CN112326782B - 一种涡流和声阻抗检测传感器及其制作方法 - Google Patents

一种涡流和声阻抗检测传感器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种涡流和声阻抗检测传感器及其制作方法，用于金属和非金属复合材料(1)中的金属层(11)和非金属层(12)进行无损检测，包括检测仪器(2)和检测探头(3)，其特征在于所述检测探头(3)包括设置于探头外壳(31)内、通过检测探头内部中心引线(32)连接于检测仪器(2)的检测传感器(33)，其中检测传感器(33)包括压电晶片(334)、以及包覆于压电晶片(334)的上金属膜层(332)和下金属膜层(333)，所述下金属膜层(333)设置为刻制而成的平面螺旋线状的涡流线圈(335)，通过设置于检测传感器(33)的中心通孔(331)引出电连接引线。实现多功能集成而小型方便的检测传感器探头装置，更适用于野外检测作业或远程云监测。

Description

一种涡流和声阻抗检测传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及无损检测的传感器技术，特别是涉及一种涡流和声阻抗检测传感器及其制作方法。
背景技术
随着现代化工业发展，复合材料的需求越来越明显，主要应用领域有：航空航天领域的制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构等；汽车工业的制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件；化工、纺织和机械制造领域的化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等；以及医学领域的制造医用X光机和矫形支架等；制造体育运动器件和用作建筑材料等等应用都非常广泛。复合材料包括金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。在复合材料的结构设计,材料鉴定,加工过程和构件检验等各个环节, 都需要采用先进的监察和检测技术,以提高复合材料的构件质量评定的准确性、可靠性和工作效率等，其检测技术优为重要。
然而，对于金属非金属复合材料，常见的检测方法是采用涡流对金属层进行检测，再用超声波、声发射技术、等对非金属进行检测，即需要分时分工操作来完成。又如发明专利ZL201110310778.9 一种基于云计算的无损检测系统，是通过云平台可以实现远程集中监控检测，将多种检测数据集中分析处理，为了配合多种检测方式检测数据的采集，需要集合多种检测传感器来实现，实现检测传感器探头的精简，成为目前迫切的需求。
针对以上缺点问题，本发明采用如下技术方案进行改善。
发明内容
本发明的目的提供一种涡流和声阻抗检测传感器及其制作方法，公开的技术方案如下：
一种涡流和声阻抗检测传感器，其特征在于检测传感器(33)包括压电晶片(334)、以及包覆于压电晶片(334)的上金属膜层(332)和下金属膜层(333)，其中，所述下金属膜层(333)设置为刻制而成的平面螺旋线状的涡流线圈(335)，通过设置于检测传感器(33)的中心通孔(331)引出电连接引线。
所述的检测传感器(33)为圆柱体结构，通孔(331)设置于检测传感器(33)的中心轴位置。另外上金属膜层(332)亦可设置为刻制而成的平面螺旋线状的漏磁线圈(336)。
本发明还公开一种涡流和声阻抗检测装置，用于金属和非金属复合材料(1)中的金属层(11)和非金属层(12)进行无损检测，包括检测仪器(2)和检测探头(3)，其特征在于所述检测探头(3)包括设置于探头外壳(31)内、通过检测探头内部中心引线(32)连接于检测仪器(2)的检测传感器(33)，其中检测传感器(33)包括压电晶片(334)、以及包覆于压电晶片(334)的上金属膜层(332)和下金属膜层(333)，所述下金属膜层(333)设置为刻制而成的平面螺旋线状的涡流线圈(335)，通过设置于检测传感器(33)的中心通孔(331)引出电连接引线。
