CN115326921B - 基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电磁无损检测领域，尤其涉及一种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置及检测方法。该种双频单锁相双模式检测装置结构简单、占用体积小、对硬件处理电路要求更低，具有对复合结构金属和/或非金属缺陷检出效果好、检测稳定性更高的特点。基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置，包括有：包括有基板以及双层平面螺旋线圈的双模式检测传感器；顶层平面螺旋线圈用作激励线圈，底层平面螺旋线圈用作检测线圈；由第一频率信号发生单元、第二频率信号发生单元以及加法运算器构成的信号发生器；正交锁相放大器以及NI采集卡，正交锁相放大器中包括有电压跟随器、同相比例放大器、反相比例放大器、第一多路复用器、第二多路复用器。

Description

基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置及检测方法
技术领域
本发明属于电磁无损检测领域，尤其涉及一种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置及检测方法。
背景技术
涡流检测技术是利用电磁感应原理而形成的一种检测方式，当产生交变磁场的激励线圈靠近工件导体材料时，导体材料中会产生出感生涡流，该涡流的强度和分布会受到工件导体材料表面裂纹或腐蚀的影响。进一步的，受工件感生涡流产生的感应磁场影响，检测线圈测量的叠加总磁场会发生相应变化，最终在检测线圈的阻抗上体现出来，具体可以通过检测线圈两端的电压变化实现监测。因此，通过检测检测线圈两端的电压变化即可实现非侵入式地评价导体的物理和工艺性能，或者检测被测金属的缺陷。
而电容成像检测技术是一种基于边缘电场效应的新型无损检测技术，它利用一对共面电容极板中间形成的准静态边缘电场，实现了对介电常数发生变化（如凹陷、分层等缺陷）导致的电容值变化的检测，因此可以实现对金属和非金属材料的表面缺陷和非金属近表面缺陷的有效检出。
值得注意的是，若能将电容检测和涡流检测二者结合，其双模式即可形成一种新型的对于金属和非金属复合材料同时具有检出效果并分辨出金属和非金属材料缺陷的无损检测方法。
然而进一步研究后可以发现，其中的传感器结构设计以及检测系统整体搭建，是电容检测和涡流检测的双模式无损检测实现与否的关键。具体而言，双模式检测方法不仅对其传感器提出了较高要求，导致了传感器结构变得复杂，还需要切换电路的配合以实现对电容、涡流信号的分别检测。以及，复合式双模式检测系统中涡流检测单元与电容检测单元之间还可能存在相互影响，这会对双模式检测系统的检测能力产生不必要的影响。除此之外，双模式检测所常用的平面单线圈探头需求高频率电压信号激励。虽然该高频率电压信号激励能够增强线圈电容耦合效应，从而同时具备涡流和电容效应；但是这又会对信号处理电路提出更高的性能要求，也加剧了信号分析（尤其是指对于金属和非金属复合材料进行同时检测时，无法很好的区分金属缺陷和非金属缺陷）的难度。
因此，亟待本领域技术人员提供一种可以有效克服上述技术缺陷的、全新的双模式检测方案。
发明内容
本发明提供了一种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置及检测方法，该种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置结构简单、占用体积小、对硬件处理电路要求更低，并且具有对金属和非金属复合材料缺陷检出效果好、检测稳定性更高的特点。利用该种检测装置的检测方法，通过改变激励信号为单独低频率激励或高低频信号叠加激励的两种激励模式，即可实现对金属和非金属复合材料中缺陷的准确识别检出并区分。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置，包括有：
双模式检测传感器；所述双模式检测传感器中包括有基板以及双层平面螺旋线圈；其中，基板上的顶层平面螺旋线圈用作激励线圈，基板上的底层平面螺旋线圈用作检测线圈，激励线圈与检测线圈构成电磁耦合关系；
与激励线圈通讯接连的信号发生器；所述信号发生器由第一频率信号发生单元、第二频率信号发生单元以及加法运算器构成；其中，第一频率信号发生单元提供的激励频率不低于2.9MHz，第二频率信号发生单元提供的激励频率不高于350kHz，加法运算器选用型号为TSH82IDT的芯片；
芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的IN1+引脚分别与第一频率信号发生单元、第二频率信号发生单元的信号输出端相连接，芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的OUT2引脚与激励线圈的信号输入端相连接；
与检测线圈顺次通讯接连的正交锁相放大器以及NI采集卡；所述正交锁相放大器中包括有电压跟随器、同相比例放大器、反相比例放大器、第一多路复用器、第二多路复用器；其中，电压跟随器选用型号为TSH82IDT的芯片；芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的IN1+引脚与检测线圈的信号输出端相连接；
同相比例放大器选用型号为TSH82IDT的芯片；芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的IN1+引脚与芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的OUT1引脚相连接；
反相比例放大器选用型号为TSH82IDT的芯片；芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的IN1-引脚与芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的OUT2引脚相连接；
第一多路复用器、第二多路复用器均选用型号为SGM48751YTS16G的芯片；其中，芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的VCC引脚接+5V工作电压；芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的GND引脚接地；芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的X4引脚与芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的OUT1引脚相连接；芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的X5引脚与芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的OUT1引脚相连接；
芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的VCC引脚接+5V工作电压；芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的GND引脚接地；芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的X4引脚与芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的OUT2引脚相连接；芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的X5引脚与芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的OUT2引脚相连接。
较为优选的，所述正交锁相放大器中还包括有参考信号处理模块；所述参考信号处理模块中包括有第一参考信号电压跟随单元、第一参考信号电压比较单元、第二参考信号电压跟随单元、第二参考信号电压比较单元构成；
其中，第一参考信号电压跟随单元、第二参考信号电压跟随单元均选用型号为TSH82IDT的芯片；第一参考信号电压比较单元、第一参考信号电压比较单元均选用型号为TLV3501AIDR的芯片；
芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的IN1+引脚与参考信号输入端相连接；
芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的V+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的V-引脚接地；芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的+IN引脚与芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的OUT2引脚相连接；芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的OUT引脚还与芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的A引脚相连接；
芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的IN1+引脚与芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的OUT1引脚相连接，且芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的IN1+引脚与芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的OUT1引脚之间的连接通路上还设置有第一电容、第二电容以及可调电阻；其中，可调电阻的固定端设置在第一电容、第二电容之间的连接通路上，可调电阻的活动端与芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的IN1-引脚相连接；
芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的V+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的V-引脚接地；芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的+IN引脚与芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的OUT2引脚相连接；芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的OUT引脚还与芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的A引脚相连接。
较为优选的，还包括有：低通滤波器；
所述低通滤波器由第一无源低通滤波模块、第二无源低通滤波模块构成；其中，第一无源低通滤波模块由第一前端隔离缓冲器、第一低通滤波电阻、第一低通滤波电容、第一后端电压跟随器构成；第二无源低通滤波模块由第二前端隔离缓冲器、第二低通滤波电阻、第二低通滤波电容、第二后端电压跟随器构成；第一前端隔离缓冲器、第一后端电压跟随器、第二前端隔离缓冲器、第二后端电压跟随器均选用型号为LM7332MAX的芯片；
第一前端隔离缓冲器的正极输入端与芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的X引脚相连接；第一低通滤波电阻、第一低通滤波电容则设置在第一前端隔离缓冲器的输出端与第一后端电压跟随器的正极输入端之间的连接通路上；
第二前端隔离缓冲器的正极输入端与芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的X引脚相连接；第二低通滤波电阻、第二低通滤波电容则设置在第二前端隔离缓冲器的输出端与第二后端电压跟随器的正极输入端之间的连接通路上；
第一后端电压跟随器、第二后端电压跟随器的输出端还分别与NI采集卡的数据采集端口相连接。
较为优选的，还包括有：远程控制主机以及X-Y-Z三轴扫描台架；
其中，远程控制主机与NI采集卡通讯接连；X-Y-Z三轴扫描台架受控于远程控制主机，用于实现对被测工件的X-Y-Z三轴运动控制。
较为优选的，双模式检测传感器中还包括有装置补偿电容、射频同轴连接线以及外壳。
另一方面，本发明还提供了一种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测方法，包括有如下步骤：
S101，根据待测复合结构的金属和/或非金属材料性质，确定检测过程所使用的第一频率信号、第二频率信号的激励频率以及电压幅值；
S102：单独以第一频率信号进行激励；
对待测复合结构进行线扫描后，得到第一频率信号激励条件下的检测结果；
S103：以第一频率信号、第二频率信号叠加后的叠加信号进行激励；
对待测复合结构进行线扫描后，得到第一频率信号、第二频率信号叠加后的叠加信号激励条件下的检测结果；
S104：对步骤S102得到第一频率信号激励条件下的检测结果、步骤S103得到第一频率信号、第二频率信号叠加后的叠加信号激励条件下的检测结果进行汇总，得到用于反映待测复合结构金属缺陷和/或非金属缺陷的检测结果曲线图。
本发明提供了一种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置及检测方法，该种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置包括有双模式检测传感器、信号发生器、正交锁相放大器以及NI采集卡等结构单元；其中，双模式检测传感器中包括有基板以及双层平面螺旋线圈；信号发生器由第一频率信号发生单元、第二频率信号发生单元以及加法运算器构成；正交锁相放大器中包括有电压跟随器、同相比例放大器、反相比例放大器、第一多路复用器、第二多路复用器。与现有的无损检测技术相比，本发明提供的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置及检测方法可将两种激励模式的结合，从而使得本装置可以清晰简单的识别出待测复合结构中的金属和/或非金属缺陷。此外，该基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置电路结构简单可靠，对硬件性能要求不高；并无需进行切换接线即可实现两种激励模式的转换以完成检测过程，检测效率更高、检测结果更加可靠。
