CN103995041B - 基于电容耦合效应的无损检测成像装置 - Google Patents

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本发明属于无损检测领域，具体地，涉及一种基于电容耦合效应的无损检测成像装置。基于电容耦合效应的无损检测成像装置，包括检测探头、信号发生器、滤波器、锁相放大器、数据采集卡和计算机系统；检测探头，包括环形激励电极和无源电压探针；环形激励电极与信号发生器的电压输出端口连接，无源电压探针与滤波器的输入端口连接，滤波器的输出端口与锁相放大器的信号输入端口连接，信号发生器的参考信号输出端口与锁相放大器的参考信号输入端口连接，锁相放大器的输出端口、数据采集卡和计算机系统依次连接。本发明的检测方式为非接触式，无需耦合剂和表面处理，应用范围广，实施成本低；检测结果以图像形式直接呈现。

Description

基于电容耦合效应的无损检测成像装置
技术领域
本发明属于无损检测领域，具体地，涉及一种基于电容耦合效应的无损检测成像装置，用于非导电材料表面和内部缺陷检测及导电材料表面缺陷检测的无损检测。
背景技术
无损检测技术在社会安全高效生产中越来越重要，但是已有的无损检测方法不能满足日益增长的检测需求。现有的无损检测方法中，漏磁检测因具有较强的穿透能力而能同时检测内、外缺陷，但只能应用于铁磁材料；磁扰动法也只能用于铁磁材料；涡流检测、交流电磁场法交流电势降发等技术由于趋肤效应的存在对内伤检测失效，并且只能应用与导电材料；直流电势降法需要直接接触导电材料表面，自动化检测时可行性降低且对表面有绝缘附着物的被测对象失效；超声检测方法存在阻抗失配问题，经常需要耦合剂，并且在检测高散射材料时效果较差；射线检测技术因其放射性由于环保及职业卫生等因素原则上尽可能减少使用。
发明内容
为克服现有无损检测方法存在的局限性，增强无损检测的社会服务功能，本发明提供一种基于电容耦合效应的，适用于非导电材料内部与表面缺陷的检测及透过绝缘层对导电材料表面缺陷进行检测的无损检测成像装置。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
基于电容耦合效应的无损检测成像装置，包括：检测探头、信号发生器、滤波器、锁相放大器、数据采集卡和计算机系统；检测探头，包括：环形激励电极和无源电压探针；环形激励电极与信号发生器的电压输出端口连接，无源电压探针与滤波器的输入端口连接，滤波器的输出端口与锁相放大器的信号输入端口连接，信号发生器的参考信号输出端口与锁相放大器的参考信号输入端口连接，锁相放大器的输出端口、数据采集卡和计算机系统依次连接，所有连接均采用刺刀螺母接口及相应的同轴电缆。
优选地，环形激励电极设有输入端口，无源电压探针设有输出端口；环形激励电极的输入端口与信号发生器的电压输出端口连接，无源电压探针的输出端口与滤波器的输入端口连接。
优选地，检测探头，包括，金属盒，金属盒的底面设有方形的通孔用于固定印刷电路板。
优选地，印刷电路板由环形激励电极、绝缘基板、接地屏蔽电极组成；印刷电路板的中心钻有直径与电压探针外径匹配的孔用来固定无源电压探针，电压探针的尖端与环形激励电极处于同一平面；环形激励电极通过印刷电路板中的过孔与金属盒上的输入端口相连；无源电压探针与金属盒上的输出端口相连。
优选地，金属盒上装有手柄。
相对于现有技术，本发明具有如下优势：检测方式为非接触式，无需耦合剂和表面处理，只需要从一个侧面接近被测对象；应用范围广，即可检测非导电材料表面及内部缺陷，又可检测铁磁与非铁磁导电材料表面缺陷；实施成本低；检测结果以图像形式直接呈现。检测成像装置利用电容耦合效应，采用检测探头中的激励电极产生准静电场分布，被测对象中缺陷的存在所产生的对该准静电场分布的扰动被检测探头中无源电压探针拾取，经过信号处理分析得到被测对象的缺陷信息，可以检测被测对象表面及内部(非导电材料)或表面(导电材料)存在的缺陷；采用低压中低频交流电压作为激励，检测探头不接触被测对象，适用于自动化检测，装置整体结构简单，操作方便。
附图说明
图1为基于电容耦合效应的无损检测成像装置示意图；
图2a为基于电容耦合效应的无损检测成像装置中检测探头结构示意图；
图2b为基于电容耦合效应的无损检测成像装置中检测探头另一结构示意图；
图2c为基于电容耦合效应的无损检测成像装置中检测探头内部结构示意图；
图2d为基于电容耦合效应的无损检测成像装置中检测探头内部另一结构示意图；
图3为基于电容耦合效应的无损检测成像装置使用示意图；
图4为基于电容耦合效应的无损检测成像装置的成像结果示意图。
具体实施方式
如图1、图2a、图2b、图2c、图2d所示，基于电容耦合效应的无损检测成像装置，包括：检测探头1、信号发生器5、滤波器6、锁相放大器7、数据采集卡8和计算机系统9；
检测探头1，包括：环形激励电极11和无源电压探针12；环形激励电极11设有输入端口，无源电压探针12设有输出端口；
