔间隔距离增大。
实例10.根据实例1至9中任一项所述的结构部件，其中，衍射腔的第一几何图案包括均具有第二腔间隔距离的第二组衍射腔，其中，当具有与第二腔间隔距离对应的第二波长的em能量的第二投射射束碰上第二组衍射腔时，该em能量的第二投射射束被衍射，并且形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束，该第二衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第二腔间隔距离的变化。
实例11.一种用于评估结构部件中的应变的检查系统，该检查系统包括：在结构部件内的衍射腔的第一几何图案，所述衍射腔的第一几何图案具有以第一腔间隔距离彼此间隔开的第一组衍射腔；第一电磁(em)能量源，其投射与第一腔间隔距离对应的第一波长的em能量的第一投射射束，其中，当em能量的第一投射射束被投射到结构部件上时，em能量的第一投射射束穿过结构部件到达衍射腔的第一几何图案，并被第一组衍射腔衍射，以形成具有第一衍射波长的衍射的em能量的第一衍射射束，第一衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第一腔间隔距离的变化；em能量检测器，其在第一em能量源将em能量的第一投射射束投射到结构部件上时检测来自第一组衍射腔的衍射em能量的第一衍射射束的第一衍射波长；以及处理器，其操作性地连接到em能量检测器，并被配置为从em能量检测器接收衍射的em能量的第一衍射射束的第一衍射波长并将第一衍射波长与结构部件中的应变关联。
实例12.根据实例11所述的检查系统，其中，衍射腔的第一几何图案反射em能量的第一投射射束，以将衍射的em能量的第一衍射射束返回透射穿过结构部件，并且其中，第一em能量源和em能量检测器处于结构部件的同一侧。
实例13.根据实例11至12中任一项所述的检查系统，其中，衍射的em能量的第一衍射射束在衍射腔的第一几何图案的与em能量的第一投射射束相对的一侧透射穿过结构部件，并且其中，第一em能量源和em能量检测器处于结构部件的相对两侧。
实例14.根据权利要求11-13中任一项所述的检查系统，其中，衍射腔的第一几何图案具有以第二腔间隔距离彼此间隔开的第二组衍射腔，其中，检查系统包括投射与第二腔间隔距离对应的第二波长的em能量的第二投射射束的第二em能量源，其中，当em能量的第二投射射束被投射到结构部件上时，em能量的第二投射射束穿过结构部件到达衍射腔的第一几何图案，并被第二组衍射腔衍射，以形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束，第二衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第二腔间隔距离的变化，其中，在第二em能量源将em能量的第二投射射束投射到结构部件上时，通过em能量检测器检测被第二组衍射腔反射的衍射的em能量的第二衍射射束的第二衍射波长，并且其中，处理器被配置为从em能量检测器接收衍射的em能量的第二衍射射束的第二衍射波长并将第二衍射波长与结构部件中的应变关联。
实例15.根据权利要求11-14中任一项所述的检查系统，该检查系统包括：在结构部件内的衍射腔的第二几何图案，所述衍射腔的第二几何图案处于距离结构部件的外表面与衍射腔的第一几何图案所在的深度不同的深度处，衍射腔的第二几何图案具有以第二腔间隔距离彼此间隔开的第二组衍射腔；以及第二em能量源，其投射与第二腔间隔距离对应的第二波长的em能量的第二投射射束，其中，当em能量的第二投射射束被投射到结构部件上时，em能量的第二投射射束穿过结构部件到达衍射腔的第二几何图案，并被第二组衍射腔衍射，以形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束，第二衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第二腔间隔距离的变化，其中，在第二em能量源将em能量的第二投射射束投射到结构部件上时，通过em能量检测器检测被第二组衍射腔反射的衍射的em能量的第二衍射射束的第二衍射波长，并且其中，处理器被配置为从em能量检测器接收衍射的em能量的第二衍射射束的第二衍射波长并将第二衍射波长与结构部件中的应变关联。
实例16.根据实例15所述的检查系统，其中，第二腔间隔距离大于第一腔间隔距离，并且第二波长大于第一波长，使得em能量的第二透射射束穿过第一组衍射腔而未被衍射。
实例17.根据实例11至16中任一项所述的检查系统，其中，衍射腔的第一几何图案包括二维几何图案，该二维几何图案具有在第一方向上间隔开的第一组衍射腔和在第二方向上间隔开的第二组衍射腔，第二方向与第一方向不平行。