检测传感器(33)为圆柱体结构，通孔(331)设置于检测传感器(33)的中心轴位置。另上金属膜层(332)亦可设置为刻制而成的平面螺旋线状的漏磁线圈(336)。
本发明还公开一种涡流和声阻抗检测传感器的制作方法，用于金属和非金属复合材料(1)中的金属层(11)和非金属层(12)进行无损检测，其特征在于检测传感器(33)包括压电晶片(334)、以及包覆于压电晶片(334)的上金属膜层(332)和下金属膜层(333)，其中，所述下金属膜层(333)设置为刻制而成的平面螺旋线状的涡流线圈(335)，通过设置于检测传感器(33)的中心通孔(331)引出电连接引线，具体制作方法步骤如下：
a．制作常规压电晶片：将薄片状的陶瓷晶片的上下两面镀上金属膜层，制作成常规的压电晶片；
b. 金属膜层线圈刻制：选择使用金属膜光刻或者金属膜蚀刻技术，将a步骤中的金属镀膜雕刻成平面螺旋状线圈；
c. 引线孔打磨：将b步骤中的形成的压电晶片中心打磨成一小型通孔；
d. 引线制作：下表面金属膜层雕刻的平面螺旋状线圈的中心节点引出电连接引线。
另外，本发明还公开一种涡流和声阻抗检测系统，用于金属和非金属复合材料(1)中的金属层(11)和非金属层(12)进行无损检测，包括电信号模块(51)、检测模块(52)、数据处理模块(53)，所述的电信号模块(51)包括电源模块(511)、开关切换模块(512)、正弦电信号模块(513)、脉冲电信号模块(514)、以及调频模块(515)；所述的检测模块(52)包括涡流检测模块(521)和声阻抗检测模块(522)；所述的数据处理模块(53) 包括信号转换模块(531)、数据分析模块(532)、报警显示模块(533)和数据存储模块(534)，其特征在于所述开关切换模块(512)用于时域性的分别切换连接于涡流检测模块(521)和声阻抗检测模块(522)所需要的正弦电信号模块(513)或脉冲电信号模块(514)，其中所述的调频模块(515)用于调节正弦电信号模块(513)的电信号高低频率，当正弦电信号为低频时，涡流检测模块(521)、声阻抗检测模块(522)选择性的分时进行检测，而当正弦电信号为高频时，涡流检测模块(521)和声阻抗检测模块(522)同时运行检测。
还包括漏磁检测模块(523)，在脉冲电信号时与声阻抗检测模块(522)同时运行，在正弦电信号时与涡流检测模块(521)同时运行。所述的开关切换模块(512)为模拟切换开关，智能化中心(54)控制多接口，进行切换金属镀膜及其各刻制线圈、以及各种电信号的连接与断开。
以及，一种涡流和声阻抗检测系统的连接装置(41)，包括电源(42)，用于切换涡流正弦电流发生器(43)和超声脉冲电流发生器(44)的断开和连接，提供给检测传感器(45)所需要的电信号，检测信号数据通过信号转换放大器(46)发送给数据处理分析仪器(47)。其中涡流正弦电流发生器(43)还设置有频率调节装置(431)，用于涡流正弦电流信号的高频和低频的调整切换。
据以上技术方案，本发明具有以下有益效果：一、本发明采用常规压电晶片底层上的金属渡膜的光刻或蚀刻工艺，刻制成蚊香形线圈结构，并将中间位置穿孔作引线与底层检测面的金属渡膜层线圈相连接，制作多功能集成而小型方便的检测传感器探头装置，更适用于野外检测作业或远程云监测；二、本发明具有脉冲电信号和涡流电信号的模拟开关切换装置，以及涡流电信号频率的高低频率切换，实现通过切换不同的电信号改变检测传感器的各功能开启和切换不同的工作方式；三、本发明还公开将压电晶片上下层均雕刻成金属渡膜层线圈结构，可增加漏磁检测的集成，使检测传感器更加实现小体积而大功能，使用时，按常规涡流绝对式探头接法，根据压电晶片的中心频率设计，施以正弦或脉冲激励。组成单发单收的具有涡流与声阻抗二种效应的一体化传感器。从而达到简化检测工艺，提高效率。