附图说明
该附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置的结构框图；
图2为本发明提供的加法运算器的电路示意图；
图3为本发明提供的电压跟随器电路示意图；
图4为本发明提供的同相比例放大器电路示意图；
图5为本发明提供的反相比例放大器电路示意图；
图6为本发明提供的第一多路复用器、第二多路复用器电路示意图；
图7为本发明提供的参考信号处理模块第一参考信号电压跟随单元的电路示意图；
图8为本发明提供的参考信号处理模块第一参考信号电压比较单元的电路示意图；
图9为本发明提供的参考信号处理模块第二参考信号电压跟随单元的电路示意图；
图10为本发明提供的参考信号处理模块第二参考信号电压比较单元的电路示意图；
图11为本发明提供的低通滤波器第一无源低通滤波模块的电路示意图；
图12为本发明提供的双模式检测传感器的原理示意图；
图13为本发明双模式检测传感器中检测线圈的印刷电路板结构示意图；
图14为本发明提供的双模式检测传感器中激励线圈与检测线圈分布结构示意图；
图15为本发明双模式检测传感器壳体的结构示意图；
图16为本发明提供的检测线圈电路印刷板安装在壳体底部后形成的结构示意图；
图17为本发明提供的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测方法的检测流程示意图；
图18为本发明提供的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置中电路仿真无被检工件时激励线圈和检测线圈互感时测得的电压-频率图；
图19a、图19b为本发明实施例提供的待测复合结构（玻璃钢板-铝板（孔缺陷））的混合结构示意图；
图20为本发明实施例提供的待测复合结构（玻璃钢板-铝板（孔缺陷））混合结构的电压变化检测结果图；
图21a、图21b为本发明实施例提供的待测复合结构（有机玻璃板-铝板（孔缺陷））的混合结构示意图；
图22为本发明实施例提供的待测复合结构（有机玻璃板-铝板（孔缺陷））混合结构的电压变化检测结果图。
附图标记：
1、X-Y-Z三轴扫描台架；2、待测复合结构；3、加法运算器；4、第一频率信号发生单元；5、第二频率信号发生单元；6、正交锁相放大器；7、NI采集卡；8、远程控制主机；101、检测线圈的SMA接口；102、双模式检测传感器中检测线圈的寄生电容与装置补偿电容并联形成的等效电容；103、检测线圈；201、双模式检测传感器的壳体；202、壳体上开设的双模式检测传感器与激励线圈相连接的连接线孔；203、壳体上开设的双模式检测传感器与检测线圈相连接的连接线孔。
具体实施方式
本发明提供了一种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置及检测方法，该种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置结构简单、占用体积小、对硬件处理电路要求更低，并且具有对金属和非金属复合材料缺陷检出效果好、检测稳定性更高的特点。利用该种检测装置的检测方法，通过改变激励信号为单独低频率激励或高低频信号叠加激励的两种激励模式，即可实现对金属和非金属复合材料中缺陷的准确识别检出并区分。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置，如图1所示，包括有双模式检测传感器、信号发生器、正交锁相放大器以及NI采集卡等结构单元。其中，双模式检测传感器中进一步包括有基板以及双层平面螺旋线圈。基板上的顶层平面螺旋线圈用作激励线圈，基板上的底层平面螺旋线圈用作检测线圈，激励线圈与检测线圈相互配合构成电磁耦合关系。此外，较为优选的，双模式检测传感器中还包括有装置补偿电容、射频同轴连接线以及外壳。
与激励线圈通讯接连的信号发生器。该信号发生器由第一频率信号发生单元、第二频率信号发生单元以及加法运算器构成。其中，第一频率信号发生单元提供的（较高的）激励频率不低于2.9MHz，第二频率信号发生单元提供的（较低的）激励频率不高于350kHz，加法运算器选用型号为TSH82IDT的芯片。
如图2所示，该款TSH82IDT型号的加法运算器具有高增益带宽积，高压摆率等特点，其一路输入第一频率信号发生单元提供的激励频率（高频信号），另一路输入第二频率信号发生单元提供的激励频率（低频信号），运算叠加后输出为一叠加信号。需要补充说明的是，该叠加信号中既包含有低频部分，又包含有高频部分。其中，低频部分在线圈耦合作用下具备涡流效应，而高频部分则具备电容效应和涡流效应。其核心是利用高频部分的电容效应，使检测线圈的等效电容发生受控变化，从而在对检出信号中低频信号进行锁相处理时亦得到电容效应，最终为后续激励检测过程提供了不同工作模式所需要的不同类型的激励信号。
具体的，芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的IN1+引脚分别与第一频率信号发生单元、第二频率信号发生单元的信号输出端相连接，芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的OUT2引脚与激励线圈的信号输入端相连接。
与检测线圈顺次通讯接连的正交锁相放大器以及NI采集卡，正交锁相放大器中包括有电压跟随器、同相比例放大器、反相比例放大器、第一多路复用器、第二多路复用器。
其中，如图3所示，电压跟随器选用型号为TSH82IDT的芯片。具体的，芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的IN1+引脚与检测线圈的信号输出端相连接。
如图4所示，同相比例放大器选用型号为TSH82IDT的芯片，如图5所示，反相比例放大器选用型号为TSH82IDT的芯片。
具体的，芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的IN1+引脚与芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的OUT1引脚相连接。芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的IN1-引脚与芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的OUT2引脚相连接。
如图6所示，第一多路复用器、第二多路复用器均选用型号为SGM48751YTS16G的芯片。该款芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器、第二多路复用器至少具备如下优势：具体为该芯片导通电阻低，开关速度和传播速度快，支持同时输入8组信号并选通其中1组。而在本发明中，每组信号对均使用一个单独的多路复用器即可以实现两路信号的切换。
