一种金属裂纹检测系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种金属裂纹检测系统，其中，该系统包括：谐振器、天线、网络分析仪和计算机终端；谐振器设置于带有裂纹的金属样本上；天线与谐振器相对；天线、网络分析仪和计算机终端依次通信连接；其中，天线用于向谐振器发射信号，网络分析仪用于测量天线接收到的反射信号的S11参数，计算机终端用于根据S11参数确定谐振器的谐振频率，进而确定金属样本的裂纹深度。由于本实用新型专利技术通过谐振器和天线去检测金属的裂纹深度，不需要电子线路，整个系统结构精简，操作方便，可工作于极端工业环境。

A metal crack detection system

【技术实现步骤摘要】
一种金属裂纹检测系统
本技术涉及金属构件检测领域，尤其涉及一种金属裂纹检测系统。
技术介绍
金属构件是目前各领域设备上广泛应用的材料。因其使用时间长，且长期暴露在露天环境并处于频繁的应力及腐蚀作用中，裂纹产生是金属构件不可避免的情况。因此，对金属的裂纹深度进行检测成为了重点研究问题。现有技术中，为了实现金属裂纹深度的无损检测，所使用的设备笨重尺寸较大，检测周期长且成本巨大。
技术实现思路
本技术公开了一种金属裂纹检测系统，用于解决传统金属裂纹深度的无损检测方法中，所使用的设备笨重尺寸较大，所造成的检测周期长且成本巨大的技术问题。本技术提供了一种金属裂纹检测系统，包括：谐振器、天线、网络分析仪和计算机终端；所述谐振器设置于带有裂纹的金属样本上；所述天线与所述谐振器相对；所述天线、所述网络分析仪和所述计算机终端依次通信连接；其中，所述天线用于向所述谐振器发射信号，所述网络分析仪用于测量所述天线接收到的反射信号的S11参数，所述计算机终端用于根据所述S11参数确定所述谐振器的谐振频率，进而确定所述金属样本的所述裂纹深度。优选地，所述天线的工作频带覆盖所述谐振器的谐振频率的预置偏移范围。优选地，所述谐振器的工作模式为HEM11δ模式。优选地，所述谐振器为圆柱形。优选地，所述金属样本的所述裂纹与所述谐振器的直径重合，且所述天线的极化方向与所述裂纹的走向正交。优选地，所述谐振器的高度的取值范围为8mm～10mm，所述谐振器的直径的取值范围为22mm～26mm。优选地，所述谐振器为陶瓷材料。优选地，所述谐振器的相对介电常数的取值范围为85～93，所述谐振器的损耗角正切的取值范围为0.00005～0.00008。从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：本技术提供了一种金属裂纹检测系统，该系统包括：谐振器、天线、网络分析仪和计算机终端；谐振器设置于带有裂纹的金属样本上；天线与谐振器相对；天线、网络分析仪和计算机终端依次通信连接；其中，天线用于向谐振器发射信号，网络分析仪用于测量天线接收到的反射信号的S11参数，计算机终端用于根据S11参数确定谐振器的谐振频率，进而确定金属样本的裂纹深度。由于本技术通过谐振器和天线去检测金属的裂纹深度，不需要电子线路，整个系统结构精简，操作方便，可工作于极端工业环境。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本技术提供的一种金属裂纹检测系统的一个实施例的结构示意图；图2为谐振器在裂纹上时，天线的S11参数变化图；图3为谐振器的谐振频率与裂纹深度的关系图；图4为本技术提供的一种金属裂纹检测系统的一个实施例的另一结构示意图。具体实施方式本技术实施例公开了一种金属裂纹检测系统，用于解决传统金属裂纹深度的无损检测方法中，所使用的设备笨重尺寸较大，所造成的检测周期长且成本巨大的技术问题。请参阅图1，本技术提供的一种金属裂纹检测系统的一个实施例，包括：谐振器1、天线2、网络分析仪3和计算机终端4；谐振器1设置于带有裂纹的金属样本5上，通常可以将二者紧密贴合；天线2与谐振器1相对；天线2、网络分析仪3和计算机终端4依次通信连接；其中，天线2用于向谐振器1发射信号，网络分析仪3用于测量天线接收到的反射信号的S11参数，计算机终端4用于根据S11参数确定谐振器1的谐振频率，进而确定金属样本5的裂纹深度。由于本技术通过谐振器和天线去检测金属的裂纹深度，不需要电子线路，整个系统结构精简，操作方便，可工作于极端工业环境。