一种柔性传感器及金属构件缺陷检测方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性传感器及金属构件缺陷检测方法，柔性传感器包括柔性的基底、传感单元，多个传感单元以阵列形式安装于基底上，传感单元包括容器、激励线圈，容器内充满了密度相同的磁流体与透明溶液，透明溶液与磁流体互不相容、且不发生化学反应；激励线圈安装于容器靠近基底的外端部，用于通入激励电流后产生磁场。本发明专利技术能够对金属构件缺陷进行快速、无损、准确检测，传感单元的数量不受硬件设备的制约，适用性强，可靠性高，降低了人力成本及经济成本，具有重要的工程应用价值。具有重要的工程应用价值。具有重要的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性传感器及金属构件缺陷检测方法


[0001]本专利技术属于柔性传感器
，涉及一种柔性传感器及金属构件缺陷检测方法。

技术介绍

[0002]金属构件在航天航空、石油化工、核电等工业领域中应用广泛，而由于各种复杂的服役环境，金属构件易产生各类型缺陷，会影响金属构件的完整性及可靠性，严重时会造成金属构件失效，进而引起重大安全生产事故；因此，采用无损检测技术对金属构件缺陷进行高效检测具有重要意义。
[0003]超声检测技术能够对缺陷进行精准定位、设备轻便且对人体无害，但是超声检测一般需要被测对象表面光滑、大量耦合剂，且要求操作人员具有较高的技术水平，射线检测技术易于检测被测对象内部体缺陷，但是检测精度较低、成本较高、存在污染环境和伤害操作人员的风险；渗透检测的结果直观可靠，检测灵敏度高，但尽能检出表面缺陷；涡流检测对金属材料的构件缺陷的检测灵敏较高，但受硬件设备约束其阵列探头中的传感器单元数量受限，难以实现快速检测，检测效率低，且易受环境噪声的影响。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供一种柔性传感器，能够对金属构件缺陷进行快速、无损、准确检测，传感单元的数量不受硬件设备的制约，适用性强，可靠性高，降低了人力成本及经济成本，具有重要的工程应用价值。
[0005]本专利技术的另一目的是，提供一种金属构件缺陷检测方法，采用上述柔性传感器。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，一种柔性传感器，包括基底，所述基底为柔性；以及传感单元，多个所述传感单元以阵列形式安装于基底上；所述传感单元包括容器，所述容器内充满了密度相同的磁流体与透明溶液，透明溶液与磁流体互不相容、且不发生化学反应；以及激励线圈，所述激励线圈安装于容器靠近基底的外端部，用于通入激励电流后产生磁场。
[0007]进一步的，所述激励线圈依次连接功率放大器、信号发生器，用于向激励线圈输入方波激励电流信号。
[0008]进一步的，所述容器的形状为圆柱体。
[0009]进一步的，所述激励线圈为圆盘形，激励线圈与容器同轴。
[0010]进一步的，所述传感单元之间的间距为传感单元的直径。
[0011]进一步的，所述容器的内壁涂有均匀、透明的疏油涂层。
[0012]进一步的，所述基底采用柔性PCB。
[0013]一种金属构件缺陷检测方法，采用上述柔性传感器，具体按照以下步骤进行：步骤1，金属构件缺陷深度标定曲线的建立；步骤2，金属构件缺陷检测；将柔性传感器的基底紧密贴附于待测金属构件，采用方波激励电流信号驱动激励线圈工作，一段时间后，获取不同激励电流时各传感单元中磁流体三维形貌，以传感单元中磁流体在不同激励电流时与标准金属构件工况下对应传感单元中磁流体体积差的平均值作为信号特征；将信号特征分别代入标定曲线，即得各传感单元处对应的缺陷深度h1、h2、h3…
h
n
。
[0014]进一步的，所述步骤1具体为：依次连接信号发生器、功率放大器与柔性传感器的激励线圈，并将基底紧密贴附于厚度为d的标准金属构件，采用方波激励电流信号驱动激励线圈工作，获取激励电流I1时各传感单元中磁流体的三维形貌P
1,1,1
、P
1,2,1
、P
1,3,1
…
P
1,n,1
，同理可得激励电流I2时各传感单元中磁流体的三维形貌P
2,1,1
、P
2,2,1
、P
2,3,1
…
P
2,n,1
；将柔性传感器的基底紧密贴附于厚度为0.9d的金属构件，采用相同的方波激励电流信号驱动激励线圈工作，一段时间后，分别获取激励电流I1与I2时各传感单元中磁流体的三维形貌P
1,1,2
、P
1,2,2
、P
1,3,2
…
P
1,n,2
和P
2,1,1
、P
2,2,1
、P
2,3,1
…
P
2,n,1
，以V
1,1
、V
1,2
、V
1,3
…
V
1,n
作为信号特征，其中V
1,1
=（|P
1,1,2
‑ꢀ
P
1,1,1
|+|P
2,1,1
‑ꢀ
P
2,1,1
|）/2；V
1,1
、V
1,2
、V
1,3
…
V
1,n
表示金属构件厚度为0.9d各传感单元对应的信号特征；同理对于厚度分别为0.8d、0.7d、0.6d、0.5d、0.4d、0.3d、0.2d和0.1d的金属构件，各传感单元对应的信号特征分别为V
2,1
、V
2,2
、V
2,3
…
V
2,n
，V
3,1
、V
3,2
、V
3,3
…
V
3,n
，V
4,1
、V
4,2
、V
4,3
…
V
4,n
，V
5,1
、V
5,2
、V
5,3
…
V
5,n
，V
6,1
、V
6,2
、V
6,3
…
V
6,n
，V
7,1
、V
7,2
、V
7,3
…
V
7,n