环形激励电极11的输入端口与信号发生器5的电压输出端口连接，无源电压探针12的输出端口与滤波器6的输入端口连接，滤波器6的输出端口与锁相放大器7的信号输入端口连接，信号发生器5的参考信号输出端口与锁相放大器7的参考信号输入端口连接，锁相放大器7的输出端口、数据采集卡8和计算机系统9依次连接，所有连接均采用刺刀螺母接口及相应的同轴电缆。
如图2所示，检测探头1包括，金属盒18，金属盒18的底面设有方形的通孔用于固定印刷电路板，印刷电路板由环形激励电极11、绝缘基板13、接地屏蔽电极14组成；印刷电路板的中心钻有直径与电压探针12外径匹配的孔用来固定无源电压探针12，电压探针12的尖端与环形激励电极11处于同一平面；环形激励电极11通过印刷电路板中的过孔15与金属盒18上的输入端口16相连；无源电压探针12与金属盒18上的输出端口17相连；为便于夹持检测探头，金属盒18上装有手柄19。
基于电容耦合效应的无损检测成像装置利用检测探头中加载有交流电压信号的激励电极在其下方及被测对象表面(非导电材料)或内部(非导电材料)产生特定分布的准静电场，该准静电场的分布由激励电极形状及尺寸、提离高度和被测对象性质三个因素决定，若被测对象表面(导电材料)及内部(非导电材料)存在缺陷，当检测探头位于缺陷周围时，源自激励电极的准静电场的分布受到缺陷的扰动，扰动后的准静电场被检测探头中的无源电压探针拾取，最终反映在形成的图像上，从而实现对缺陷的无损检测成像。
在检测过程中，由环形激励电极11产生的准静电场分布，经由电容效用与无源电压探针12耦合，若被测对象中存在缺陷，该静电场分布由于缺陷的影响产生扰动，该扰动可被无源电压探针12拾取，从而实现缺陷的检测。
工作时，检测探头放置于被测对象4附近，检测探头中的环形激励电极11受到来自信号发生器5的交流电压(20V峰峰值，100kHz频率)信号激励，在检测探头下方产生准静电场分布3，若被测对象4中存在缺陷，准静电场分布3收到扰动，由无源电压探针12拾取到的反映准静电场分布特征的信号被输出到滤波器6滤波后，作为一路信号输入到锁相放大器7中，来自信号发生器5的与交流电压激励信号同频率的参考信号作为第二路信号输入到锁相放大器7中，锁相放大器7的输出即为由无源电压探针12拾取的反映准静电场分布3特征的信号的幅值和与参考信号相对相位，该输出信号经过数据采集卡8，输入到计算机系统9中；在计算机系统中，锁相放大器7的输出(无源电压探针12拾取的反映准静电场分布3特征的信号的幅值和与参考信号相对相位)被作为成像参数，作为最终形成图像在探头所在位置的亮度信息，亮度信息有异常则表示被测对象有缺陷，否则无缺陷；通过对将检测探头非接触式布置于被测对象待测区域表面上空进行等提离高度下的匀速扫描，获取待测区域所有位置上的亮度信息，最终形成反映被测对象中缺陷信息的幅值图像和相对相位图像，从而得到被测对象的缺陷信息。
基于电容耦合效应的无损检测成像装置使用方法如图3所示，图3中所示被测对象有两块，反映了本项目基于电容耦合效应的无损检测成像装置的两个典型应用。一个被测对象为覆盖有5mm厚泡沫材料10的铝板20，铝板20上有人工加工的边长为20mm的不同深度的平底方孔用来模拟缺陷，方孔中有空气2。第二个被测对象为覆盖有5mm厚泡沫材料10的有机玻璃板21，有机玻璃板21上有人工加工的边长为20mm的不同深度的平底方孔用来模拟缺陷，方孔中有空气2。检测时，两块被测对象带人工加工方孔的一面面向检测探头，探头透过泡沫材料10对铝板20和有机玻璃板21表面的方孔进行成像检测。
检测时，探头1与被测对象保持2mm的提离距离，检测探头激励电极收到来自信号发生器5提供的交流电压信号(20V峰峰值，100kHz频率)激励在空气间隔、5mm厚的泡沫材料10及铝板20表面(有机玻璃板21的表面和内部)产生准静电场分布，该分布受到人工加工的方形平底孔的扰动被检测探头1中的无源电压探针12拾取，经过滤波器6滤波后，作为一路信号输入到锁相放大器7中，来自信号发生器5的与电压激励信号同频率的参考信号作为第二路信号输入到锁相放大器7中，经过锁相放大器7处理，反映准静电场分布特征的信号的幅值和相对相位，经过数据采集卡8，输入到计算机系统9中，并用图像的方式显示，得到被测对象的缺陷信息。
图4所示图像是在图3所示的装置使用状态下，利用本发明提供的装置透过5mm厚泡沫材料和2mm提离高度检测厚度20mm厚铝板上深度分别为2mm、4mm、6mm和8mm的有人工加工的边长为20mm的平底方孔的成像结果22，和利用本发明提供的装置透过5mm厚泡沫材料和2mm提离高度检测厚度20mm厚有机玻璃板上深度分别为2mm、4mm、6mm和8mm的有人工加工的边长为20mm的平底方孔的成像结果23。检测过程中，探头1在被测对象上方扫描了60mm(宽)×200mm(长)的区域，所成图像在人工加工方孔的位置显示了与其他位置不同的亮度，从而检测处不同材料中的缺陷。

