CN212748802U - 一种金属裂纹检测装置及其介质谐振器阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属裂纹检测装置及其介质谐振器阵列，金属裂纹检测装置包括：介质谐振器阵列、收发天线与数据处理模块；所述介质谐振器阵列包括沿三维坐标系的x轴方向进行交错排列的若干个介质谐振器，所述介质谐振器阵列对应设置于金属样板的裂纹处；所述收发天线设于相对所述介质谐振器阵列的预设范围内，用于向所述介质谐振器阵列发送激励波，并接收所述介质谐振器阵列相应的反射信号；所述数据处理模块与所述收发天线通信连接，用于根据所述收发天线接收的反射信号检测对应的反射参数，从而确定所述介质谐振器阵列的谐振频率，进而确定所述金属样板的裂纹深度。通过上述技术方案可以提高对裂纹检测的敏感度与准确度。

Description

一种金属裂纹检测装置及其介质谐振器阵列

技术领域

本实用新型涉及金属结构检测技术领域，尤其涉及金属裂纹检测及相关的介质谐振器阵列。

背景技术

在现代生活的多个重要领域中，金属应用广泛。为了检测金属产生的裂纹，需要对关键部位进行裂纹监测。通常使用的方法有：脉冲、红外等传统办法进行检测，但是传统检测技术的弊端是成本高、检测程序繁琐，而基于天线传感技术的检测成本低，检测程序简单。而提高检测灵敏度能提供裂纹更敏感的监测，但是，会使得谐振频率对裂纹与检测器偏差距离的变化也十分敏感，同时，裂纹深度的变化也会影响准确性，造成较大的误差。

实用新型内容

本实用新型实施例公开了一种金属裂纹检测装置及其介质谐振器阵列，用于解决现有的检测技术成本高、易产生误差的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种金属裂纹检测装置，包括：介质谐振器阵列、收发天线与数据处理模块；

所述介质谐振器阵列包括沿三维坐标系的x轴方向进行交错排列的若干个介质谐振器，所述介质谐振器阵列对应设置于金属样板的裂纹处；

所述收发天线设于相对所述介质谐振器阵列的预设范围内，用于向所述介质谐振器阵列发送激励波，并接收所述介质谐振器阵列相应的反射信号；

所述数据处理模块与所述收发天线通信连接，用于根据所述收发天线接收的反射信号检测对应的反射参数，从而确定所述介质谐振器阵列的谐振频率，进而确定所述金属样板的裂纹深度。

优选地，所述介质谐振器为半球型结构。

优选地，所述介质谐振器的半径为r，相邻所述介质谐振器间隔距离均为r/2，相邻所述介质谐振器球心对应的所述三维坐标系的Y轴向量坐标差为±n×(r/2)(n＝1或2)。

优选地，所述收发天线采用喇叭天线。

优选地，所述收发天线位于所述介质谐振器阵列上方。

优选地，所述数据处理模块包括网分仪与PC终端，所述网分仪与所述PC终端通信连接；

所述网分仪用于检测所述收发天线接收的反射信号中的反射参数；

所述PC终端用于根据所述反射参数确定所述介质谐振器阵列的谐振频率，进而确定所述金属样板的裂纹深度。

优选地，所述介质谐振器阵列中的介质谐振器采用介电常数为85-95的陶瓷材料。

优选地，所述所述介质谐振器的损耗角正切为0.002-0.005。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种介质谐振器阵列，用于对应设置于金属样板的裂纹处，包括若干个介质谐振器，所述介质谐振器沿三维坐标系的x轴方向进行交错排列，所述介质谐振器为半球型结构，所述介质谐振器的半径为r，相邻所述介质谐振器间隔距离均为r/2，相邻所述介质谐振器球心对应的所述三维坐标系的Y轴向量坐标差为±n×(r/2)(n＝1或2)。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例提供了一种金属裂纹检测装置，包括：介质谐振器阵列、收发天线与数据处理模块；所述介质谐振器阵列包括沿三维坐标系的x轴方向进行交错排列的若干个介质谐振器，所述介质谐振器阵列对应设置于金属样板的裂纹处；所述收发天线设于相对所述介质谐振器阵列的预设范围内，用于向所述介质谐振器阵列发送激励波，并接收所述介质谐振器阵列相应的反射信号；所述数据处理模块与所述收发天线通信连接，用于根据所述收发天线接收的反射信号检测对应的反射参数，从而确定所述介质谐振器阵列的谐振频率，进而确定所述金属样板的裂纹深度。本实施例通过设置交错排列的介质谐振器阵列对应设置于裂缝处，可以使得对应同一裂纹的多个介质谐振器产生的磁场可以交错叠加，弥补电流较弱的位置，从而让电流分布交错均匀，以使得即使裂纹位置偏移也会准确地检测，从而减少误差，同时，也提高了对裂纹检测的敏感度。

本实用新型实施例提供的一种介质谐振器阵列通过将介质谐振器设置为半球型结构，可以将磁场集中在金属样板表面，使得可以增强金属样板表面的电流，从而可以提高对金属样板裂纹检测的灵敏度，同时，其根据设定交错排列的具体位置，可以提高电流分布交错均匀，以使得即使裂纹位置偏移也会准确地检测，从而减少误差，同时，也提高了对裂纹检测的敏感度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。

