CN110031545A - 能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，该智能垫片由垫片壳体和涡流传感器组成，其中：垫片壳体由金属制成，具有常规垫片的形状，此外，单面还开有n个与内孔共圆心并且等间距的圆槽以及连通相邻圆槽的多个通道，n≥3，传感器镶嵌在前述垫片壳体的圆槽中。本发明的有益之处在于：(1)无论装备是否停机，都可以实时监测螺栓头与螺杆连接处、螺栓孔孔边或其他遮挡结构危险部位是否有裂纹产生，产生的裂纹能及时被发现，从而可以有效避免装备破坏及人员伤亡的严重后果；(2)通过将涡流传感器镶嵌在垫片壳体的圆槽中，使得涡流传感器不易被破坏，承载能力和耐久性都更好；(3)可以确定裂纹的长度，为维修人员提供重要维修依据。

Description

能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片

技术领域

本发明涉及能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，属于无损检测技术领域。

背景技术

在装备服役使用中，结构连接件的螺栓孔孔边是容易产生裂纹的危险部位。由于受到连接垫片的遮挡，在不拆解结构的情况下是观测不到螺栓孔孔边是否有裂纹产生的。如果产生的裂纹不能及时被发现，装备在服役使用过程中就会造成因连接结构失效破坏而导致的灾难性后果。

现有的检测工件是否有裂纹产生的方法有：

1、漏磁检测

将工件进行脉冲式磁化，增强漏磁检测信号，然后检测工件表面是否有漏磁场来判断工件是否有裂纹产生。若工件是均匀连续的，则螺栓中的磁感应线将被约束在工件中，磁通是平行于工件表面的，几乎没有磁感应线从工件表面穿出，被检测表面没有磁场。若工件中存在着切割磁感应线的缺陷时，工件表面的缺陷或组织状态会使磁导率发生变化，由于缺陷处的磁导率很小，磁阻很大，会使磁路的磁通发生畸变，磁感应线会改变途径，除了一部分的磁通会直接通过缺陷或是在工件内部绕过缺陷外，还有部分磁通会离开工件的表面，通过空气绕过缺陷再重新进入工件，在工件表面缺陷处形成漏磁场。根据漏磁场的分布和大小就可以判断工件的裂纹和裂纹的大小。

2、超声探伤

超声波在被检测工件中传播时，利用工件内部缺陷所显示的声学性质对超声波传播的影响来探测工件内部的缺陷。

3、磁粉探伤

磁粉探伤利用的是工件缺陷处的漏磁场与磁粉的相互作用，以及钢铁制品表面和近表面缺陷(如裂纹、夹渣、发纹等)磁导率和钢铁磁导率的差异，先磁化工件，磁化后的工件不连续处的磁场将发生畸变，形成部分磁通泄漏，磁通泄漏处工件表面产生漏磁场，从而吸引磁粉形成缺陷处的磁粉堆积——磁痕，在适当的光照条件下，显现出缺陷位置和形状，对这些磁粉的堆积加以观察和解释，就实现了磁粉探伤。

4、磁橡胶探伤

磁橡胶探伤是将磁粉弥散在室温硫化橡胶液中，加入固化剂后，再倒入受检工件，受检工件磁化后，在缺陷漏磁场的作用下，磁粉在橡胶液内重新迁移和排列，橡胶铸型固化后，即可获得一个含有缺陷的磁痕，对磁痕进行分析，就实现了磁橡胶探伤。

5、传统涡流探伤

传统的涡流探伤就是利用电磁感应原理，检测导电结构表面和近表面缺陷的一种探伤方法。利用激励线圈使导电体产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得缺陷的关键信息。

涡流无损检测技术是以电磁感应为基础的无损检测技术，是五大常规无损检测方法之一，具有使用范围广、易于与结构集成、能够进行结构应力和疲劳裂纹检测等优点。涡流传感器具有结构简单、灵敏度高、测量线性范围大、不受油污介质的影响、抗干扰能力强等特点，可以用于飞机金属结构疲劳裂纹的在线定量监测。

