[发明专利]一种用于金属裂纹的检测装置和方法

说明书

本申请公开了一种用于金属裂纹的检测装置和方法，其中装置包括：矩形波导、网络分析仪和计算机终端；矩形波导的两端分别通过同轴电缆与网络分析仪连接；网络分析仪外接至计算机终端；矩形波导的底壁为开放状态，矩形波导放置于具有裂纹的待测金属上，且矩形波导的行波传输方向与裂纹相互垂直；矩形波导用于：产生行波；网络分析仪用于：采集矩形波导的S21参数；计算机终端用于：根据S21参数计算得到矩形波导的陷波频率，并根据陷波频率表征待测金属的裂纹特征，从而解决了现有天线传感器检测技术对金属裂纹位置敏感、对金属裂纹检测准确率低，且难以与待测金属共形的技术问题。

技术领域

本申请涉及传感技术领域，尤其涉及一种用于金属裂纹的检测装置和方法。

背景技术

管道、桥梁、水坝以及铁轨等基础设施的金属表面经常出现裂纹乃至断裂，这些裂纹或断裂可追溯为暴风雨等极端天气的影响，或者是受频繁的应力作用而导致裂纹扩展。因此，为了避免安全事故的发生，对这些基础设施的日常维护和在线结构健康监测是非常必要的。传统的无损检测技术由于机器笨重、检测成本高、检测效率低和自动化程度低等原因，不适合用于长期监测。

基于谐振式电磁传感器(如天线、开口波导)及其传感系统的结构健康监测具有尺寸小、重量轻、制造及检测成本低等优点。在实际应用中，大多数的谐振式电磁传感器采用频率偏移等特征检测及表征裂纹。受模式及场分布影响，谐振式电磁传感器裂纹表征不仅受裂纹深度宽度等剖面参数影响，而且受裂纹与传感器相对位置影响，因此存在可靠性低和覆盖区域小等问题。

因此，利用矩形波导产生具有均匀场幅度的行波用于金属裂纹检测将是一种能够实现全局的灵敏、可靠在线监测的新型检测方法。

发明内容

本申请实施例提供了一种用于金属裂纹的检测装置和方法，用于解决现有天线传感器检测技术对金属裂纹位置敏感、对金属裂纹特征检测准确率低，且难以与待测金属共形的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种用于金属裂纹的检测装置，所述装置包括：

矩形波导、网络分析仪和计算机终端；

所述矩形波导的两端分别通过同轴电缆与所述网络分析仪连接，所述网络分析仪外接至所述计算机终端；

所述矩形波导的底壁为开放状态，所述矩形波导放置于具有裂纹的待测金属上，且所述矩形波导的行波传输方向与所述裂纹的相互垂直；

所述矩形波导用于：产生行波；

所述网络分析仪用于：采集所述矩形波导的S21参数；

所述计算机终端用于：根据所述S21参数计算得到所述矩形波导的陷波频率，并根据所述陷波频率表征所述待测金属的裂纹特征。

可选地，所述矩形波导的内部填充为陶瓷介质。

可选地，所述陶瓷介质的介电常数为15～30。

可选地，所述陶瓷介质的损耗角的正切为0.001～0.003。

可选地，所述矩形波导工作在TE₁₀模式。

本申请第二方面提供一种用于金属裂纹的检测方法，所述方法包括：矩形波导产生行波；

网络分析仪采集所述行波的S21参数；

计算机终端根据所述S21参数计算得到所述矩形波导的陷波频率；

所述计算机终端根据所述陷波频率表征所述待测金属的裂纹特征。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：