实例18.根据实例17所述的检查系统，其中，第一组衍射腔具有第一腔间隔距离并且第二组衍射腔具有与第一腔间隔距离不相等的第二腔间隔距离，其中，第一em能量源投射具有与第二腔间隔距离对应的第二波长的em能量的第二投射射束，其中，em能量的第二投射射束被第二组衍射腔衍射，以形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束，第二衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第二腔间隔距离的变化，其中，在第一em能量源将em能量的第二投射射束投射到结构部件上时，通过em能量检测器检测被第二组衍射腔反射的衍射的em能量的第二衍射射束的第二衍射波长，并且其中，处理器被配置为从em能量检测器接收衍射的em能量的第二衍射射束的第二衍射波长并将第二衍射波长与结构部件中的应变关联。
实例19.根据实例11至18中任一项所述的检查系统，该检查系统包括便携式检查装置，便携式检查装置包含第一em能量源和em能量检测器，并经由无线通信将衍射em能量的第一衍射射束的第一衍射波长传输到处理器。
实例20.一种用于评估结构部件中的应变的方法，结构部件具有在结构部件内的衍射腔的第一几何图案，衍射腔的第一几何图案包括均具有第一腔间隔距离的第一组衍射腔，用于评估应变的方法包括：将电磁(em)能量的第一投射射束投射穿过结构部件到达衍射腔的第一几何图案，其中，em能量的第一投射射束具有与第一腔间隔距离对应的第一波长，并且其中，第一组衍射腔衍射em能量的第一投射射束，以形成具有第一衍射波长的衍射的em能量的第一衍射射束，第一衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第一腔间隔距离的变化；在em能量的第一投射射束被投射到结构部件上时检测来自第一组衍射腔的衍射的em能量的第一衍射射束的第一衍射波长；并且将来自衍射腔的第一几何图案的衍射的em能量的第一衍射射束的第一衍射波长与结构部件中的应变关联。
实例21.根据实例20所述的用于评估结构部件中的应变的方法，其中，衍射腔的第一几何图案包括均具有第二腔间隔距离的第二组衍射腔，并且其中，用于评估应变的方法包括以下步骤：将em能量的第二投射射束穿过结构部件投射到衍射腔的第一几何图案，其中，em能量的第二投射射束具有与第二腔间隔距离对应的第二波长，并且其中，第二组衍射腔衍射em能量的第二投射射束，以形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束，第二衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第二腔间隔距离的变化；在em能量的第二投射射束被投射到结构部件上时检测来自第二组衍射腔的衍射的em能量的第二衍射射束的第二衍射波长；并且将来自第二组衍射腔的衍射的em能量的第二衍射射束的第二衍射波长与结构部件中的应变关联。
实例22.根据实例20至21中任一项所述的用于评估结构部件中的应变的方法，该方法包括以下步骤：在结构部件被暴露于环境条件之前，将em能量的第一投射射束第一次投射到结构部件上；在em能量的第一投射射束被第一次投射到结构部件上时检测来自第一组衍射腔的衍射的em能量的第一衍射射束的基准衍射波长；在结构部件被暴露于环境条件之后，将em能量的第一投射射束第二次投射到结构部件上；在em能量的第一投射射束被第二次投射到结构部件上时检测来自第一组衍射腔的衍射的em能量的第一衍射射束的第一衍射波长；并且在em能量的第一投射射束被第二次投射到结构部件上时将衍射的em能量的第一衍射射束的衍射波长与基准衍射波长进行比较，以确定结构部件的对应位置处的应变的变化。
实例23.根据实例20-22中任一项所述的用于评估结构部件中的应变的方法，其中，结构部件具有在结构部件内的衍射腔的第二几何图案，该衍射腔的第二几何图案处于距离结构部件的表面与衍射腔的第一几何图案所在的深度不同的深度处，衍射腔的第二几何图案包括均具有第二腔间隔距离的第二组衍射腔，用于评估应变的方法包括：将em能量的第二投射射束投射穿过结构部件到达衍射腔的第二几何图案，其中，em能量的第二投射射束具有与第二腔间隔距离对应的第二波长，并且其中，第二组衍射腔衍射em能量的第二投射射束，以形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束，第二衍射波长指示由于当结构部件被暴露于环境条件时造成的应变而引起的第二腔间隔距离的变化；在em能量的第二投射射束被投射到结构部件上时检测来自衍射腔的第二几何图案的衍射的em能量的第二衍射射束的第二衍射波长；并且将来自衍射腔的第二几何图案的衍射的em能量的第二衍射射束的第二衍射波长与结构部件中的应变关联。
实例24.根据实例20至23中任一项所述的用于评估结构部件中的应变的方法，其中，第一组衍射腔反射em能量的第一投射射束，以将衍射的em能量的第一衍射射束返回透射穿过结构部件，并且其中，用于评估应变的方法包括：在结构部件同一侧，将em能量的第一投射射束投射到结构部件上并检测第一衍射波长。
实例25.根据实例20至24中任一项所述的用于评估结构部件中的应变的方法，其中，衍射的em能量的第一衍射射束在衍射腔的第一几何图案的与em能量的第一投射射束相对的一侧透射穿过结构部件，并且用于评估应变的方法包括：在结构部件的相对两侧，将em能量的第一投射射束投射到结构部件上并检测第一衍射波长。