6、结构功能一体化的裂纹监测垫片

检测原理和传统涡流探伤一样，不同之处是将反向激励柔性涡流阵列传感器与垫片融为一体，通过垫片里面镶嵌的传感器信号的变化来判断孔边是否有裂纹产生。

然而，上述这6种检测工件是否有裂纹产生的方法都存在一些问题，具体的：

(1)漏磁检测、超声探伤、磁粉探伤、磁橡胶探伤和传统涡流探伤：都需要让装备停止工作，将螺栓卸下，然后再用相应的检测设备对孔边进行探伤，或者将其他遮挡结构拆卸后对结构危险部位进行探伤。这5种检测方法不仅操作复杂，而且整个检修活动具有盲目性，费时费力，效率低下，同时在螺栓的拆卸和装配过程中容易引入新的损伤。另外，这5种检测方法只能在装备不工作的时候进行检测，不能实时监测结构在工作过程中产生的裂纹，也就是说，产生的裂纹不能及时被发现。

(2)超声探伤：在检测中需要在检测部位涂抹耦合剂，不便于实际操作。

(3)磁粉探伤和磁橡胶探伤：仅适用于铁磁性材料，不适用与铝合金等非铁磁性材料。

(4)传统涡流探伤：涡流传感器与被监测金属结构集成是实现结构疲劳裂纹监测的前提，将涡流传感器集成于金属结构关键部位(如最常见的螺栓孔孔边)时，涡流传感器会受到结构装配应力、疲劳载荷等因素的作用，而涡流传感器在保证其疲劳裂纹监测能力的前提下，不能先于金属结构破坏而出现“虚警”，这对涡流传感器的承载能力和耐久性提出了极高的要求。对于监控孔边的小型涡流传感器，仅依靠涡流传感器本身难以承受结构的装配应力和工作载荷，这就需要对涡流传感器进行改进设计，在保证其裂纹监测能力的情况下，增强其承载能力、提高其耐久性。

(5)结构功能一体化的裂纹监测垫片：只能检测孔边是否有裂纹产生，无法检测裂纹的长度，且检测信号较弱，抗干扰能力较差。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一些能够实时监测金属结构裂纹、并能够对裂纹长度进行测量、且承载能力和耐久性都更好的智能垫片。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

针对裂纹发生在金属结构的平直的表面上的情况：

一种能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，所述裂纹发生在金属结构的平直的表面上，其特征在于，该智能垫片由垫片壳体和涡流传感器组成，其中：

前述垫片壳体由金属制成，具有常规垫片的形状，此外，单面还开有n个与内孔共圆心并且等间距的圆槽以及连通相邻圆槽的多个通道，n≥3；

前述涡流传感器镶嵌在前述垫片壳体的圆槽中。

前述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，前述涡流传感器由漆包线绕制而成，具体的：

前述漆包线在垫片壳体的圆槽中绕成激励线圈回路和感应线圈回路，其中，激励线圈回路中的激励线圈采用同向激励。

前述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，前述激励线圈回路采用如下方法绕成：

根据不同圆槽的直径，用漆包线沿逆时针从下向上按照圆形缠绕多匝，先用环氧树脂将这多匝线圈固定，再用胶水将整个圆形的激励线圈固定在圆槽靠近圆心的一侧；

相邻的激励线圈通过跨通道导线连接，跨通道导线的一端与直径相对较小的激励线圈的上接线端连接，另一端与直径相对较大的激励线圈的下接线端连接；

直径最小的激励线圈的下接线端与激励信号输入导线连接，直径最大的激励线圈的上接线端与激励信号输出导线连接。

前述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，前述感应线圈回路采用如下方法绕成：

根据不同圆槽的直径，用漆包线沿逆时针从下向上按照圆形缠绕多匝，先用环氧树脂将这多匝线圈固定，再用胶水将整个圆形的感应线圈固定在圆槽背离圆心的一侧；

每个感应线圈的上接线端和下接线端都各与一根感应信号输出导线连接。

前述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，前述涡流传感器采用的是柔性涡流阵列传感器，该柔性涡流阵列传感器具有n个激励线圈和n-1个感应线圈，分别构成激励线圈回路和感应线圈回路，两个线圈回路均镶嵌在垫片壳体的圆槽中，其中，激励线圈回路中的激励线圈采用同向激励。

