[发明专利]一种新型涡流检测探头及检测方法

说明书

本发明公开一种新型涡流检测探头及检测方法，具体涉及一种新型涡流检测探头及应用该探头对碳纤维复合材料（CFRP）进行涡流检测的方法。本发明所提出的新型涡流探头包括一个激励线圈和一个接收线圈，其中接收线圈为“8”字形线圈，其输出信号仅与涡流感应的二次电磁场有关，而与激励线圈所激励的一次电磁场无关，因此本发明的新型涡流检测探头具有对提离不敏感的优点，能够有效克服检测过程中机械振动和被测样品表面粗糙度带来的干扰，提高信噪比和检测可靠性；采用本发明的新型涡流探头来对碳纤维复合材料进行涡流检测，根据所提出的新型涡流检测方法，能实现对CFRP纤维方向的检测，以及实现面内波纹缺陷和其他常见缺陷的有效检测。

技术领域

本发明涉及一种涡流检测装置及方法，特别是涉及一种用于检测碳纤维复合材料的新型涡流检测探头及检测方法，属于复合材料的无损检测领域。

背景技术

碳纤维复合材料（carbon fiber reinforced plastic，简称“CFRP”）作为一种新型结构材料，因其独特、卓越的性能，在航空航天和汽车制造等领域得到广泛地应用。但是由于CFRP自身的结构特点，在制造和使用的过程中，其结构损伤不可避免。如果没能及时发现这些隐藏的损伤和缺陷，可能会导致成本和风险的增加。因此，利用无损检测技术对CFRP进行检测具有重要意义。目前，常用的无损检测方法有涡流检测、超声波检测、X射线、声发射、红外热成像等。

涡流检测是一种基于电磁感应原理的无损检测方法，与其他无损检测方法相比，涡流检测技术的独特优势在于能够非接触的情况下，实现CFRP纤维分布和方向的可视化。此外，它还具有无需辅助介质、操作简便、成本低廉等诸多优点。因此，涡流检测技术已逐渐成为CFRP无损检测的主要方法之一。在涡流检测系统中，涡流检测探头是其关键组成部分，对检测系统的性能具有决定性的影响作用。

通常，涡流检测探头有绝对式探头、差动式探头和发射-接收式探头。与绝对式探头和差动式探头相比，发射-接收式探头（transmit–receive probe，简称“T-R探头”）具有灵敏度高和信噪比高的优点。因此，T-R探头被广泛用于CFRP的无损检测中。

中国专利 CN 104897775 B公开了一种碳纤维复合材料中频涡流检测系统，主要包括信号发生模块、涡流探头、锁相放大模块和信号采集模块。其中涡流探头由两个空心圆饼线圈左右排列组成发射-接收线圈，即T-R探头。该发明达到了在中频实时检测CFRP损伤的目的。

中国专利 CN 201510243769 公开了一种用于碳纤维复合材料损伤检测的高频涡流检测系统，采用T-R探头，在高达10 MHz的检测频率下，实现对CFRP常见损伤的识别，包括冲击缺陷及分层缺陷等。

中国专利 CN 106645391 A公开了一种用于评估碳纤维板缺陷深度的多频涡流检测系统，该系统主要涉及多频正弦信号发生模块用作产生多频信号激励T-R探头,通过测量不同深度缺陷的峰值感应电压及峰值频率来获取缺陷尺寸。

T-R探头由发射线圈和接收线圈组成，发射线圈通过交流电激励产生一次电磁场，从而在被测样品表面产生涡流，接收线圈接收由涡流产生的二次电磁场。但是，当接收线圈接收到二次电磁场时，同时也会将一次电磁场耦合为背景噪声。因此，传统的T-R探头对提离和不规则的样品表面十分敏感，这会严重降低信噪比，降低检测灵敏度，导致漏检和误报的发生。在上述专利中，为了一定程度减少提离效应，T-R探头均使用线圈控制机构进行控制。然而，CFRP样品表面的粗糙度和检测过程中的机械振动依旧会引起探头提离波动。因此，这并不能从根本上解决提离效应的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提出一种新型涡流检测探头及应用该探头对CFRP进行涡流检测的方法。所提出的新型涡流探头对提离不敏感，能够有效克服检测过程中机械振动和被测样品表面粗糙度的干扰，提高信噪比和检测可靠性。根据所提出的方法，可以实现对CFRP纤维方向的检测，以及面内波纹缺陷和其他常见缺陷的有效检测。