实例26.根据实例20至25中任一项所述的用于评估结构部件中的应变的方法，该方法包括以下步骤：将结构部件上的应变与最小应变值进行比较；并且响应于确定结构部件上的应变大于最小应变值而对结构部件进行进一步检查。
实例27.根据实例20至26中任一项所述的用于评估结构部件中的应变的方法，该方法包括以下步骤：生成并显示由结构部件中的应变推导出的应变图案，其中，应变图案是结构部件的被检查区域中的应变值的图形表示；并且响应于确定应变图案不同于结构部件上预期的应变图案而对结构部件进行进一步检查。
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1.一种结构部件(10，30，50，100)，该结构部件包括：
第一外表面(16，40，56)；
第二外表面(18，42，58)；以及
在所述结构部件内的由第一表面形成的衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)，所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)具有以第一腔间隔距离彼此间隔开的第一组衍射腔(14，36，54)，其中，当具有与所述第一腔间隔距离对应的第一波长的电磁能量即em能量的第一投射射束(142)碰上所述第一组衍射腔(14，36，54)时，所述em能量的第一投射射束(142)被衍射，并且形成具有第一衍射波长的衍射的em能量的第一衍射射束(144)，所述第一衍射波长指示由于当所述结构部件(10，30，50，100)被暴露于环境条件时造成的应变而引起的所述第一腔间隔距离的变化。
2.根据权利要求1所述的结构部件(10，30，50，100)，其中，所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)反射穿过所述结构部件(10，30，50，100)的所述em能量的第一投射射束(142)，以使所述衍射的em能量的第一衍射射束(144)透射穿过所述第一外表面(16，40，56)。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的结构部件(10，30，50，100)，其中，所述em能量的第一投射射束(142)穿过所述第一外表面(16，40，56)到达所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)，并且所述衍射的em能量的第一衍射射束(144)穿过所述第二外表面(18，42，58)到达所述结构部件(10，30，50，100)之外。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的结构部件(30)，所述结构部件包括所述结构部件(30)内的由第二表面在所述衍射腔(36)的第一几何图案(32)和所述第二外表面(42)之间形成的衍射腔(38)的第二几何图案(34)，所述衍射腔(38)的第二几何图案(34)具有以与所述第一腔间隔距离不同的第二腔间隔距离彼此间隔开的第二组衍射腔(38)，其中，当具有与所述第二腔间隔距离对应的第二波长的em能量的第二投射射束(142)碰上所述第二组衍射腔(38)时，所述em能量的第二投射射束(142)被衍射，并且形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束(144)，所述第二衍射波长指示由于当所述结构部件(30)被暴露于环境条件时造成的应变而引起的所述第二腔间隔距离的变化，其中，所述第二腔间隔距离大于所述第一腔间隔距离并且所述第二波长大于所述第一波长，使得所述em能量的第二投射射束(142)穿过所述衍射腔(36)的第一几何图案(32)而未被衍射。
5.根据权利要求1所述的结构部件(10，30，50，100)，其中，所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)包括具有第二组衍射腔(14，36，54)的二维几何图案，所述第二组衍射腔(14，36，54)均具有第二腔间隔距离并在第二方向上间隔开，所述第二方向未平行于所述第一组衍射腔(14，36，54)间隔开所在的第一方向，其中，所述第二腔间隔距离与所述第一腔间隔距离不相等，其中，当具有与所述第二腔间隔距离对应的第二波长的em能量的第二投射射束(142)碰上所述第二组衍射腔(14，36，54)时，所述em能量的第二投射射束(142)被衍射，并且形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束(144)，所述第二衍射波长指示由于当所述结构部件(10，30，50，100)被暴露于环境条件时造成的应变而引起的所述第二腔间隔距离的变化。