其中，芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的VCC引脚接+5V工作电压；芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的GND引脚接地；芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的X4引脚与芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的OUT1引脚相连接；芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的X5引脚与芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的OUT1引脚相连接；
芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的VCC引脚接+5V工作电压；芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的GND引脚接地；芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的X4引脚与芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的OUT2引脚相连接；芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的X5引脚与芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的OUT2引脚相连接。
此外，作为本发明的一种较为优选的实施方式，正交锁相放大器中还包括有参考信号处理模块。该参考信号处理模块中包括有第一参考信号电压跟随单元、第一参考信号电压比较单元、第二参考信号电压跟随单元、第二参考信号电压比较单元构成；其中，第一参考信号电压跟随单元、第二参考信号电压跟随单元均选用型号为TSH82IDT的芯片；第一参考信号电压比较单元、第一参考信号电压比较单元均选用型号为TLV3501AIDR的芯片。
如图7所示，图7示出了第一参考信号电压跟随单元的电路示意图。其中，芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的IN1+引脚与参考信号输入端相连接；
如图8所示，图8示出了第一参考信号电压比较单元的电路示意图。其中，芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的V+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的V-引脚接地；芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的+IN引脚与芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的OUT2引脚相连接；芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的OUT引脚还与芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的A引脚相连接。
如图9所示，芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的IN1+引脚与芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的OUT1引脚相连接，且芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的IN1+引脚与芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的OUT1引脚之间的连接通路上还设置有第一电容、第二电容以及可调电阻；其中，可调电阻的固定端设置在第一电容、第二电容之间的连接通路上，可调电阻的活动端与芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的IN1-引脚相连接。
如图10所示，图10示出了第二参考信号电压比较单元的电路示意图。其中，芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的V+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的V-引脚接地；芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的+IN引脚与芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的OUT2引脚相连接；芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的OUT引脚还与芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的A引脚相连接。
结合上述电路附图，首先对正交锁相放大器的工作原理做如下解释说明：首先，利用电压跟随器对原始信号做缓冲处理，从而为后续正交锁相放大器的信号处理过程做准备。而后，分别使用同相比例放大器、反相比例放大器用于对缓冲后输入信号分别做同相比例放大、反相比例放大，从而获得一组具有90°相位差的输入信号对。
参考信号处理模块则用于对参考（方波）信号进行处理。值得注意的是，如图9所示，第一电容、第二电容、可调电阻与芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元串接后形成一个二阶高通滤波器，其具体用于将第一参考信号移相（例如移相90°）后生成第二参考信号，即得到第一参考信号、第二参考信号的参考（方波）信号对。而后，由第一多路复用器、第二多路复用器各选择一组输入信号与参考（方波）信号，从而在每一相位差为90°的信号对中实现选择和切换功能，形成本锁相器的核心。
其中参考（方波）信号的选择由低频信号确定。此时，该正交锁相放大器只会恢复检测线圈所检测的叠加信号中低频部分，并因此检测得到检测线圈中因叠加信号中高频部分产生的电容效应而导致的电压变化。需要补充说明的一点是，低频检测之所以能检测高频部分产生的电容效应，是因为高频部分产生的电容效应会使如图12所示的变压器模型中检测线圈的等效电容C2发生变化。这也就是本发明选用高、低频信号叠加的原因之一。
此外，作为本发明的一种较为优选的实施方式，本发明提供的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置中还包括有：低通滤波器。