针对裂纹发生在金属结构的平直的表面上的情况：

一种能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，所述裂纹发生在螺栓头与螺杆连接处，其特征在于，该智能垫片由垫片壳体和涡流传感器组成，其中：

前述垫片壳体由金属制成，具有常规垫片的形状，此外，在靠近内孔处开有45°的倒角，斜面上开有两个与内孔共圆心的圆槽，斜面和平面上开有一条激励信号输入输出通道和多条等间距的感应信号输出通道，两个圆槽之间凸出的部分被这些通道分割成多个扇形，形成扇形槽；

前述涡流传感器镶嵌在前述垫片壳体的圆槽和扇形槽中。

前述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，前述涡流传感器由漆包线绕制而成，具体的：

一部分漆包线在垫片壳体的直径较小的圆槽中绕成圆形的激励线圈回路；

另外一部分漆包线在垫片壳体的扇形槽中绕成多个扇形的感应线圈回路。

前述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，前述激励线圈回路采用如下方法绕成：

根据圆槽的直径，用漆包线沿逆时针从下向上按照圆形缠绕多匝，先用环氧树脂将这多匝线圈固定，再用胶水将整个圆形的激励线圈固定在圆槽靠近圆心的一侧；

激励线圈的下接线端与激励信号输入导线连接、上接线端与激励信号输出导线连接。

前述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，前述感应线圈回路采用如下方法绕成：

根据扇形槽的形状和大小，用漆包线沿逆时针从下向上按照扇形槽的形状和大小缠绕多匝，先用环氧树脂将这多匝线圈固定，再用胶水将整个扇形的感应线圈固定在扇形槽中；

每个感应线圈的上接线端和下接线端都各与一根感应信号输出导线连接。

本发明的有益之处在于：

(1)无论装备是否停机，本发明提供的智能垫片都可以实时监测螺栓头与螺杆连接处、螺栓孔孔边或其他遮挡结构危险部位是否有裂纹产生，产生的裂纹能及时被发现，从而可以有效避免装备破坏及人员伤亡的严重后果；

(2)通过将涡流传感器镶嵌在垫片壳体的圆槽中，使得涡流传感器不易被破坏，所以本发明提供的智能垫片承载能力和耐久性都更好；

(3)本发明提供的智能垫片可以确定裂纹的长度，可以为维修人员的维修活动提供重要依据。

附图说明

图1是本发明提供的智能垫片的第1个具体实施例的结构示意图；

图2是图1中的垫片壳体的结构示意图；

图3是图1中的三个激励线圈的缠绕和连接示意图；

图4是图1中的感应线圈的缠绕和连接示意图；

图5是图1中的智能垫片的安装示意图；

图6是图1中的智能垫片实时监测金属结构裂纹的原理示意图；

图7是本发明提供的智能垫片的第2个具体实施例的结构示意图；

图8是图7中的垫片壳体的结构示意图；

图9是图7中的柔性涡流阵列传感器的布局示意图；

图10是图7中的智能垫片实时监测金属结构裂纹的原理示意图；

图11是本发明提供的智能垫片的第3个具体实施例的结构示意图；

图12是图11中的垫片壳体的结构示意图；

图13是图11中的激励线圈回路和感应线圈回路的示意图；

图14是图11中的智能垫片实时监测螺栓头与螺杆连接处裂纹的原理示意图。

图中附图标记的含义：1-激励线圈、2-激励线圈、3-激励线圈、4-感应线圈、5-感应线圈、6-感应线圈、7-跨通道导线、8-跨通道导线、9-激励信号输出导线、10-激励信号输入导线、11-感应信号输出导线、12-感应信号输出导线、13-感应信号输出导线、14-感应信号输出导线、15-感应信号输出导线、16-感应信号输出导线、17-垫片壳体、18-圆槽、19-圆槽、20-圆槽、21-金属连接件、22-螺栓、23-普通垫片、24-智能垫片、25-螺母、26-裂纹、27-柔性涡流阵列传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