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的结构部件(10，30，50，100)，其中，所述第一组衍射腔(14，36，54)中的衍射腔(14，36，54)具有相似的几何形状并限定增大的面积，其中所述衍射腔(14，36，54)被同心地布置，以形成所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)，其中，随着所述第一几何图案(12，32，52)从中心点向外延伸，所述第一几何图案(12，32，52)中的相邻衍射腔(14，36，54)之间的所述第一腔间隔距离增大。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的结构部件(10，30，50，100)，其中，所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)包括均具有第二腔间隔距离的第二组衍射腔(14，36，54)，其中，当具有与所述第二腔间隔距离对应的第二波长的em能量的第二投射射束(142)碰上所述第二组衍射腔(14，36，54)时，所述em能量的第二投射射束(142)被衍射，并且形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束(144)，所述第二衍射波长指示由于当所述结构部件(10，30，50，100)被暴露于环境条件时造成的应变而引起的所述第二腔间隔距离的变化。
8.一种用于评估结构部件(10，30，50，100)中的应变的方法(160，180)，所述结构部件具有在所述结构部件(10，30，50，100)内的衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)，所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)包括均具有第一腔间隔距离的第一组衍射腔(14，36，54)，用于评估应变的所述方法(160，180)包括以下步骤：
将电磁能量即em能量的第一投射射束(142)投射(164)穿过所述结构部件(10，30，50，100)到达所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)，其中，所述em能量的第一投射射束(142)具有与所述第一腔间隔距离对应的第一波长，并且其中，所述第一组衍射腔(14，36，54)衍射所述em能量的第一投射射束(142)，以形成具有第一衍射波长的衍射的em能量的第一衍射射束(144)，所述第一衍射波长指示由于当所述结构部件(10，30，50，100)被暴露于环境条件时造成的应变而引起的所述第一腔间隔距离的变化；
在所述em能量的第一投射射束(142)被投射到所述结构部件(10，30，50，100)上时检测来自所述第一组衍射腔(14，36，54)的所述衍射的em能量的第一衍射射束(144)的所述第一衍射波长；并且
将来自所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)的所述衍射的em能量的第一衍射射束(144)的所述第一衍射波长与所述结构部件(10，30，50，100)中的应变关联(170)。
9.根据权利要求8所述的用于评估结构部件(10，30，50，100)中的应变的方法(160，180)，其中，所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)包括均具有第二腔间隔距离的第二组衍射腔(14，36，54)，并且其中，用于评估应变的所述方法(160，180)包括以下步骤：
将em能量的第二投射射束(142)投射(164)穿过所述结构部件(10，30，50，100)到达所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)，其中，所述em能量的第二投射射束(142)具有与所述第二腔间隔距离对应的第二波长，并且其中，所述第二组衍射腔(14，36，54)衍射所述em能量的第二投射射束(142)，以形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束(144)，所述第二衍射波长指示由于当所述结构部件(10，30，50，100)被暴露于环境条件时造成的应变而引起的所述第二腔间隔距离的变化；
在所述em能量的第二投射射束(142)被投射到所述结构部件(10，30，50，100)上时检测(166)来自所述第二组衍射腔(14，36，54)的所述衍射的em能量的第二衍射射束(144)的所述第二衍射波长；并且
将来自所述第二组衍射腔(14，36，54)的所述衍射的em能量的第二衍射射束(144)的所述第二衍射波长与所述结构部件(10，30，50，100)中的应变关联(170)。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的用于评估结构部件(10，30，50，100)中的应变的方法(160，180)，所述方法包括以下步骤：
在所述结构部件(10，30，50，100)被暴露于环境条件之前，将所述em能量的第一投射射束(142)第一次投射(164)到所述结构部件(10，30，50，100)上；