具体的，低通滤波器由第一无源低通滤波模块、第二无源低通滤波模块构成。其中，第一无源低通滤波模块、第二无源低通滤波模块（第二无源低通滤波模块与第一无源低通滤波模块的电路结构相类似）均为RC无源低通滤波，其分别与第一多路复用器、第二多路复用器的输出端相连接，用于对第一多路复用器、第二多路复用器输出的直流电压信号做初步信号调理（起隔离、缓冲作用）后，进一步做无源二阶低通滤波处理，并最终将处理完的电信号传输至NI采集卡的数据采集端口处。
如图11所示，第一无源低通滤波模块由第一前端隔离缓冲器、第一低通滤波电阻、第一低通滤波电容、第一后端电压跟随器构成。第二无源低通滤波模块由第二前端隔离缓冲器、第二低通滤波电阻、第二低通滤波电容、第二后端电压跟随器构成；第一前端隔离缓冲器、第一后端电压跟随器、第二前端隔离缓冲器、第二后端电压跟随器均选用型号为LM7332MAX的芯片。
第一前端隔离缓冲器的正极输入端与芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的X引脚相连接；第一低通滤波电阻、第一低通滤波电容则设置在第一前端隔离缓冲器的输出端与第一后端电压跟随器的正极输入端之间的连接通路上。
第二前端隔离缓冲器的正极输入端与芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的X引脚相连接；第二低通滤波电阻、第二低通滤波电容则设置在第二前端隔离缓冲器的输出端与第二后端电压跟随器的正极输入端之间的连接通路上。
第一后端电压跟随器、第二后端电压跟随器的输出端还分别与NI采集卡的数据采集端口相连接。
除此之外，本发明提供的一种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置中，如图1所示，还包括有：远程控制主机以及X-Y-Z三轴扫描台架；其中，远程控制主机与NI采集卡通讯接连；X-Y-Z三轴扫描台架受控于远程控制主机，用于实现对被测工件的X-Y-Z三轴运动控制。
进一步结合上述内容，对本发明提供的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置的工作过程及其工作原理做如下解释说明。
首先，由第一频率信号发生单元产生的高频交流信号、第二频率信号发生单元产生的低频交流信号经加法运算器处理后加载到双模式检测传感器的顶层平面螺旋线圈（即激励线圈）上。在此过程中，根据被测工件的类型，确定加载到激励线圈上的是单独低频信号或由高、低频信号叠加后得到的叠加信号。
而后，双模式检测传感器的底层平面螺旋线圈（即检测线圈）将耦合后得到的电压信号送入正交锁相放大器，从而转换为直流电压信号（在此过程中，正交锁相放大器提高了信号的信噪比）。正交锁相放大器处理后的直流电压信号被NI采集卡采集并存储在远程控制主机中。而远程控制主机中优选预装有（例如LabVIEW语言）控制程序，从而控制X-Y-Z三轴扫描台架运动，实现对被检工件的线扫描；并在每一个扫描点均记录下一个直流信号的测量结果，最后测量结果输入到控制程序中即可得到检测电压的检测结果图。
需要补充的是，如图12所示，图12给出了本发明双模式检测传感器的原理示意图。其中，左侧为双模式检测传感器的激励端，包含信号发生器提供的激励电压源Us；激励端电容C1代表双模式检测传感器中激励线圈寄生电容与装置补偿电容并联的等效电容；激励端电阻R1代表双模式检测传感器激励线圈内阻；L1为双模式检测传感器激励线圈电感；电容C3，C4为顶层激励线圈和底层接收线圈之间电容的等效形式。由于激励线圈和检测线圈间绝缘介质、间距和面积不变，故C3，C4为固定值，可通过阻抗分析仪测出双模式线圈传感器激励线圈和检测线圈间电容为10pF。L2为双模式检测传感器检测线圈电感；检测端电阻R2为双模式检测传感器激励线圈内阻；检测端电容C2为双模式检测传感器检测线圈寄生电容与装置补偿电容并联的等效电容。具体的，当检测线圈扫描材料遇到缺陷时电容C2将会发生改变，使得整体装置阻抗发生变化，电容C2两端的检测电压变化即可用于反映待测复合结构的缺陷信息。
图13为本发明双模式检测传感器中检测线圈的印刷电路板结构示意图。其中，双模式检测传感器检测线圈寄生电容与装置补偿电容并联形成的等效电容标记为102，检测线圈标记为103。检测线圈103通过其SMA接口101与正交锁相放大器相连接。
图14为本发明双模式检测传感器中激励线圈与检测线圈分布结构示意图，其中，激励线圈和检测线圈分别分布于（优选FR4电路基板）基板的顶层和底层。
图15为本发明双模式检测传感器壳体的结构示意图，其中，标记201为双模式检测传感器的壳体，标记202、203分别为壳体开设的双模式检测传感器（与激励线圈相连接的）与激励线圈以及检测线圈的连接线孔。其双模式检测传感器中检测线圈电路印刷板安装在壳体底部后形成的结构示意图，可参考如图16所示。
除此之外，本发明还提供了一种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测方法。具体的，如图17所示，包括有如下步骤：
S101，根据待测复合结构的金属和/或非金属材料性质，确定检测过程所使用的第一频率信号、第二频率信号的激励频率以及电压幅值。
具体的，根据待测复合结构的金属和/或非金属材料性质，结合实验和MATLAB仿真结果，从而确定检测过程所使用的第一频率信号、第二频率信号的激励频率以及电压幅值。
例如：在将信号发生器、双模式检测传感器、正交锁相放大器、加法运算器、远程控制主机和X-Y-Z三轴扫描台架等结构按照顺序安装连接好后，确定激励线圈侧、检测线圈侧并联电容C1、C2等结构参数。选择在高频信号激励频率为f1，电压幅值为U1时，双模式检测传感器的电容效应最佳；同时选择低频信号激励频率为f2，电压幅值为U2。
S102：单独以第一频率信号进行激励；
对待测复合结构进行线扫描后，得到第一频率信号激励条件下的检测结果。
具体的，单独通给信号发生器频率为f1，电压幅值为U1的低频率正弦交流信号，以实现对双模式检测传感器的激励。而后，将待测复合结构工件放到检测装置内部，控制远程控制主机预存的LabVIEW软件中的VI程序控制X-Y-Z三轴扫描台架带动双模式检测传感器运动，对该待测复合结构进行扫描检测。检测数据由NI采集卡采集，并在远程控制主机中预存的LabVIEW程序中对检测结果进行显示。此时，得到的待测复合结构的扫描结果，其主要是对待测复合结构中金属缺陷进行的检出结果。
S103：以第一频率信号、第二频率信号叠加后的叠加信号进行激励；
对待测复合结构进行线扫描后，得到第一频率信号、第二频率信号叠加后的叠加信号激励条件下的检测结果。
对第一频率信号发生单元产生的频率为f2，幅值为U2的高频信号、第二频率信号发生单元产生的频率为f1，幅值为U1的低频信号（通过加法运算器）进行叠加后，将得到的叠加信号送入双模式检测传感器进行激励。具体的，由远程控制主机控制X-Y-Z三轴扫描台架带动双模式检测传感器运动，对待测复合结构进行扫描检测。检测数据同样由NI采集卡采集，并在远程控制主机中预存的LabVIEW程序中对检测结果进行显示。此时，得到的待测复合结构的扫描结果，其可以同时检测出待测复合结构中金属缺陷以及非金属缺陷。
S104：对步骤S102得到第一频率信号激励条件下的检测结果、步骤S103得到第一频率信号、第二频率信号叠加后的叠加信号激励条件下的检测结果进行汇总，得到用于反映待测复合结构金属缺陷和/或非金属缺陷的检测结果曲线图。