实施例1

本实施例提供的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片所能够监测的裂纹是发生在金属结构的平直的表面上的。

参照图1，本实施例提供的智能垫片由垫片壳体17和涡流传感器组成。

参照图2，垫片壳体17由金属制成，具有常规垫片的形状，为圆形。此外，垫片壳体17的单面还开有3个与内孔共圆心并且等间距的圆槽，这3个圆槽按直径从小到大分别记为圆槽18、圆槽19和圆槽20，这些圆槽是用来镶嵌涡流传感器的，与圆槽同面还开有连通相邻圆槽的多个通道，这些通道是用来容纳激励信号输入导线、激励信号输出导线和感应信号输出导线的。

参照图1，涡流传感器镶嵌在垫片壳体的圆槽中。

在本实施例中，涡流传感器由漆包线绕制而成，具体的：

漆包线在垫片壳体的圆槽中绕成激励线圈回路和感应线圈回路，其中，激励线圈回路中的激励线圈采用同向激励，即所有激励线圈的电流的绕向都相同，这样可以提高裂纹监测的灵敏度。

参照图3，激励线圈回路采用如下方法绕成：

首先，根据不同圆槽的直径，用细的漆包线沿逆时针从下向上按照圆形缠绕10匝，先用环氧树脂将这10匝线圈固定，再用3m胶水将整个圆形的激励线圈固定在圆槽靠近圆心的一侧；

然后，将相邻的激励线圈通过跨通道导线连接，跨通道导线的一端与直径相对较小的激励线圈的上接线端连接，另一端与直径相对较大的激励线圈的下接线端连接，具体的，激励线圈1和激励线圈2通过跨通道导线7连接，其中，跨通道导线7的一端与激励线圈1的上接线端连接，另一端与激励线圈2的下接线端连接；激励线圈2和激励线圈3通过跨通道导线8连接，其中，跨通道导线8的一端与激励线圈2的上接线端连接，另一端与激励线圈3的下接线端连接；

最后，将直径最小的激励线圈(激励线圈1)的下接线端与激励信号输入导线10连接，将直径最大的激励线圈(激励线圈3)的上接线端与激励信号输出导线9连接，至此即绕成激励线圈回路，3个激励线圈为同向激励。

参照图4，感应线圈回路采用如下方法绕成：

首先，根据不同圆槽的直径，用同样细的漆包线也沿逆时针从下向上缠绕10匝，先用环氧树脂将这10匝线圈固定，再用3m胶水将整个感应线圈固定在圆槽背离圆心的一侧；

然后，将3个感应线圈的上接线端和下接线端都各与一根感应信号输出导线连接，至此即绕成感应线圈回路。

激励线圈和感应线圈全部都固定在圆槽中以后，用环氧树脂将激励线圈和感应线圈之间的缝隙填平。

在本发明中，我们增加了激励线圈和感应线圈的缠绕匝数，这样可以提高磁场强度，使得感应的电压信号增强，从而使得本发明提供的智能垫片的抗干扰能力得到提高。

参照图5，本实施例提供的智能垫片的安装方法如下：

将本实施例提供的智能垫片24安装于金属结构——金属连接件21的螺栓孔孔边，开有圆槽的一侧(即敏感线圈侧)靠着金属连接件21，然后通过螺栓22、普通垫片23和螺母25进行固定。

参照图6，本实施例提供的智能垫片实时监测金属结构裂纹的原理如下：

激励信号输入导线和激励信号输出导线两端通以正弦交流电I₁，三个激励线圈将各自产生一个正弦交变磁场，分别记为磁场H₁、磁场H₂、磁场H₃，而处于三个激励线圈正下方的区域由于在磁场H₁、磁场H₂和磁场H₃的作用下，将分别产生涡流，且产生的涡流的方向与激励线圈中的电流方向相反，即分别产生与激励磁场相反的磁场，分别记为磁场H₁₁、磁场H₂₂、磁场H₃₃，当裂纹26扩展到了感应线圈4下方的时候，将造成该处磁场发生畸变，使得该处磁场变化较大，该处磁场的急剧变化会造成感应线圈4的感应电压发生变化，同理，当裂纹扩展到了感应线圈5下方的时候，感应线圈5的感应电压发生变化，当裂纹扩展到了感应线圈6下方的时候，感应线圈6的感应电压发生变化。所以，根据感应线圈感应电压的变化，就可以判断裂纹扩展到了第几个圆槽的位置，再根据圆槽之间的距离，就可以得知裂纹扩展的长度。