Claims (1)

1.一种基于电容耦合效应的无损检测成像装置，包括：检测探头、信号发生器、滤波器、锁相放大器、数据采集卡和计算机系统；其特征在于：检测探头，包括：环形激励电极和无源电压探针；环形激励电极与信号发生器的电压输出端口连接，无源电压探针与滤波器的输入端口连接，滤波器的输出端口与锁相放大器的信号输入端口连接，信号发生器的参考信号输出端口与锁相放大器的参考信号输入端口连接，锁相放大器的输出端口、数据采集卡和计算机系统依次连接;环形激励电极设有输入端口，无源电压探针设有输出端口；环形激励电极的输入端口与信号发生器的电压输出端口连接，无源电压探针的输出端口与滤波器的输入端口连接;检测探头，包括金属盒，金属盒的底面设有方形的通孔用于固定印刷电路板;印刷电路板由环形激励电极、绝缘基板、接地屏蔽电极组成；印刷电路板的中心钻有直径与电压探针外径匹配的孔用来固定无源电压探针，电压探针的尖端与环形激励电极处于同一平面；环形激励电极通过印刷电路板中的过孔与金属盒上的输入端口相连；无源电压探针与金属盒上的输出端口相连。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109668505B (zh) * 2019-01-09 2021-05-25 中国石油大学(华东) 一种脉冲acfm铁磁性金属结构壁厚测量方法
CN112858467A (zh) * 2021-04-09 2021-05-28 中国石油大学(华东) 一种旋转电磁场管道任意方向裂纹检测探头及检测系统
CN114660134B (zh) * 2022-05-17 2022-08-19 中国石油大学(华东) 基于叉指电容传感器的非金属材料老化检测装置与方法
CN115326921B (zh) * 2022-10-14 2022-12-20 中国石油大学(华东) 基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置及检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5703487A (en) * 1996-01-11 1997-12-30 Xerox Corporation Detection of charge deficient spot susceptibility
CN101701934A (zh) * 2009-11-16 2010-05-05 中国石油大学(华东) Acfm缺陷智能可视化检测系统
CN102053115A (zh) * 2010-12-06 2011-05-11 河海大学 一种检测复合材料缺陷的装置及方法
CN202330353U (zh) * 2011-11-17 2012-07-11 华中科技大学 一种基于漏电场的导电金属体无损检测装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6734696B2 (en) * 2001-11-01 2004-05-11 Kla-Tencor Technologies Corp. Non-contact hysteresis measurements of insulating films

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5703487A (en) * 1996-01-11 1997-12-30 Xerox Corporation Detection of charge deficient spot susceptibility
CN101701934A (zh) * 2009-11-16 2010-05-05 中国石油大学(华东) Acfm缺陷智能可视化检测系统
CN102053115A (zh) * 2010-12-06 2011-05-11 河海大学 一种检测复合材料缺陷的装置及方法
CN202330353U (zh) * 2011-11-17 2012-07-11 华中科技大学 一种基于漏电场的导电金属体无损检测装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
电容成像在无损检测中的应用;殷晓康等;《无损检测》;20111231;第157页右栏第15-35行，第158页左栏第1-13行，图2，图3 *

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Assignee: Endy Testing Technology (Qingdao) Co.,Ltd.

Assignor: China University of Petroleum (East China)

Contract record no.: X2021370010017

Denomination of invention: Nondestructive testing imaging device based on capacitive coupling effect

Granted publication date: 20160113

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