附图说明
图1为本发明最佳实施例的使用状态整体结构示意图;
图2为本发明最佳实施例的传感器仰视的示意图;
图3为本发明最佳实施例的仅底层雕刻成金属渡膜层线圈的传感器结构示意图;
图4为本发明最佳实施例的上下层均雕刻成金属渡膜层线圈的传感器结构示意图;
图5为本发明最佳实施例的传感器制作工艺示意图；
图6为本发明最佳实施例的系统模块示意图；
图7为本旭有最佳实施例的系统电连接概况示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图2和图3所示，一种涡流和声阻抗检测传感器，其特征在于检测传感器33包括压电晶片334、以及包覆于压电晶片334的上金属膜层332和下金属膜层333，其中，所述下金属膜层333设置为刻制而成的平面螺旋线状的涡流线圈335，通过设置于检测传感器33的中心通孔331引出电连接引线。
所述的检测传感器33为圆柱体结构，通孔331设置于检测传感器33的中心轴位置。
另外，如图4所示，另一实施方式，上金属膜层332亦可设置为刻制而成的平面螺旋线状的漏磁线圈336，将压电晶片334的上下层金属膜层均刻制成线圈结构，实现增加更多的检测功能。
如图1至图4所示，本发明还公开一种涡流和声阻抗检测装置，用于金属和非金属复合材料1中的金属层11和非金属层12进行无损检测，包括检测仪器2和检测探头3，其特征在于所述检测探头3包括设置于探头外壳31内、通过检测探头内部中心引线32连接于检测仪器2的检测传感器33，其中检测传感器33包括压电晶片334、以及包覆于压电晶片334的上金属膜层332和下金属膜层333，所述下金属膜层333设置为刻制而成的平面螺旋线状的涡流线圈335，通过设置于检测传感器33的中心通孔331引出电连接引线。
检测传感器33为圆柱体结构，通孔331设置于检测传感器33的中心轴位置。另上金属膜层332亦可设置为刻制而成的平面螺旋线状的漏磁线圈336。
本发明还公开一种涡流和声阻抗检测传感器的制作方法，用于金属和非金属复合材料1中的金属层11和非金属层12进行无损检测，其特征在于检测传感器33包括压电晶片334、以及包覆于压电晶片334的上金属膜层332和下金属膜层333，其中，所述下金属膜层333设置为刻制而成的平面螺旋线状的涡流线圈335，通过设置于检测传感器33的中心通孔331引出电连接引线，如图5所示，具体制作方法步骤如下：
a．制作常规压电晶片：将薄片状的陶瓷晶片的上下两面镀上金属膜层，制作成常规的压电晶片；
b. 金属膜层线圈刻制：选择使用金属膜光刻或者金属膜蚀刻技术，将a步骤中的金属镀膜雕刻成平面螺旋状线圈；
c. 引线孔打磨：将b步骤中的形成的压电晶片中心打磨成一小型通孔；
d. 引线制作：下表面金属膜层雕刻的平面螺旋状线圈的中心节点引出电连接引线。
另外，如图6所示，本发明还公开一种涡流和声阻抗检测系统，用于金属和非金属复合材料1中的金属层11和非金属层12进行无损检测，包括电信号模块51、检测模块52、数据处理模块53，所述的电信号模块51包括电源模块511、开关切换模块512、正弦电信号模块513、脉冲电信号模块514、以及调频模块515；所述的检测模块52包括涡流检测模块521和声阻抗检测模块522；所述的数据处理模块53包括信号转换模块531、数据分析模块532、报警显示模块533和数据存储模块534，其特征在于所述开关切换模块512用于时域性的分别切换连接于涡流检测模块521和声阻抗检测模块522所需要的正弦电信号模块513或脉冲电信号模块514，其中所述的调频模块515用于调节正弦电信号模块513的电信号高低频率，当正弦电信号为低频时，涡流检测模块521、声阻抗检测模块522选择性的分时进行检测，而当正弦电信号为高频时，涡流检测模块521和声阻抗检测模块522同时运行检测。
