[发明专利]一种金属裂纹检测传感器及金属裂纹特征提取方法

说明书

针对现有技术的局限性，本发明提出了一种金属裂纹检测传感器及金属裂纹特征提取方法，采用谐振单元提高裂纹检测的灵敏度，运用周期交织对谐振单元的磁场进行补偿，在传输线周围产生集中且均匀的磁场分布，从而实现对裂纹检测的位置不敏感；同时由于谐振单元是呈周期性等距分布的，微带传输线的长度和谐振单元的数量都可以根据实际应用场景进行改变，有很好的可调节特性，使得金属裂纹检测传感器与待检测金属易共形；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、对金属裂纹剖面特征检测灵敏度低，且难以与待检测金属共形的技术问题。

技术领域

本发明涉及微波射频传感技术领域，更具体地，涉及一种金属裂纹检测传感器及金属裂纹特征提取方法。

背景技术

金属材料广泛的应用在各种基础设施中，如：飞行器、铁轨、水坝以及油管等，受高温、冰雹等极端天气的影响或者经常性的工作，金属受到频繁的应力作用，会导致金属表面出现裂纹。如果不能及时监测到裂纹的存在，可能引发严重的安全事故或造成巨大的经济损失。因此，为了防止安全事故的发生，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。

目前常用的无损检测方法有射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等。射线检测的X射线设备价格昂贵，不易携带且不安全；超声检测为耦合传感器，要求被检金属表面光滑，且难以检测出细小裂纹；磁粉检测只能检测铁磁材料，探伤前后要清洁被测物，并且涂覆层太厚还会引起假显示；涡流检测只能检测导体材料，穿透浅，且测试的灵敏度会受到被测物的形状的影响，导致检测结果不准确。

相对的，谐振式电磁传感器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而被广泛使用，如公开日为2019.05.31，公开号为 CN109828020A的中国发明申请：一种金属裂纹检测系统及方法所示，其检测原理是检测不同裂纹深度或宽度时，谐振式电磁传感器的谐振频率会产生偏移，通过裂纹尺寸变化与频率偏移的关系来表征裂纹。但是，基于谐振式天线传感器的检测技术仍存在着对金属裂纹位置敏感且难以与待检测金属共形的技术问题。

发明内容

针对的现有技术的局限，本发明提出一种金属裂纹检测传感器及金属裂纹检测方法，本发明采用的技术方案是：

一种金属裂纹检测传感器，包括介质基板、微带传输线以及谐振单元；其中：

所述微带传输线设于所述介质基板的上表面，用于激励所述谐振单元、产生均匀场及行波；所述谐振单元呈周期性等距分布于所述微带传输线的侧位，与所述微带传输线相连，用于产生通频带以及TM₀₁模；所述介质基板的底部设有向待检测金属耦合能量的开放结构。

相较于现有技术，本申请的金属裂纹检测传感器提供了一种于行波式电磁传感器方案，采用谐振单元提高裂纹检测的灵敏度，运用周期交织对谐振单元的磁场进行补偿，在传输线周围产生集中且均匀的磁场分布，从而实现对裂纹检测的位置不敏感；同时由于谐振单元是呈周期性等距分布的，微带传输线的长度和谐振单元的数量都可以根据实际应用场景进行改变，有很好的可调节特性，使得金属裂纹检测传感器与待检测金属易共形；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、对金属裂纹剖面特征检测灵敏度低，且难以与待检测金属共形的技术问题。

作为一种可选方案，所述谐振单元由传输线支节和贴片组成，所述贴片通过所述传输线支节连接所述微带传输线。

作为一种可选方案，所述谐振单元可设于所述微带传输线的单侧。

作为一种优选方案，所述谐振单元还可设于所述微带传输线的两侧。

进一步的，两侧谐振单元之间可相互对齐分布。

作为一种优选方案，两侧谐振单元之间也可相互非对齐分布。

本发明还包括以下内容：

一种基于前述金属裂纹检测传感器实现的金属裂纹特征提取方法，包括以下步骤：