通过调整垫片壳体上的圆槽的间距，即可调整本发明提供的智能垫片的监测精度。圆槽的间距越小，本发明提供的智能垫片的监测精度越高；圆槽的间距越大，本发明提供的智能垫片的监测精度越低。

在垫片壳体上的圆槽的间距确定的情况下，通过增加圆槽的数量，即可扩大本发明提供的智能垫片所监测的裂纹的长度，这为维修人员的维修活动提供了重要的依据。

实施例2

本实施例提供的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片所能够监测的裂纹是发生在金属结构的平直的表面上的。

参照图7，本实施例提供的智能垫片由垫片壳体17和涡流传感器组成。

参照图8，垫片壳体17由金属制成，具有常规垫片的形状，为圆形。此外，垫片壳体的单面还开有3个与内孔共圆心并且等间距的圆槽，这3个圆槽按直径从小到大分别记为圆槽18、圆槽19和圆槽20，这些圆槽是用来镶嵌涡流传感器的，与圆槽同面还开有连通相邻圆槽的多个通道，这些通道是用来容纳激励信号输入导线、激励信号输出导线和感应信号输出导线的。

参照图9，涡流传感器镶嵌在垫片壳体17的圆槽中，通过环氧树脂进行固定和填平。在本实施例中，涡流传感器采用的是柔性涡流阵列传感器，具体的：

参照图9，柔性涡流阵列传感器27采取同向激励与多感应单元相结合，其具有n个激励线圈和n-1个感应线圈，这n个激励线圈构成激励线圈回路，这n-1个感应线圈构成感应线圈回路，激励线圈回路和感应线圈回路均镶嵌在垫片壳体17的圆槽中，其中，激励线圈回路中的激励线圈采用同向激励。

在本具体实施例中，n＝3，柔性涡流阵列传感器27具有3个激励线圈(激励线圈1、激励线圈2、激励线圈3)和2个感应线圈(感应线圈4、感应线圈5)，这些线圈以及与他们连接的信号导线分布在不同的层中，具体的：

(1)感应线圈4和激励信号输入导线10布置在顶层；

(2)感应线圈5布置在中间层；

(3)激励线圈1、激励线圈2、激励线圈3和激励信号输出导线9布置在底层。

本实施例提供的智能垫片的安装方法与实施例1中的智能垫片的安装方法相同，在此不再赘述。

参照图10，本实施例提供的智能垫片实时监测金属结构裂纹的原理如下：

通过激励信号发生器向激励线圈施加一个激励电流I₁，该激励电流I₁是正弦交流电，三个激励线圈将各自产生一个正弦交变磁场，分别记为磁场H₁、磁场H₂、磁场H₃，而处于这三个激励线圈正下方的区域由于在磁场H₁、磁场H₂和磁场H₃的作用下将分别产生涡流，所产生的涡流的方向与激励线圈中的电流方向相反，即分别产生与激励磁场相反的磁场，分别记为磁场H₁₁、磁场H₂₂、磁场H₃₃，当裂纹26扩展到了感应线圈4中的时候，将造成该处磁场发生畸变，使得该处磁场变化较大，该处磁场的急剧变化会造成感应线圈4的感应电压发生变化，同理，当裂纹扩展到了感应线圈5中的时候，感应线圈5的感应电压发生变化。所以，根据感应通道的感应电压的变化，就可以判断裂纹扩展到了第几个感应通道位置，再根据圆槽之间的距离，就可以得知裂纹扩展的长度。

实施例3

本实施例提供的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片所能够监测的裂纹是发生在螺栓头与螺杆连接处的。