在所述em能量的第一投射射束(142)被第一次投射到所述结构部件(10，30，50，100)上时检测(166)来自所述第一组衍射腔(14，36，54)的所述衍射的em能量的第一衍射射束(144)的基准衍射波长；并且
在所述结构部件(10，30，50，100)被暴露于环境条件之后，将所述em能量的第一投射射束(142)第二次投射(164)到所述结构部件(10，30，50，100)上；
在所述em能量的第一投射射束(142)第二次被投射到所述结构部件(10，30，50，100)上时检测(166)来自所述第一组衍射腔(14，36，54)的所述衍射的em能量的第一衍射射束(144)的所述第一衍射波长；并且
在所述em能量的第一投射射束(142)被第二次投射到所述结构部件(10，30，50，100)上时将所述衍射的em能量的第一衍射射束(144)的所述第一衍射波长与所述基准衍射波长进行比较，以确定所述结构部件(10，30，50，100)的对应位置处的应变的变化。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的用于评估结构部件(10，30，50，100)中的应变的方法(160，180)，其中，所述结构部件(30)具有在所述结构部件(30)内的衍射腔(38)的第二几何图案(34)，所述衍射腔(38)的第二几何图案(34)处于距离所述结构部件(30)的表面与所述衍射腔(36)的第一几何图案(32)所在的深度不同的深度处，所述衍射腔(38)的第二几何图案(34)包括均具有第二腔间隔距离的第二组衍射腔(38)，用于评估应变的所述方法(160，180)包括以下步骤：
将em能量的第二投射射束(142)投射(164)穿过所述结构部件(30)到达所述衍射腔(38)的第二几何图案(34)，其中，所述em能量的第二投射射束(142)具有与所述第二腔间隔距离对应的第二波长，并且其中，所述第二组衍射腔(38)衍射所述em能量的第二投射射束(142)，以形成具有第二衍射波长的衍射的em能量的第二衍射射束(144)，所述第二衍射波长指示由于当所述结构部件(30)被暴露于环境条件时造成的应变而引起的所述第二腔间隔距离的变化；
在所述em能量的第二投射射束(142)被投射到所述结构部件(30)上时检测(166)来自所述衍射腔(38)的第二几何图案(34)的所述衍射的em能量的第二衍射射束(144)的所述第二衍射波长；并且
将来自所述衍射腔(38)的第二几何图案(34)的所述衍射的em能量的第二衍射射束(144)的所述第二衍射波长与所述结构部件(30)中的应变关联(170)。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的用于评估结构部件(10，30，50，100)中的应变的方法(160，180)，其中，所述第一组衍射腔(14，36，54)反射所述em能量的第一投射射束(142)，以将所述衍射的em能量的第一衍射射束(144)返回透射穿过所述结构部件(10，30，50，100)，并且其中，用于评估应变的所述方法(160，180)包括：在所述结构部件(10，30，50，100)的同一侧，将所述em能量的第一投射射束(142)投射(164)到所述结构部件(10，30，50，100)上并检测(166)所述第一衍射波长。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的用于评估结构部件(10，30，50，100)中的应变的方法(160，180)，其中，所述衍射的em能量的第一衍射射束(144)在所述衍射腔(14，36，54)的第一几何图案(12，32，52)的与所述em能量的第一投射射束(142)相对的一侧透射穿过所述结构部件(10，30，50，100)，并且用于评估应变的所述方法包括：在所述结构部件(10，30，50，100)的相对两侧，将所述em能量的第一投射射束(142)投射(164)到所述结构部件(10，30，50，100)上并检测(166)所述第一衍射波长。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的用于评估结构部件(10，30，50，100)中的应变的方法(160)，所述方法包括以下步骤：
将所述结构部件(10，30，50，100)上的应变与最小应变值进行比较(172)；并且
响应于确定所述结构部件(10，30，50，100)上的应变大于所述最小应变值而对所述结构部件(10，30，50，100)进行(176)进一步检查。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的用于评估结构部件(10，30，50，100)中的应变的方法(180)，所述方法包括以下步骤：
生成并显示(182)由所述结构部件(10，30，50，100)中的应变推导出的应变图案，其中，所述应变图案(202)是所述结构部件(10，30，50，100)的被检查区域中的应变值的图形表示；并且
响应于确定所述应变图案(202)不同于所述结构部件(10，30，50，100)上预期的应变图案而对所述结构部件(10，30，50，100)进行(176)进一步检查。
技术总结