，V
8,1
、V
8,2
、V
8,3
…
V
8,n
和V
9,1
、V
9,2
、V
9,3
…
V
9,n
；分别以信号特征V
1,1
、V
2,1
、V
3,1
…
V
9,1
，V
1,2
、V
2,2
、V
3,2
…
V
9,2
，V
1,3
、V
2,3
、V
3,3
…
V
9,3
…
V
1,n
、V
2,n
、V
3,n
…
V
9,n
为横坐标，以0.1d、0.2d、0.3d、0.4d、0.5d、0.6d、0.7d、0.8d和0.9d为纵坐标，可得金属构件缺陷深度d
x
与各传感器信号特征的关联曲线，缺陷深度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性传感器，其特征在于，包括基底（1），所述基底（1）为柔性；以及传感单元（2），多个所述传感单元（2）以阵列形式安装于基底（1）上；所述传感单元（2）包括容器（3），所述容器（3）内充满了密度相同的磁流体（5）与透明溶液（4），透明溶液（4）与磁流体（5）互不相容、且不发生化学反应；以及激励线圈（6），所述激励线圈（6）安装于容器（3）靠近基底（1）的外端部，用于通入激励电流后产生磁场。2.根据权利要求1所述一种柔性传感器，其特征在于，所述激励线圈（6）依次连接功率放大器、信号发生器，用于向激励线圈（6）输入方波激励电流信号。3.根据权利要求1所述一种柔性传感器，其特征在于，所述容器（3）的形状为圆柱体。4.根据权利要求3所述一种柔性传感器，其特征在于，所述激励线圈（6）为圆盘形，激励线圈（6）与容器（3）同轴。5.根据权利要求1所述一种柔性传感器，其特征在于，所述传感单元（2）之间的间距为传感单元（2）的直径。6.根据权利要求1所述一种柔性传感器，其特征在于，所述容器（3）的内壁涂有均匀、透明的疏油涂层。7.根据权利要求1所述一种柔性传感器，其特征在于，所述基底（1）采用柔性PCB。8.一种金属构件缺陷检测方法，其特征在于，采用如权利要求1所述一种柔性传感器，具体按照以下步骤进行：步骤1，金属构件缺陷深度标定曲线的建立；步骤2，金属构件缺陷检测；将柔性传感器的基底（1）紧密贴附于待测金属构件，采用方波激励电流信号驱动激励线圈（6）工作，一段时间后，获取不同激励电流时各传感单元（2）中磁流体（5）三维形貌，以传感单元（2）中磁流体（5）在不同激励电流时与标准金属构件工况下对应传感单元（2）中磁流体（5）体积差的平均值作为信号特征；将信号特征分别代入标定曲线，即得各传感单元（2）处对应的缺陷深度h1、h2、h3…
h
n
。9.根据权利要求8所述一种金属构件缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤1具体为：依次连接信号发生器、功率放大器与柔性传感器的激励线圈（6），并将基底（1）紧密贴附于厚度为d的标准金属构件，采用方波激励电流信号驱动激励线圈（6）工作，获取激励电流I1时各传感单元（2）中磁流体（5）的三维形貌P
1,1,1
、P
1,2,1
、P
1,3,1
…
P
1,n,1
，同理可得激励电流I2时各传感单元（2）中磁流体（5）的三维形貌P
2,1,1
、P
2,2,1
、P
2,3,1
…
P
2,n,1
；将柔性传感器的基底（1）紧密贴附于厚度为0.9d的金属构件，采用相同的方波激励电流信号驱动激励线圈（6）工作，一段时间后，分别获取激励电流I1与I2时各传感单元（2）中磁流体（5）的三维形貌P
1,1,2
、P
1,2,2
、P
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…
P
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和P
2,1,1
、P
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，以V
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作为信号特征，其中V
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=（|P
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‑ꢀ
P
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1,1
、V
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、V
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…
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1,n
表示金属构件厚度为0.9d各传感单元（2）对应的信号特征；同理对于厚度分别为0.8d、0.7d、0.6d、0.5d、0.4d、0.3d、0.2d和0.1d的金属构件，各传感单元（2）对应的信号特征分别为V
2,1
、V
2,2
、V
2,3
…
V
2,n
，V
3,1
、V
3,2
、V
3,3
…
V
3,n
，V
4,1
、V
4,2
、V
4,3
…
V
4,n

【专利技术属性】
技术研发人员：闫贝，吕晓洲，史尧光，张维强，姚斌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：