参照图11，本实施例提供的智能垫片由垫片壳体17和涡流传感器组成。

参照图12，垫片壳体17由金属制成，具有常规垫片的形状。此外，垫片壳体17在靠近内孔处开有45°的倒角，斜面上开有两个与内孔共圆心的圆槽(圆槽18、圆槽19)，斜面和平面上都开有一条激励信号输入输出通道和多条感应信号输出通道，多条感应信号输出通道是等间距分布的，两个圆槽之间凸出的部分被这些通道分割成多个扇形，形成扇形槽。

涡流传感器镶嵌在垫片壳体的圆槽和扇形槽中。

在本实施例中，涡流传感器由漆包线绕制而成，具体的：

参照图13，用于绕成激励线圈的漆包线：该漆包线在垫片壳体17的直径较小的圆槽中绕成激励线圈回路；

参照图13，用于绕成感应线圈的漆包线：该漆包线在垫片壳体的扇形槽中绕成多个扇形的感应线圈回路，所述扇形槽是由感应信号输出通道分割成的，也就是说，多个扇形的感应线圈回路的形状和大小都是相同的。

激励线圈回路的绕法与实施例1中的激励线圈回路的绕法相同，具体的，参照图13：

首先，根据圆槽的直径，用细的漆包线沿逆时针从下向上按照圆形缠绕10匝，先用环氧树脂将这10匝线圈固定，再用3m胶水将整个圆形的激励线圈固定在圆槽靠近圆心的一侧；

然后，将激励线圈的下接线端与激励信号输入导线10连接，将激励线圈的上接线端与激励信号输出导线9连接，激励信号输入导线10和激励信号输出导线9通过激励信号输入输出通道引至垫片壳体17外，至此即绕成激励线圈回路。

感应线圈回路的绕法与实施例2中的感应线圈回路的绕法基本相同，具体的，参照图13：

首先，根据扇形槽的形状和大小，用同样细的漆包线也沿逆时针从下向上按照扇形槽的形状和大小缠绕10匝，先用环氧树脂将这10匝线圈固定，再用3m胶水将整个扇形的感应线圈固定在扇形槽中；

然后，将每个感应线圈的上接线端和下接线端都各与一根感应信号输出导线(感应信号输出导线11、感应信号输出导线12、感应信号输出导线13、感应信号输出导线14、感应信号输出导线15、感应信号输出导线16)连接，同一个感应线圈的两根感应信号输出导线(例如：感应信号输出导线11和感应信号输出导线12，感应信号输出导线13和感应信号输出导线14，感应信号输出导线15和感应信号输出导线16)通过同一个感应信号输出通道引至垫片壳体17外，至此即绕成感应线圈回路。

激励线圈固定在圆槽中以后并且感应线圈全部固定在扇形槽中以后，用环氧树脂将激励线圈和感应线圈之间的缝隙以及感应线圈和扇形槽之间的缝隙填平。

参照图14，本实施例提供的智能垫片的安装方法如下：

将本实施例提供的智能垫片24安装于螺栓22上，具体位于螺杆的根部，智能垫片24开有圆槽的一侧(即敏感线圈侧)靠着螺栓头，然后将螺栓22穿过金属连接件21，并通过螺母25拧紧。

参照图14，本实施例提供的智能垫片实时监测金属结构裂纹(发生在螺栓头与螺杆连接处的裂纹)的原理如下：

激励信号输入导线10和激励信号输出导线9两端通以正弦交流电，激励线圈在斜面上产生一个垂直于斜面的磁场(激励磁场)，记为磁场B1，因此螺栓中势必有一个垂直于磁场方向的涡流产生，该涡流会产生一个与激励磁场相反的磁场，记为磁场B2，磁场B1和磁场B2这两个磁场的叠加使得斜面上感应线圈上产生感应电压，当没有裂纹产生的时候，感应线圈的输出电压信号不会发生变化，当有裂纹产生的时候，涡流会绕着裂纹的分界面两端流动，形成一个回路，从而产生一个与裂纹表面(近似为垂直向下)垂直的磁场，记为磁场B3，由于磁场B3不垂直于磁场B1和磁场B2，在磁场B1和磁场B2上有分量，所以三个磁场的叠加会使得感应线圈的电压发生变化。所以，可以通过监测感应电压是否有变化，来判断螺栓头与螺杆连接处是否有裂纹产生，根据感应通道电压的变化情况即可判断产生裂纹的位置。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，所述裂纹发生在金属结构的平直的表面上，其特征在于，该智能垫片由垫片壳体和涡流传感器组成，其中：

