一种基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置和方法制造方法及图纸

本申请涉及一种基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置和方法，该装置包括介质基板、微带传输线和谐振单元组，谐振单元组包括呈周期性交织分布在介质基板中轴两侧的数个谐振单元；谐振单元组用于通过数个谐振单元以耦合方式激励自身谐振并产生慢波结构的均匀磁场而生成通频带。该金属裂纹检测装置通过呈周期性交织分布在介质基板中轴两侧的数个谐振单元，实现该金属裂纹检测装置盖面积能够需求调整，能够实现较大范围内的金属裂纹检测；在电磁波传输过程中通过磁场耦合的方式激励谐振单元组中各个谐振单元，产生慢波结构且较为均匀的磁场的特点，使得该金属裂纹检测装置在金属裂纹检测应用中对金属裂纹位置并不敏感，且具有较高的灵敏度。且具有较高的灵敏度。且具有较高的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置和方法


[0001]本申请涉及金属裂纹检测
，尤其涉及一种基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置和方法。

技术介绍

[0002]金属材料如今广泛应用在基础设施之中，如铁路、管道、航天器等，但这些基础设施经常暴露在室外环境且长期工作，受到极端天气及应力导致的金属疲劳等影响，金属表面不可避免地出现裂纹从而导致整体结构失效。如果不能及时发现这些基础设施的金属裂纹的存在并对其进行维护，可能会造成严重的安全事故或巨大的经济损失，因此对这些金属结构进行健康监测是十分有必要的。
[0003]目前较为广泛使用的金属裂纹无损检测方法有超声检测、涡流检测、磁粉检测等技术，但这些无损检测的方法都存在着复杂的布线安装以及维护成本高昂、设备不易携带的问题，而谐振式电磁传感器具有体积小，重量轻，易于工程安装部署等特点，且目前PCB工艺已经较为成熟，能够使得整体的维护成本降低到一定程度，将谐振式电磁传感器部署在金属表面上，通过检测设备能够得到传感器的谐振频率，当金属上出现裂纹时，传感器的谐振频率会发生偏移，通过谐振频率的偏移来表征金属裂纹的尺寸大小。
[0004]目前应用于金属裂纹检测的谐振式电磁传感器覆盖面积小，可检测金属裂纹的范围较为局限，在大面积金属裂纹检测时需要多次扫描检测或者部署多个谐振式电磁传感器，且检测的灵敏度低。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置和方法，用于解决现有用于金属裂纹检测装置在较大面积范围内检测时通常需要部署多个传感器或多次扫描检测，以及金属裂纹检测装置检测灵敏度较低的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：
[0007]一种基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置，包括介质基板以及设置在所述介质基板上的微带传输线和谐振单元组，所述谐振单元组的输入端设置在第一微带传输线与第二微带传输线之间，所述谐振单元组包括呈周期性交织分布在所述介质基板中轴两侧的数个谐振单元；所述第一微带传输线用于通过耦合方式传输与所述第一微带传输线相邻的所述谐振单元激励自身谐振的能量，所述第二微带传输线用于通过耦合方式接收与所述第二微带传输线相邻的所述谐振单元输出的能量并传输，所述谐振单元组用于通过数个所述谐振单元以耦合方式激励自身谐振并产生慢波结构的均匀磁场而生成通频带。
[0008]优选地，所述谐振单元包括呈微带开口的谐振环。
[0009]优选地，所述谐振环为由连续的粗边和呈微带开口的细边组成的环形部件。
[0010]优选地，所述介质基板中轴两侧的数个谐振单元呈周期性等距交织分布。
[0011]优选地，所述介质基板中轴两侧的数个谐振单元呈周期性非等距交织分布。
[0012]优选地，所述介质基板中轴两侧的谐振单元的微带开口相背设置。
[0013]本申请还提供一种基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测方法，应用于上述所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置上，也称金属裂纹检测装置，该金属裂纹检测方法包括以下步骤：
[0014]将金属裂纹检测装置放置在待测金属样件上，且将金属裂纹检测装置与网络分析仪连接，所述网络分析仪通过线缆分别与所述金属裂纹检测装置的第一微带传输线和第二微带传输线抵接；
[0015]通过所述网络分析仪和所述金属裂纹检测装置，在相同的特征频带条件下获得裂纹状态的待测金属样件的通频带数据和健康状态的待测金属样件的通频带阈值；
[0016]将所述通频带数据与所述通频带阈值对比，获得该待测金属样件的频率变化量；
[0017]根据所述频率变化量确定该待测金属样件的裂纹尺寸。
[0018]优选地，通过所述网络分析仪和所述金属裂纹检测装置，在相同的特征频带条件下获得裂纹状态的待测金属样件的通频带数据和健康状态的待测金属样件的通频带阈值之前，该金属裂纹检测方法包括：所述金属裂纹检测装置的第一微带传输线通过线缆与所述网络分析仪的能量输出端连接，所述金属裂纹检测装置的第二微带传输线通过线缆与所述网络分析仪的能量接收端连接。