还包括漏磁检测模块523，在脉冲电信号时与声阻抗检测模块522同时运行，在正弦电信号时与涡流检测模块521同时运行。所述的开关切换模块512为模拟切换开关，智能化中心54控制多接口，进行切换金属镀膜及其各刻制线圈、以及各种电信号的连接与断开。
以及，一种涡流和声阻抗检测系统的连接装置41，包括电源42，用于切换涡流正弦电流发生器43和超声脉冲电流发生器44的断开和连接，提供给检测传感器45所需要的电信号，检测信号数据通过信号转换放大器46发送给数据处理分析仪器47。其中涡流正弦电流发生器43还设置有频率调节装置431，用于涡流正弦电流信号的高频和低频的调整切换。
以上为本发明的其中一种实施方式。此外，需要说明的是，凡依本专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本专利的保护范围内。

Claims (7)

1.一种涡流和声阻抗检测传感器，其特征在于检测传感器(33)包括压电晶片(334)、以及包覆于压电晶片(334)的上金属膜层(332)和下金属膜层(333)，其中，所述下金属膜层(333)设置为刻制而成的平面螺旋线状的涡流线圈(335)，通过设置于检测传感器(33)的中心通孔(331)引出电连接引线。
2.根据权利要求1所述的一种涡流和声阻抗检测传感器，其特征在于所述的检测传感器(33)为圆柱体结构，通孔(331)设置于检测传感器(33)的中心轴位置。
3.根据权利要求1或2所述的一种涡流和声阻抗检测传感器，其特征在于所述的上金属膜层(332)设置为刻制而成的平面螺旋线状的漏磁线圈(336)。
4.一种涡流和声阻抗检测装置，用于金属和非金属复合材料(1)中的金属层(11)和非金属层(12)进行无损检测，包括检测仪器(2)和检测探头(3)，其特征在于所述检测探头(3)包括设置于探头外壳(31)内、通过检测探头内部中心引线(32)连接于检测仪器(2)的检测传感器(33)，其中检测传感器(33)包括压电晶片(334)、以及包覆于压电晶片(334)的上金属膜层(332)和下金属膜层(333)，所述下金属膜层(333)设置为刻制而成的平面螺旋线状的涡流线圈(335)，通过设置于检测传感器(33)的中心通孔(331)引出电连接引线。
5.根据权利要求4所述的一种涡流和声阻抗检测装置，其特征在于所述的检测传感器(33)为圆柱体结构，通孔(331)设置于检测传感器(33)的中心轴位置。
6.根据权利要求4或5所述的一种涡流和声阻抗检测装置，其特征在于所述的上金属膜层(332)设置为刻制而成的平面螺旋线状的漏磁线圈(336)。
7.一种涡流和声阻抗检测传感器的制作方法，用于金属和非金属复合材料(1)中的金属层(11)和非金属层(12)进行无损检测，其特征在于检测传感器(33)包括压电晶片(334)、以及包覆于压电晶片(334)的上金属膜层(332)和下金属膜层(333)，其中，所述下金属膜层(333)设置为刻制而成的平面螺旋线状的涡流线圈(335)，通过设置于检测传感器(33)的中心通孔(331)引出电连接引线，具体制作方法步骤如下：
a．制作常规压电晶片：将薄片状的陶瓷晶片的上下两面镀上金属膜层，制作成常规的压电晶片；
b. 金属膜层线圈刻制：选择使用金属膜光刻或者金属膜蚀刻技术，将a步骤中的金属镀膜雕刻成平面螺旋状线圈；
c. 引线孔打磨：将b步骤中的形成的压电晶片中心打磨成一小型通孔；
d. 引线制作：下表面金属膜层雕刻的平面螺旋状线圈的中心节点引出电连接引线。
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GR01 Patent grant
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