图1为本申请实施例提供的一种基于介质谐振器阵列的金属裂纹检测方法的立体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种基于介质谐振器阵列的金属裂纹检测方法的侧视结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种基于介质谐振器阵列的金属裂纹检测方法的无裂纹情况下的介质谐振器阵列的谐振频率仿真图；

图4为本申请一种基于介质谐振器阵列的金属裂纹检测方法的裂纹深度为1mm情况下的介质谐振器阵列的谐振频率仿真图；

图5为本申请一种基于介质谐振器阵列的金属裂纹检测方法的裂纹深度为2mm情况下的介质谐振器阵列的谐振频率仿真图；

图6为本申请一种基于介质谐振器阵列的金属裂纹检测方法的裂纹深度为3mm情况下的介质谐振器阵列的谐振频率仿真图。

具体实施方式

实施例一

本实施例一公开了一种金属裂纹检测装置，包括：介质谐振器阵列、收发天线与数据处理模块；

介质谐振器阵列包括沿三维坐标系的x轴方向进行交错排列的若干个介质谐振器，介质谐振器阵列对应设置于金属样板的裂纹处；

收发天线设于相对介质谐振器阵列的预设范围内，用于向介质谐振器阵列发送激励波，并接收介质谐振器阵列相应的反射信号；

数据处理模块与收发天线通信连接，用于根据收发天线接收的反射信号检测对应的反射参数，从而确定介质谐振器阵列的谐振频率，进而确定金属样板的裂纹深度。

进一步地，介质谐振器为半球型结构。

需要说明的是，半球型结构的介质谐振器由于结构特性，可以将磁场集中在金属样板表面，使得可以增强金属样板表面的电流，从而可以提高对金属样板裂纹检测的灵敏度。

进一步地，介质谐振器的半径为r，相邻介质谐振器间隔距离均为r/2，相邻介质谐振器球心对应的三维坐标系的Y轴向量坐标差为±n×(r/2)(n＝1或2)。

进一步地，收发天线采用喇叭天线。

进一步地，收发天线位于介质谐振器阵列上方。

进一步地，数据处理模块包括网分仪与PC终端，网分仪与PC终端通信连接；

网分仪用于检测收发天线接收的反射信号中的反射参数；

PC终端用于根据反射参数确定介质谐振器阵列的谐振频率，进而确定金属样板的裂纹深度。

进一步地，介质谐振器阵列中的介质谐振器采用介电常数为85-95的陶瓷材料，使得可以保持较高的增益。

进一步地，介质谐振器的损耗角正切为0.002-0.005，减少带宽，提高检测敏感度。

需要说明的是，本实施例的工作过程为：

S1：建立介质谐振器阵列；

S2：将介质谐振器阵列对应放置于第一金属样板的裂纹处，第一金属样板的已知裂纹深度为0，获取第一金属样板对应的介质谐振器阵列的谐振频率f1；

S3：更换已知裂纹深度d(d>0)的第二金属样板，获取第二金属样板裂纹对应的谐振频率f2，基于第一金属样板对应的介质谐振器阵列的谐振频率f1，进而确定第二金属样板裂纹对应的介质谐振器阵列谐振频率的最大偏移量Δf12，根据第二金属样板裂纹对应的谐振频率的最大偏移量Δf12与第二金属样板的已知裂纹深度d的关系，确定介质谐振器阵列的敏感度；

需要说明的是，谐振频率的最大偏移量＝谐振频率-初始谐振频率，而在步骤S2中是通过无裂纹的金属样板来获取对应的介质谐振器阵列的谐振频率f1，因此，谐振频率f1为初始谐振频率；

同时，谐振器的最大敏感度(单位：MHz/mm)＝最深裂纹的谐振频率偏移量/对应裂纹深度。

S4：更换待检测金属样板，获取对应的介质谐振器阵列的谐振频率f3，基于第一金属样板对应的介质谐振器阵列的谐振频率f1，进而确定待检测金属样板对应的介质谐振器阵列谐振频率的最大偏移量Δf13，根据待检测金属样板对应的介质谐振器阵列谐振频率的最大偏移量Δf13与介质谐振器阵列的敏感度的关系，确定待检测金属样板的裂纹深度。

通过本实施例可以减少裂纹位置对介质谐振器检测的误差影响，使得裂纹检测更加精确，为了方便理解，参考图1与图2，在金属样板的裂纹处相对放置介质谐振器阵列，其中，介质谐振器阵列2包括七个介质谐振器20、21、22、23、24、25、26，介质谐振器20、21、22、23、24、25、26为半球型结构，介质谐振器20、21、22、23、24、25、26半径为10mm，相邻介质谐振器间隔5mm，介质谐振器21相比于介质谐振器20的球心之间的Y轴向量坐标差为-5，介质谐振器22相比于介质谐振器21的球心之间的Y轴向量坐标差为+10，介质谐振器24相比于介质谐振器23的球心之间的Y轴向量坐标差为+5，介质谐振器25相比于介质谐振器24的球心之间的Y轴向量坐标差为-10，介质谐振器26与介质谐振器25的的球心之间的Y轴向量坐标差为+5。