最后，将前述步骤S102得到检测结果与步骤S103得到检测结果进行汇总综合绘图处理，即可得到反映待测复合结构的金属缺陷和/或非金属缺陷的检测结果曲线图。
可以发现，本发明提供的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测方法仅通过控制信号发生器是否输出高频率信号，而不用切换电路即可实现对待测复合结构金属缺陷和/或非金属缺陷的确定性检测，简单准确的识别待测复合结构中存在的缺陷。
图18为本发明提供的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置中电路仿真无被检工件时激励线圈和检测线圈互感时测得的电压-频率图。其中，检测线圈两端电压随着频率的变化而变化。根据线圈实际参数利用MATLAB对电路模型进行仿真，得到谐振频率为2.71MHz。当激励频率在谐振频率附近时，双模式检测传感器具有明显电容效应，因此最为优选的高频激励频率为2.95MHz,低频激励频率为305kHz。
图19a、图19b为本发明实施例提供的待测复合结构（玻璃钢板-铝板（孔缺陷））的混合结构示意图。具体的，上层为玻璃钢板，下层为铝板。玻璃钢板和铝板皆厚3mm，玻璃钢板上缺陷为10mm直径圆孔，铝板上缺陷为10mm直径隐藏圆孔。
图20为本发明实施例提供的待测复合结构（玻璃钢板-铝板（孔缺陷））混合结构的电压变化检测结果图。其中，电压信号图由远程控制主机上预存得LabVIEW绘制出。其中，305kHz的电压变化曲线和305kHz+2.95MHz的电压变化曲线结合可准确反应玻璃钢板-铝板（孔缺陷）混合结构中的金属缺陷和非金属缺陷。
图21a、图21b为本发明实施例提供的待测复合结构（有机玻璃板-铝板（孔缺陷））的混合结构示意图，上层为有机玻璃板，下层为铝板。有机玻璃板和铝板皆厚3mm，有机玻璃板上缺陷为10mm直径圆孔，铝板上缺陷为10mm直径隐藏圆孔。
图22为本发明实施例提供的待测复合结构（有机玻璃板-铝板（孔缺陷））混合结构的电压变化检测结果图。其中，电压信号图由远程控制主机上预存得LabVIEW绘制出。其中，305kHz的电压变化曲线和305kHz+2.95MHz的电压变化曲线结合可准确反应有机玻璃板-铝板（孔缺陷）混合结构中的金属缺陷和非金属缺陷。
具体对待测复合结构的检测过程进行如下描述说明。以待测复合结构为玻璃钢板-铝板（孔缺陷）混合结构、有机玻璃板-铝板（孔缺陷）混合结构为例进行介绍。
首先使用MATLAB对双模式检测传感器的变压器模型进行仿真，结合实验效果验证，选择激励线圈侧和检测线圈并联电容为220pF。选择高频信号激励频率为2.95MHz，电压幅值为600mV时，双模式检测传感器的电容效应最佳；同时选择低频信号激励频率为305kHz，电压幅值为800mV。
双模式检测传感器固定在X-Y-Z三轴扫描台架的夹具上随台架移动，通过远程控制主机上LabVIEW软件中的VI程序来控制X-Y-Z三轴扫描台架，对待测复合结构进行线扫描。第一频率信号发生单元、第二频率信号发生单元分别输出所需频率的高频信号和低频信号进入硬件电路中加法运算器的两个输入SMA端，从加法运算器输出端得到高低频叠加信号，双模式检测传感器通过激励线圈上SMA接口与加法运算器输出端SMA接口通过SMA接头同轴电缆相连，双模式检测线圈通过检测线圈上SMA接口与正交锁相放大器信号输入端SMA接头通过SMA接头同轴电缆相连，正交锁相放大器两个直流电压输出SMA接口与采集卡的BNC接口通过SMA接头转BNC接头同轴电缆相连，通过远程控制主机中LabVIEW中预存的的程序控制采集卡。
单独通以第二频率信号发生单元产生的305kHz，800mV低频率正弦交流信号对激励线圈进行激励。将玻璃钢板-铝板（孔缺陷）混合结构和有机玻璃板-铝板（孔缺陷）混合结构工件放到检测装置内部，控制远程控制主机中预存的LabVIEW软件中的VI程序控制X-Y-Z三轴扫描台架带动双模式检测传感器运动，对该两个工件进行扫描检测，远程控制主机中预存的LabVIEW程序中显示检测电压结果变化图，如图20和22所示中305kHz的电压变化曲线。
第一频率信号发生单元、第二频率信号发生单元分别产生频率2.95MHz，幅值600mV的高频信号和频率305kHz，幅值800mV的低频信号通过加法运算器叠加后对双模式检测传感器激励线圈进行激励。具体的，在低频率激励检测完成后，开启高频信号，从而令低频信号和高频信号叠加的信号激励双模式检测传感器，远程控制主机控制X-Y-Z三轴扫描台架，带动双模式检测传感器运动，分别对玻璃钢板-铝板（孔缺陷）混合结构和有机玻璃板-铝板（孔缺陷）混合结构进行扫描检测，远程控制主机中预存的LabVIEW程序中显示检测电压结果变化图，如图20和22所示中305kHz+2.95MHz的电压变化曲线。
如图20和图22所示，在305kHz低频激励下只能检测出玻璃钢/有机玻璃板-铝板（孔缺陷）混合结构中隐藏的左侧铝板圆孔缺陷；而在305kHz+2.95MHz叠加信号激励下，由于2.95MHz信号高于谐振频率具有较大电容效应引起双模式检测传感器的等效变压器模型中C2的变化，因而可以检测出玻璃钢/有机玻璃板-铝板（孔缺陷）混合结构中隐藏的左侧铝板圆孔缺陷和右侧表面玻璃钢/有机玻璃圆孔缺陷。图20和图22中的305kHz和305kHz+2.95MHz两条图线左侧的波峰和波谷代表着左侧铝板圆孔缺陷，305kHz+2.95MHz这条图线右侧波谷代表右侧表面玻璃钢/有机玻璃圆孔缺陷。由此可以得出结论，本发明基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置仅通过控制信号发生器是否输出高频率信号，而不用切换电路即可实现对待测复合结构金属缺陷和/或非金属缺陷的确定性检测，简单准确的识别待测复合结构中存在的缺陷。
本发明提供了一种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置及检测方法，该种基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置包括有双模式检测传感器、信号发生器、正交锁相放大器以及NI采集卡等结构单元；其中，双模式检测传感器中包括有基板以及双层平面螺旋线圈；信号发生器由第一频率信号发生单元、第二频率信号发生单元以及加法运算器构成；正交锁相放大器中包括有电压跟随器、同相比例放大器、反相比例放大器、第一多路复用器、第二多路复用器。与现有的无损检测技术相比，本发明提供的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置及检测方法可将两种激励模式的结合，从而使得本装置可以清晰简单的识别出待测复合结构中的金属和/或非金属缺陷。此外，该基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置电路结构简单可靠，对硬件性能要求不高；并无需进行切换接线即可实现两种激励模式的转换以完成检测过程，检测效率更高、检测结果更加可靠。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置，其特征在于，包括有：
双模式检测传感器；所述双模式检测传感器中包括有基板以及双层平面螺旋线圈；其中，基板上的顶层平面螺旋线圈用作激励线圈，基板上的底层平面螺旋线圈用作检测线圈，激励线圈与检测线圈构成电磁耦合关系；