所述垫片壳体由金属制成，具有常规垫片的形状，此外，单面还开有n个与内孔共圆心并且等间距的圆槽以及连通相邻圆槽的多个通道，n≥3；

所述涡流传感器镶嵌在所述垫片壳体的圆槽中。

2.根据权利要求1所述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，所述涡流传感器由漆包线绕制而成，具体的：

所述漆包线在垫片壳体的圆槽中绕成激励线圈回路和感应线圈回路，其中，激励线圈回路中的激励线圈采用同向激励。

3.根据权利要求2所述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，所述激励线圈回路采用如下方法绕成：

根据不同圆槽的直径，用漆包线沿逆时针从下向上按照圆形缠绕多匝，先用环氧树脂将这多匝线圈固定，再用胶水将整个圆形的激励线圈固定在圆槽靠近圆心的一侧；

相邻的激励线圈通过跨通道导线连接，跨通道导线的一端与直径相对较小的激励线圈的上接线端连接，另一端与直径相对较大的激励线圈的下接线端连接；

直径最小的激励线圈的下接线端与激励信号输入导线连接，直径最大的激励线圈的上接线端与激励信号输出导线连接。

4.根据权利要求2所述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，所述感应线圈回路采用如下方法绕成：

根据不同圆槽的直径，用漆包线沿逆时针从下向上按照圆形缠绕多匝，先用环氧树脂将这多匝线圈固定，再用胶水将整个圆形的感应线圈固定在圆槽背离圆心的一侧；

每个感应线圈的上接线端和下接线端都各与一根感应信号输出导线连接。

5.根据权利要求1所述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，所述涡流传感器采用的是柔性涡流阵列传感器，该柔性涡流阵列传感器具有n个激励线圈和n-1个感应线圈，分别构成激励线圈回路和感应线圈回路，两个线圈回路均镶嵌在垫片壳体的圆槽中，其中，激励线圈回路中的激励线圈采用同向激励。

6.一种能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，所述裂纹发生在螺栓头与螺杆连接处，其特征在于，该智能垫片由垫片壳体和涡流传感器组成，其中：

所述垫片壳体由金属制成，具有常规垫片的形状，此外，在靠近内孔处开有45°的倒角，斜面上开有两个与内孔共圆心的圆槽，斜面和平面上开有一条激励信号输入输出通道和多条等间距的感应信号输出通道，两个圆槽之间凸出的部分被这些通道分割成多个扇形，形成扇形槽；

所述涡流传感器镶嵌在所述垫片壳体的圆槽和扇形槽中。

7.根据权利要求6所述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，所述涡流传感器由漆包线绕制而成，具体的：

一部分漆包线在垫片壳体的直径较小的圆槽中绕成圆形的激励线圈回路；

另外一部分漆包线在垫片壳体的扇形槽中绕成多个扇形的感应线圈回路。

8.根据权利要求7所述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，所述激励线圈回路采用如下方法绕成：

根据圆槽的直径，用漆包线沿逆时针从下向上按照圆形缠绕多匝，先用环氧树脂将这多匝线圈固定，再用胶水将整个圆形的激励线圈固定在圆槽靠近圆心的一侧；

激励线圈的下接线端与激励信号输入导线连接、上接线端与激励信号输出导线连接。

9.根据权利要求7所述的能够实时监测金属结构裂纹的智能垫片，其特征在于，所述感应线圈回路采用如下方法绕成：

根据扇形槽的形状和大小，用漆包线沿逆时针从下向上按照扇形槽的形状和大小缠绕多匝，先用环氧树脂将这多匝线圈固定，再用胶水将整个扇形的感应线圈固定在扇形槽中；

每个感应线圈的上接线端和下接线端都各与一根感应信号输出导线连接。