(1)将介质谐振器阵列2放置于无裂纹的金属样板1处；

(2)通过收发天线向介质谐振器阵列发射激励波，并接收反射信号；

(3)通过网分仪根据检测反射信号中的反射参数，从而通过PC终端确定对应的谐振频率，可以得到如图3所示的在无裂纹情况下的介质谐振器阵列的谐振频率仿真图；

(4)将介质谐振器阵列放置于裂纹深度d＝1mm的金属样板1的裂纹11处，分别检测介质谐振器阵列中心位置的介质谐振器23与对应的裂纹11处之间的相对距离ddx＝0、3、6mm情况下，分别执行步骤(2)-(3)，可以得到如图4所示的介质谐振器阵列的谐振频率仿真图；

(5)将介质谐振器阵列放置于裂纹11深度d＝2mm的金属样板1的裂纹11处，分别检测介质谐振器阵列中心位置的介质谐振器23与对应的裂纹11处之间的相对距离ddx＝0、3、6mm情况下，可以得到如图5所示的介质谐振器阵列的谐振频率仿真图；

(6)将介质谐振器阵列放置于裂纹深度d＝3mm的金属样板1的裂纹11处，分别检测介质谐振器阵列中心位置的介质谐振器23与对应的裂纹11处之间的相对距离ddx＝0、3、6mm情况下，可以得到如图6所示的介质谐振器阵列的谐振频率仿真图。

需要说明的是，不同的裂纹深度所产生的谐振频率偏移量也不同，由图3、图4、图5与图6中得出，本实施例中的介质谐振器阵列可以在相同裂纹深度下，所检测的谐振频率不会因为介质谐振器与裂纹距离的变化而导致偏移过大，如图6所示，深度为3mm情况下，介质谐振器与裂纹之间相对距离ddx分别在3、6mm时，与相对距离ddx＝0时的频率波形最低点相比，两者的谐振频率均未超过0.01GHz，同时，图6相对于图3、图4、或图5，可以看出在深度不同情况，其频率波形是不同的，这表明该介质谐振器阵列可以减少裂纹位置对介质谐振器检测的误差影响，使得裂纹检测更加精确。

实施例二

本实施例二还提供了一种介质谐振器阵列，用于对应设置于金属样板的裂纹处，包括若干个介质谐振器，介质谐振器沿三维坐标系的x轴方向进行交错排列，介质谐振器为半球型结构，介质谐振器的半径为r，相邻介质谐振器间隔距离均为r/2，相邻介质谐振器球心对应的三维坐标系的Y轴坐标向量差为±n×(r/2)(n＝1或2)。

以上对本实用新型所提供的一种金属裂纹检测装置及其介质谐振器阵列进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种金属裂纹检测装置，其特征在于，包括：介质谐振器阵列、收发天线与数据处理模块；

所述介质谐振器阵列包括沿三维坐标系的x轴方向进行交错排列的若干个介质谐振器，所述介质谐振器阵列对应设置于金属样板的裂纹处；

所述收发天线设于相对所述介质谐振器阵列的预设范围内，用于向所述介质谐振器阵列发送激励波，并接收所述介质谐振器阵列相应的反射信号；

所述数据处理模块与所述收发天线通信连接，用于根据所述收发天线接收的反射信号检测对应的反射参数，从而确定所述介质谐振器阵列的谐振频率，进而确定所述金属样板的裂纹深度。

2.根据权利要求1所述的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述介质谐振器为半球型结构。

3.根据权利要求2所述的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述介质谐振器的半径为r，相邻所述介质谐振器间隔距离均为r/2，相邻所述介质谐振器球心对应的所述三维坐标系的Y轴向量坐标差为±n×(r/2)(n＝1或2)。

4.根据权利要求1所述的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述收发天线采用喇叭天线。

5.根据权利要求1或4所述的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述收发天线位于所述介质谐振器阵列上方。

6.根据权利要求1所述的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述数据处理模块包括网分仪与PC终端，所述网分仪与所述PC终端通信连接；

所述网分仪用于检测所述收发天线接收的反射信号中的反射参数；

所述PC终端用于根据所述反射参数确定所述介质谐振器阵列的谐振频率，进而确定所述金属样板的裂纹深度。

7.根据权利要求1所述的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述介质谐振器阵列中的介质谐振器采用介电常数为85-95的陶瓷材料。

8.根据权利要求1或6所述的金属裂纹检测装置，其特征在于，所述介质谐振器的损耗角正切为0.002-0.005。

9.一种介质谐振器阵列，用于对应设置于金属样板的裂纹处，其特征在于，包括若干个介质谐振器，所述介质谐振器沿三维坐标系的x轴方向进行交错排列，所述介质谐振器为半球型结构，所述介质谐振器的半径为r，相邻所述介质谐振器间隔距离均为r/2，相邻所述介质谐振器球心对应的所述三维坐标系的Y轴向量坐标差为±n×(r/2)(n＝1或2)。

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