一种金属裂纹检测传感器及金属裂纹特征提取方法技术

针对现有技术的局限性，本发明专利技术提出了一种金属裂纹检测传感器及金属裂纹特征提取方法，采用谐振单元提高裂纹检测的灵敏度，运用周期交织对谐振单元的磁场进行补偿，在传输线周围产生集中且均匀的磁场分布，从而实现对裂纹检测的位置不敏感；同时由于谐振单元是呈周期性等距分布的，微带传输线的长度和谐振单元的数量都可以根据实际应用场景进行改变，有很好的可调节特性，使得金属裂纹检测传感器与待检测金属易共形；从而解决了现有天线传感器检测技术对金属裂纹位置敏感、对金属裂纹剖面特征检测灵敏度低，且难以与待检测金属共形的技术问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种金属裂纹检测传感器及金属裂纹特征提取方法


[0001]本专利技术涉及微波射频传感
，更具体地，涉及一种金属裂纹检测传感器及金属裂纹特征提取方法。

技术介绍

[0002]金属材料广泛的应用在各种基础设施中，如：飞行器、铁轨、水坝以及油管等，受高温、冰雹等极端天气的影响或者经常性的工作，金属受到频繁的应力作用，会导致金属表面出现裂纹。如果不能及时监测到裂纹的存在，可能引发严重的安全事故或造成巨大的经济损失。因此，为了防止安全事故的发生，对这些基础设施的日常维护和在线结构健康监测是非常必要的。
[0003]目前常用的无损检测方法有射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等。射线检测的X射线设备价格昂贵，不易携带且不安全；超声检测为耦合传感器，要求被检金属表面光滑，且难以检测出细小裂纹；磁粉检测只能检测铁磁材料，探伤前后要清洁被测物，并且涂覆层太厚还会引起假显示；涡流检测只能检测导体材料，穿透浅，且测试的灵敏度会受到被测物的形状的影响，导致检测结果不准确。
[0004]相对的，谐振式电磁传感器及其传感系统的结构健康监测具有尺寸小、重量轻、制造及检测成本低等优点而被广泛使用，如公开日为2019.05.31，公开号为 CN109828020A的中国专利技术申请：一种金属裂纹检测系统及方法所示，其检测原理是检测不同裂纹深度或宽度时，谐振式电磁传感器的谐振频率会产生偏移，通过裂纹尺寸变化与频率偏移的关系来表征裂纹。但是，基于谐振式天线传感器的检测技术仍存在着对金属裂纹位置敏感且难以与待检测金属共形的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对的现有技术的局限，本专利技术提出一种金属裂纹检测传感器及金属裂纹检测方法，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种金属裂纹检测传感器，包括介质基板、微带传输线以及谐振单元；其中：
[0007]所述微带传输线设于所述介质基板的上表面，用于激励所述谐振单元、产生均匀场及行波；所述谐振单元呈周期性等距分布于所述微带传输线的侧位，与所述微带传输线相连，用于产生通频带以及TM
01
模；所述介质基板的底部设有向待检测金属耦合能量的开放结构。
[0008]相较于现有技术，本申请的金属裂纹检测传感器提供了一种于行波式电磁传感器方案，采用谐振单元提高裂纹检测的灵敏度，运用周期交织对谐振单元的磁场进行补偿，在传输线周围产生集中且均匀的磁场分布，从而实现对裂纹检测的位置不敏感；同时由于谐振单元是呈周期性等距分布的，微带传输线的长度和谐振单元的数量都可以根据实际应用场景进行改变，有很好的可调节特性，使得金属裂纹检测传感器与待检测金属易共形；从而解决了现有天线传感器检测技术对金属裂纹位置敏感、对金属裂纹剖面特征检测灵敏度
低，且难以与待检测金属共形的技术问题。
[0009]作为一种可选方案，所述谐振单元由传输线支节和贴片组成，所述贴片通过所述传输线支节连接所述微带传输线。
[0010]作为一种可选方案，所述谐振单元可设于所述微带传输线的单侧。
[0011]作为一种优选方案，所述谐振单元还可设于所述微带传输线的两侧。
[0012]进一步的，两侧谐振单元之间可相互对齐分布。
[0013]作为一种优选方案，两侧谐振单元之间也可相互非对齐分布。
[0014]本专利技术还包括以下内容：
[0015]一种基于前述金属裂纹检测传感器实现的金属裂纹特征提取方法，包括以下步骤：
[0016]S01，将所述金属裂纹检测传感器放置于待检测金属上，使所述微带传输线 2产生均匀场及行波同时激励所述谐振单元3，所述谐振单元3产生通频带以及 TM
01
模；
[0017]S02，运用网络分析仪采集不同裂纹深度的正向传输系数；
[0018]S03，根据所述正向传输系数计算出对应的衰减系数；
[0019]S04，计算选定频段内衰减常数的平均值，根据所述衰减常数的平均值获取待检测金属裂纹的剖面特征。
[0020]作为一种优选方案，所述步骤S03中通过以下公式计算出对应的衰减系数α：
[0021][0022]其中，为所述正向传输系数，m为单侧谐振单元的数量，l为所述谐振单元的长度。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例提供的金属裂纹检测传感器的俯视图；
[0024]图2为本专利技术实施例提供的金属裂纹检测传感器的立体示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例提供的金属裂纹检测传感器a处的局部放大示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例3实验示例中不同裂纹位置下，工作频段内衰减系数平均值对应裂纹深度变化的关系曲线图；
[0027]图5为本专利技术实施例4的金属裂纹检测方法的流程示意图。
具体实施方式
[0028]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0029]应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
[0030]在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本
申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0031]下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0032]此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和 /或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A 和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A 和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。
[0033]为了解决现有技术的局限性，本实施例提供了一种技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0034]实施例1
[0035]请参考图1以及图2，一种金属裂纹检测传感器，包括介质基板1、微带传输线2以及谐振单元3；其中：
[0036]所述微带传输线2设于所述介质基板1的上表面，用于激励所述谐振单元3、产生均匀场及行波；所述谐振单元3呈周期性等距分布于所述微带传输线2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属裂纹检测传感器，其特征在于，包括介质基板(1)、微带传输线(2)以及谐振单元(3)；其中：所述微带传输线(2)设于所述介质基板(1)的上表面，用于激励所述谐振单元(3)、产生均匀场及行波；所述谐振单元(3)呈周期性等距分布于所述微带传输线(2)的侧位，与所述微带传输线(2)相连，用于产生通频带以及TM
01
模；所述介质基板(1)的底部设有向待检测金属耦合能量的开放结构。2.根据权利要求1所述的金属裂纹检测传感器，其特征在于，所述谐振单元(3)由传输线支节和贴片组成，所述贴片通过所述传输线支节连接所述微带传输线(2)。3.根据权利要求1所述的金属裂纹检测传感器，其特征在于，所述谐振单元(3)设于所述微带传输线(2)的单侧。4.根据权利要求1所述的金属裂纹检测传感器，其特征在于，所述谐振单元(3)设于所述微带传输线(2)的两侧。5.根据权利要求3所述的金属裂纹检测传感器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，胡文龙，陈泽彬，杨鹏川，周雄辉，王昆，陈卓著，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：