[0019]优选地，所述特征频带为
‑
40dB通频带的正向传输系数。
[0020]优选地，将所述通频带数据与所述通频带阈值对比，获得该待测金属样件的频率变化量包括：所述频率变化量为所述通频带数据与所述通频带阈值之间差值。
[0021]从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：该基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置和方法，该装置包括介质基板、微带传输线和谐振单元组，谐振单元组设置在第一微带传输线与第二微带传输线之间，谐振单元组包括呈周期性交织分布在介质基板中轴两侧的数个谐振单元；第一微带传输线用于通过耦合方式传输激励与第一微带传输线相邻的谐振单元激励自身谐振的能量，第二微带传输线用于通过耦合方式接收与第二微带传输线相邻的谐振单元输出的能量并传输，谐振单元组用于通过数个谐振单元以耦合方式激励自身谐振并产生慢波结构的均匀磁场而生成通频带。该基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置通过呈周期性交织分布在介质基板中轴两侧的数个谐振单元，实现该金属裂纹检测装置盖面积能够需求调整，能够实现较大范围内的金属裂纹检测；在电磁波传输过程中通过磁场耦合的方式激励谐振单元组中各个谐振单元，产生慢波结构且较为均匀磁场的特点，使得该金属裂纹检测装置在金属裂纹检测应用中对金属裂纹位置并不敏感，且具有较高的灵敏度，解决了现有用于金属裂纹检测装置在较大面积范围内检测时通常需要部署多个传感器或多次扫描检测，以及金属裂纹检测装置检测灵敏度较低的技术问题。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。
[0023]图1为本申请实施例所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置的俯视结构示意图；
[0024]图2为本申请实施例所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置的立体结构示意图；
[0025]图3为本申请实施例所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置谐振单元的磁场示意图；
[0026]图4为本申请实施例所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测方法的步骤流程图；
[0027]图5为本申请实施例所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测方法的通频带图；
[0028]图6为本申请实施例所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测方法的频率变化量与裂纹深度图。
具体实施方式
[0029]为使得本申请的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置，其特征在于，包括介质基板以及设置在所述介质基板上的微带传输线和谐振单元组，所述谐振单元组的输入端设置在第一微带传输线与第二微带传输线之间，所述谐振单元组包括呈周期性交织分布在所述介质基板中轴两侧的数个谐振单元；所述第一微带传输线用于通过耦合方式传输与所述第一微带传输线相邻的所述谐振单元激励自身谐振的能量，所述第二微带传输线用于通过耦合方式接收与所述第二微带传输线相邻的所述谐振单元输出的能量并传输，所述谐振单元组用于通过数个所述谐振单元以耦合方式激励自身谐振并产生慢波结构的均匀磁场而生成通频带。2.根据权利要求1所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述谐振单元包括呈微带开口的谐振环。3.根据权利要求2所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述谐振环为由连续的粗边和呈微带开口的细边组成的环形部件。4.根据权利要求1所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述介质基板中轴两侧的数个谐振单元呈周期性等距交织分布。5.根据权利要求1所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述介质基板中轴两侧的数个谐振单元呈周期性非等距交织分布。6.根据权利要求1所述的基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述介质基板中轴两侧的谐振单元的微带开口相背设置。7.一种基于开口谐振器慢波结构的金属裂纹检测方法，应用于如权利要求1
‑
6任意一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，梁泽新，蔡家辉，王昆，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：