与激励线圈通讯接连的信号发生器；所述信号发生器由第一频率信号发生单元、第二频率信号发生单元以及加法运算器构成；其中，第一频率信号发生单元提供的激励频率不低于2.9MHz，第二频率信号发生单元提供的激励频率不高于350kHz，加法运算器选用型号为TSH82IDT的芯片；
芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的IN1+引脚分别与第一频率信号发生单元、第二频率信号发生单元的信号输出端相连接，芯片型号为TSH82IDT的加法运算器的OUT2引脚与激励线圈的信号输入端相连接；
与检测线圈顺次通讯接连的正交锁相放大器以及NI采集卡；所述正交锁相放大器中包括有电压跟随器、同相比例放大器、反相比例放大器、第一多路复用器、第二多路复用器；其中，电压跟随器选用型号为TSH82IDT的芯片；芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的IN1+引脚与检测线圈的信号输出端相连接；
同相比例放大器选用型号为TSH82IDT的芯片；芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的IN1+引脚与芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的OUT1引脚相连接；
反相比例放大器选用型号为TSH82IDT的芯片；芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的IN1-引脚与芯片型号为TSH82IDT的电压跟随器的OUT2引脚相连接；
第一多路复用器、第二多路复用器均选用型号为SGM48751YTS16G的芯片；其中，芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的VCC引脚接+5V工作电压；芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的GND引脚接地；芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的X4引脚与芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的OUT1引脚相连接；芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的X5引脚与芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的OUT1引脚相连接；
芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的VCC引脚接+5V工作电压；芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的GND引脚接地；芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的X4引脚与芯片型号为TSH82IDT的同相比例放大器的OUT2引脚相连接；芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的X5引脚与芯片型号为TSH82IDT的反相比例放大器的OUT2引脚相连接。
2.根据权利要求1所述的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置，其特征在于，所述正交锁相放大器中还包括有参考信号处理模块；所述参考信号处理模块中包括有第一参考信号电压跟随单元、第一参考信号电压比较单元、第二参考信号电压跟随单元、第二参考信号电压比较单元构成；
其中，第一参考信号电压跟随单元、第二参考信号电压跟随单元均选用型号为TSH82IDT的芯片；第一参考信号电压比较单元、第一参考信号电压比较单元均选用型号为TLV3501AIDR的芯片；
芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的IN1+引脚与参考信号输入端相连接；
芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的V+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的V-引脚接地；芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的+IN引脚与芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的OUT2引脚相连接；芯片型号为TLV3501AIDR的第一参考信号电压比较单元的OUT引脚还与芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的A引脚相连接；
芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的VCC+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的VCC-引脚接-5V工作电压；芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的IN1+引脚与芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的OUT1引脚相连接，且芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的IN1+引脚与芯片型号为TSH82IDT的第一参考信号电压跟随单元的OUT1引脚之间的连接通路上还设置有第一电容、第二电容以及可调电阻；其中，可调电阻的固定端设置在第一电容、第二电容之间的连接通路上，可调电阻的活动端与芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的IN1-引脚相连接；
芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的V+引脚接+5V工作电压；芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的V-引脚接地；芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的+IN引脚与芯片型号为TSH82IDT的第二参考信号电压跟随单元的OUT2引脚相连接；芯片型号为TLV3501AIDR的第二参考信号电压比较单元的OUT引脚还与芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的A引脚相连接。
3.根据权利要求2所述的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置，其特征在于，还包括有：低通滤波器；
