一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头及检测方法技术

本发明专利技术提供一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头及检测方法，在PCB电路板上绘制两组多层圆形螺旋线圈，两组并排螺旋线圈串联作为检测的电感探头，同时两组圆形螺旋线圈结构相互对称，电感探头通交变电流来产生交变磁场，使电感探头的交变磁场沿探头物理中心向外梯度分布，当电感探头的物理中心移动至被测金属孔中心时，被测金属孔出现涡流损耗的极小值，从而实现对金属孔心或规则缺陷中心进行精确定位；本发明专利技术能够在涡流位置传感器、涡流基准检测传感器等领域广泛应用，在军用恶劣环境检测时，也能够将该探头放入恶劣环境中配合检测电路精确检测金属物体的位置、姿态等参数。

A PCB eddy current probe for detecting metal hole center and its detection method

The present invention provides a method for PCB eddy current probe and detection method of detection of metal hole center, draw two sets of circular spiral coil in PCB multilayer circuit board, two side-by-side spiral coil series as inductance probe detection, and two groups of circular spiral coil structure symmetrical inductance probe through alternating current to generate an alternating magnetic field. The alternating magnetic field inductance probe along the probe physics center outward gradient distribution, when the inductance probe physical center moving to the measured metal hole center, the minimal detected metal holes appear eddy current loss value, so as to achieve precise positioning of the metal hole or heart defects in regulations center; the invention can be widely used in the field of eddy current sensor the benchmark, eddy current detection sensors in harsh environment, military detection, can also be the probe into the detection circuit with fine environment The position, attitude and other parameters of metal object are detected.