以下将对本技术提供的一种金属裂纹检测系统的工作流程进行介绍：(1)确定谐振器下方的待测金属样本的裂纹深度，如先以不带有裂纹的待测金属样本作为第一个测试样本，即d＝0mm；(2)通过网络分析仪控制天线向谐振器发射信号；(3)通过网络分析仪测量天线接收到的反射信号的S11参数；(4)通过计算机终端获取网络分析仪中的S11参数，然后根据S11参数确定谐振器的谐振频率，如图2所示，由于当前的测试样本的裂纹深度为d＝0mm，即d＝0mm的曲线，可以确定该曲线上右侧的低谷点对应的频率为谐振器的谐振频率；(5)替换新的待测金属样本，即将d＝0mm的待测样本替换为d＝1mm的待测样本，然后重新执行(1)至(5)，直至得到预置组数的裂纹深度和谐振频率，即d＝0、1、2、3、4、5mm…对应的谐振器的谐振频率；(6)在上述多组裂纹深度和谐振频率中，通过计算机终端确定裂纹深度与谐振频率之间的关系，如图3所示；(7)获取实际环境要检测的目标金属样本，将目标金属样本替换待测金属样本，并执行步骤(2)至(5)，得到目标金属样本对应的谐振频率；(8)根据目标金属样本对应的谐振频率，在图3的关系中确定目标金属样本的裂纹深度。更进一步地，天线2(可以选择线极化天线)的工作频带覆盖谐振器1的谐振频率的预置偏移范围。可以理解的是，由于需要先确定金属的裂纹深度与谐振器的谐振频率之间的关系，通常谐振器的谐振频率会随着裂纹深度的改变而发生变化，因此，天线2的工作频带需要覆盖谐振器1的谐振频率的预置偏移范围，需要说明的是，预置偏移范围可以提前设置，即在确定金属的裂纹深度与谐振器的谐振频率之间的关系的过程中，预置偏移范围需要不小于谐振频率的最小值与最大值的差值。更进一步地，谐振器1为圆柱形，且谐振器1的工作模式为HEM11δ模式。由于谐振器1的工作模式确定，在该工作模式下，谐振器1的初始谐振频率的计算公式为：其中c0为光速，εr为介质谐振器1的相对介电常数，r和h分别为圆柱形谐振器的半径和高度。需要说明的是，可以根据用户所需裂纹深度的精确度确定谐振器的初始谐振频率(通常可以确定为1.3GHz左右)，一旦初始谐振频率确定，进而可以选择适宜的谐振器参数即高度、半径和相对介电常数。更进一步地，为了使得谐振器在两组不同裂纹深度上的谐振频率点之间的区别足够明显，通常可以将金属样本的裂纹与谐振器1的直径重合，且天线2的极化方向与裂纹的走向正交，如图4所示，天线2的馈电口21与网络分析仪3连接，用于接收网络分析仪3发送的信号，进而将信号发送出去。更进一步地，通常谐振器1可以为陶瓷材料。且由于上述谐振器1的初始谐振频率确定，通常谐振器1的高度的取值范围为8mm～10mm，谐振器1的直径的取值范围为22mm～26mm，谐振器1的相对介电常数的取值范围为85～93，谐振器1的损耗角正切的取值范围为0.00005～0.00008。在上述选择范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属裂纹检测系统，其特征在于，包括：谐振器、天线、网络分析仪和计算机终端；/n所述谐振器设置于带有裂纹的金属样本上；/n所述天线与所述谐振器相对；/n所述天线、所述网络分析仪和所述计算机终端依次通信连接；/n其中，所述天线用于向所述谐振器发射信号，所述网络分析仪用于测量所述天线接收到的反射信号的S11参数，所述计算机终端用于根据所述S11参数确定所述谐振器的谐振频率，进而确定所述金属样本的所述裂纹深度。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属裂纹检测系统，其特征在于，包括：谐振器、天线、网络分析仪和计算机终端；
所述谐振器设置于带有裂纹的金属样本上；
所述天线与所述谐振器相对；
所述天线、所述网络分析仪和所述计算机终端依次通信连接；
其中，所述天线用于向所述谐振器发射信号，所述网络分析仪用于测量所述天线接收到的反射信号的S11参数，所述计算机终端用于根据所述S11参数确定所述谐振器的谐振频率，进而确定所述金属样本的所述裂纹深度。


2.根据权利要求1所述的金属裂纹检测系统，其特征在于，所述天线的工作频带覆盖所述谐振器的谐振频率的预置偏移范围。


3.根据权利要求2所述的金属裂纹检测系统，其特征在于，所述谐振器的工作模式为HEM11δ模式。

【专利技术属性】
技术研发人员：黄瀚熙，黄贝，李瑶，张丙盛，黄楚钿，张俊，章国豪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：新型
国别省市：广东;44