所述低通滤波器由第一无源低通滤波模块、第二无源低通滤波模块构成；其中，第一无源低通滤波模块由第一前端隔离缓冲器、第一低通滤波电阻、第一低通滤波电容、第一后端电压跟随器构成；第二无源低通滤波模块由第二前端隔离缓冲器、第二低通滤波电阻、第二低通滤波电容、第二后端电压跟随器构成；第一前端隔离缓冲器、第一后端电压跟随器、第二前端隔离缓冲器、第二后端电压跟随器均选用型号为LM7332MAX的芯片；
第一前端隔离缓冲器的正极输入端与芯片型号为SGM48751YTS16G的第一多路复用器的X引脚相连接；第一低通滤波电阻、第一低通滤波电容则设置在第一前端隔离缓冲器的输出端与第一后端电压跟随器的正极输入端之间的连接通路上；
第二前端隔离缓冲器的正极输入端与芯片型号为SGM48751YTS16G的第二多路复用器的X引脚相连接；第二低通滤波电阻、第二低通滤波电容则设置在第二前端隔离缓冲器的输出端与第二后端电压跟随器的正极输入端之间的连接通路上；
第一后端电压跟随器、第二后端电压跟随器的输出端还分别与NI采集卡的数据采集端口相连接。
4.根据权利要求1所述的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置，其特征在于，还包括有：远程控制主机以及X-Y-Z三轴扫描台架；
其中，远程控制主机与NI采集卡通讯接连；X-Y-Z三轴扫描台架受控于远程控制主机，用于实现对被测工件的X-Y-Z三轴运动控制。
5.根据权利要求1所述的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置，其特征在于，双模式检测传感器中还包括有装置补偿电容、射频同轴连接线以及外壳。
6.基于双层线圈的双频单锁相双模式检测方法，其特征在于，所述基于双层线圈的双频单锁相双模式检测方法基于权利要求1-5中任意一项所述的基于双层线圈的双频单锁相双模式检测装置，包括有如下步骤：
S101，根据待测复合结构的金属和/或非金属材料性质，确定检测过程所使用的第一频率信号、第二频率信号的激励频率以及电压幅值；
S102：单独以第一频率信号进行激励；
对待测复合结构进行线扫描后，得到第一频率信号激励条件下的检测结果；
S103：以第一频率信号、第二频率信号叠加后的叠加信号进行激励；
对待测复合结构进行线扫描后，得到第一频率信号、第二频率信号叠加后的叠加信号激励条件下的检测结果；
S104：对步骤S102得到第一频率信号激励条件下的检测结果、步骤S103得到第一频率信号、第二频率信号叠加后的叠加信号激励条件下的检测结果进行汇总，得到用于反映待测复合结构金属缺陷和/或非金属缺陷的检测结果曲线图。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB950696A (en) * 1961-02-01 1964-02-26 United Aircraft Corp A system for sensing flaws or discontinuities in metallic materials
CN103995041A (zh) * 2014-05-22 2014-08-20 中国石油大学(华东) 基于电容耦合效应的无损检测成像装置
CN106596713A (zh) * 2016-11-23 2017-04-26 电子科技大学 一种高信噪比的无损检测探头系统
CN106645435A (zh) * 2016-12-09 2017-05-10 北京工业大学 金属构件中夹杂缺陷检测方法
CN110108402A (zh) * 2019-05-20 2019-08-09 北京工业大学 一种用于金属薄板中应力分布测量的非线性Lamb波混频方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5184017A (en) * 1989-09-12 1993-02-02 Sensors, Inc. Method and apparatus for detecting a component gas in a sample
US8180585B2 (en) * 1999-08-26 2012-05-15 Tk Holdings, Inc. Magnetic crash sensor
CN2722554Y (zh) * 2004-08-23 2005-08-31 河北大学 由max038芯片构成的感应加热逆变触发器
KR101260344B1 (ko) * 2010-06-09 2013-05-06 건국대학교 산학협력단 롤투롤 다층 인쇄 패턴의 단락 검출 방법 및 장치
CN102230914B (zh) * 2011-03-31 2012-11-21 厦门安锐捷电子科技有限公司 一种基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法
CN202075222U (zh) * 2011-05-24 2011-12-14 河南汉威电子股份有限公司 甲烷泄漏检测装置
CN105181791B (zh) * 2015-09-30 2017-07-28 西安交通大学 一种基于脉冲涡流和电磁超声复合的体缺陷无损检测方法
CN206074741U (zh) * 2016-09-29 2017-04-05 南京信息职业技术学院 一种用于接地网缺陷诊断的检测电路
CN106645391A (zh) * 2016-10-10 2017-05-10 南京航空航天大学 一种用于评估碳纤维板缺陷深度的多频涡流检测系统及检测方法
CN109030618B (zh) * 2018-07-11 2024-03-08 深圳市中昌探伤器材有限公司 一种逆变电磁场智能恒磁芯片和恒磁探伤仪
CN109004931B (zh) * 2018-08-02 2019-12-10 深圳市太赫兹科技创新研究院 相位调整装置以及太赫兹信号的提取系统
CN112485326B (zh) * 2020-12-09 2024-01-26 中国石油大学(华东) 一种利用平面螺旋线圈电容效应的双模式检测系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB950696A (en) * 1961-02-01 1964-02-26 United Aircraft Corp A system for sensing flaws or discontinuities in metallic materials
CN103995041A (zh) * 2014-05-22 2014-08-20 中国石油大学(华东) 基于电容耦合效应的无损检测成像装置
CN106596713A (zh) * 2016-11-23 2017-04-26 电子科技大学 一种高信噪比的无损检测探头系统
CN106645435A (zh) * 2016-12-09 2017-05-10 北京工业大学 金属构件中夹杂缺陷检测方法
CN110108402A (zh) * 2019-05-20 2019-08-09 北京工业大学 一种用于金属薄板中应力分布测量的非线性Lamb波混频方法

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