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头及检测方法
本专利技术属于金属缺陷检测
，尤其涉及一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头及检测方法。
技术介绍
采用涡流对金属缺陷进行检测是近年来兴起的一项无损检测技术。该技术使用电感探头产生交变磁场，当金属被测物体靠近时，根据法拉第电磁感应定律在金属表面会产生微弱涡流，即产生涡流损耗。当检测探头参数确定、被测金属物体确定、检测距离确定后，该损耗大小与被测金属表面和内部的缺陷结构相关。当被测金属出现圆孔或其它不规则缺陷时，涡流损耗会随之减小，通过电路对损耗的等效检测可对金属圆孔中心、缺陷中心位置等参数进行精确定位。采用涡流技术对金属孔心或规则缺陷中心进行定位的产品主要包括：涡流接近类传感器、涡流位置传感器、涡流无损检测设备等。目前绝大部分涡流接近类传感器和位置传感器无法对金属孔心进行检测定位。探头中心在水平向圆孔中心移动接近过程中，在圆孔中心与圆孔边缘的中间部分出现损耗极小值；出现极值后当探头继续向圆孔中心移动时，涡流损耗基本保持不变；当探头中心接近圆孔中心时涡流损耗会有微弱的上升。具体过程详见图1所示。因此使用传统电感探头无法对金属孔心或规则缺陷的中心进行精确定位；有时为实现精确定位金属圆孔中心需要借助多个传感器同时进行定位系统复杂且成本较高；如采取涡流无损检测设备虽然可以做到精确定位，但该类设备体积大，而且单台设备多在数万元以上，无法实现低成本及小体积的应用。目前涡流检测传感器探头多使用导磁体材料绕线制作电感，此种方式受制于绕线参数一致性限制对检测精度存在影响，且对于不同的检测对象要重复设计探头，研制周期长且成本高。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头及检测方法，在PCB电路板上绘制两组多层圆形螺旋线圈，两组并排螺旋线圈串联作为检测的电感探头，电感探头通交变电流来产生交变磁场，使得电感探头滑过被测金属圆孔中心时涡流损耗出现极值，从而达到定位金属孔中心的目的。一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头，包括电感探头和检测电路；所述电感探头为至少2层的PCB电路板，其中每层PCB电路板上设有2个并排且相互串联的螺旋线圈，同时2个螺旋线圈的结构相同但绕向相反；层与层之间对应的螺旋线圈共轴，并通过过孔连接，使得所有层PCB电路板上的螺旋线圈均串接在一起，首末两个端头分别与检测电路连接；所述检测电路为电感探头提供交变电流，使电感探头产生交变磁场。进一步地，所述检测电路还包括电容，其中电容与电感探头形成LC谐振电路。进一步地，所述检测电路还包括指示灯，LC谐振电路的频率与频率理论最小值的差值小于设定阈值t时指示灯亮。进一步地，所述螺旋线圈为圆形。进一步地，每层PCB电路板上的螺旋线圈铜厚不小于1oz。进一步地，每层PCB电路板上的两个螺旋线圈边缘之间的间距尺寸最小值与被测金属孔直径的比例系数K1为0.2～0.3。进一步地，每层PCB电路板上的单个螺旋线圈的直径与被测金属孔直径的比例系数K2为0.8～1.2。一种基于用于检测金属孔中心的PCB涡流探头的检测方法，在电感探头滑过被测金属孔的过程中，通过检测LC谐振电路的频率，判断电感探头是否检测到被测金属孔中心；具体的，如果LC谐振电路的频率与频率理论最小值的差值小于设定阈值t，则此时2个螺旋线圈中心之间的间距中点为被测金属孔中心，否则电感探头没有检测到被测金属孔中心。进一步地，在电感探头上设置指示灯，当LC谐振电路的频率与频率理论最小值的差值小于设定阈值t时指示灯点亮。进一步地，电感探头与被测金属孔之间的检测垂直距离不大于单个螺旋线圈直径的1/3。有益效果：1、本专利技术对涡流探头进行创新设计，在PCB电路板上绘制两组多层圆形螺旋线圈，两组并排螺旋线圈串联作为检测的电感探头，同时两组圆形螺旋线圈结构相互对称，电感探头通交变电流来产生交变磁场，使电感探头的交变磁场沿探头物理中心向外梯度分布，当电感探头的物理中心移动至被测金属孔中心时，被测金属孔出现涡流损耗的极小值，从而实现对金属孔心或规则缺陷中心进行精确定位；因此本专利技术提供的PCB涡流探头，设计灵活，电感Q值、检测灵敏度和精度较高，大大缩小涡流位置传感器产品体积、研制周期以及生产成本，提高了探头参数的一致性、使电感探头厚度大大缩减从而降低传感器整机尺寸；本专利技术能够在涡流位置传感器、涡流基准检测传感器等领域广泛应用，在军用恶劣环境检测时，也能够将该探头放入恶劣环境中配合检测电路精确检测金属物体的位置、姿态等参数。2、在电感探头滑过被测金属孔的过程中，被测金属孔的涡流损耗不断变化；如果电感探头检测到被测金属孔中心，则此时被测金属孔产生的涡流损耗最小，涡流损耗影响电感探头的电感并使其也达到最大值，进而使得LC谐振电路的频率达到最小值；因此，本专利技术通过检测LC谐振电路的频率，能够快速且精确判断被测金属孔产生的涡流损耗是否出现极小值。3、本专利技术的检测电路还包括指示灯，当电感探头检测到被测金属孔中心时，则此时被测金属孔产生的涡流损耗最小，使得LC谐振电路的频率与频率理论最小值的差值小于设定阈值t，并点亮指示灯，能够方便直观地判断电感探头是否已经检测到被测金属孔中心。4、随着螺旋线圈与被检测金属孔之间的垂直检测距离的增大，电感探头的灵敏度会快速下降，因此本专利技术螺旋线圈与被测金属孔之间的垂直检测距离不超过单个螺旋线圈直径的1/3，能够保持良好的灵敏度。附图说明图1为现有涡流位置传感器的涡流损耗变化趋势示意图；图2为本专利技术的金属圆孔中心定位涡流探头；图3为本专利技术的金属圆孔中心定位涡流探头的盲视打孔工况示意图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细叙述。本专利技术对涡流探头进行创新设计，采用PCB绘制空心电感，即两组多层圆形螺旋线圈作为检测探头。为使在金属圆孔中心出现损耗极小值，采取多层涡流PCB线圈构建电感探头，利用PCB加工技术使两组圆形螺旋线结构相互对称，通过对PCB电感探头螺旋线圈的层数、绕向、铜厚等参数设计提高测试灵敏度Q值，使电感探头激励磁场沿探头物理中心向外梯度分布，当探头的中心移动至被检测金属圆孔中心时出现损耗极小值，此时2个螺旋线圈中心之间的间距中点为被测金属孔中心，从而实现对金属孔中心的精确定位。一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头，包括电感探头和检测电路；如图2所示，为本专利技术的金属圆孔中心定位涡流探头；所述电感探头为至少2层的PCB电路板，其中每层PCB电路板上设有2个并排且相互串联的螺旋线圈，同时2个螺旋线圈的结构相同但绕向相反；层与层之间对应的螺旋线圈共轴，并通过过孔连接，使得所有层PCB电路板上的螺旋线圈均串接在一起，首末两个端头作为输出端与检测电路连接；每层PCB电路板上的螺旋线圈铜厚不小于1oz；所述检测电路为电感探头提供交变电流，使电感探头产生交变磁场；在电感探头滑过被测金属孔的过程中，如果被测金属孔产生的涡流损耗出现极小值，则此时2个螺旋线圈中心之间的间距中点为被测金属孔中心；其中，电感探头与被测金属孔之间的检测垂直距离不大于单个螺旋线圈直径的1/3。进一步地，所述检测电路还包括电容，其中电容与电感探头形成LC谐振电路，在电感探头滑过被测金属孔的过程中，被测金属孔的涡流损耗不断变化；如果电感探头检测到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头，其特征在于，包括电感探头和检测电路；所述电感探头为至少2层的PCB电路板，其中每层PCB电路板上设有2个并排且相互串联的螺旋线圈，同时2个螺旋线圈的结构相同但绕向相反；层与层之间对应的螺旋线圈共轴，并通过过孔连接，使得所有层PCB电路板上的螺旋线圈均串接在一起，首末两个端头分别与检测电路连接；所述检测电路为电感探头提供交变电流，使电感探头产生交变磁场。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头，其特征在于，包括电感探头和检测电路；所述电感探头为至少2层的PCB电路板，其中每层PCB电路板上设有2个并排且相互串联的螺旋线圈，同时2个螺旋线圈的结构相同但绕向相反；层与层之间对应的螺旋线圈共轴，并通过过孔连接，使得所有层PCB电路板上的螺旋线圈均串接在一起，首末两个端头分别与检测电路连接；所述检测电路为电感探头提供交变电流，使电感探头产生交变磁场。2.如权利要求1所述的一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头，其特征在于，所述检测电路还包括电容，其中电容与电感探头形成LC谐振电路。3.如权利要求2所述的一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头，其特征在于，所述检测电路还包括指示灯，LC谐振电路的频率与频率理论最小值的差值小于设定阈值t时指示灯亮。4.如权利要求1所述的一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头，其特征在于，所述螺旋线圈为圆形。5.如权利要求1所述的一种用于检测金属孔中心的PCB涡流探头，其特征在于，每层PCB电路板上的螺旋线圈铜厚不小于1oz。6.如权利要求1所述的一种用于检测金属孔中心的PCB涡...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春明，刘强，赵建平，张乐君，钟贻兵，赵旭，潘力平，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37