Page 42 - 无损检测2024年第七期

万 浩，等：

柔性科赫分形涡流传感器 C 扫描试验分析

精确识别了超轻型飞机层压板的内部缺陷；胡文刚 2 传感器的工作原理
等 [12] 采用超声C扫描方法，有效检测出焊缝中裂纹
涡流传感器的工作原理为电磁感应原理。对
的深度，同时也提高了检测灵敏度；WANG等 [13] 采
于每一种传感器，其第i匝信号拾取线圈中输出信
用涡流C扫描技术对试块中小缺陷周围进行扫描， 号为

并利用成像结果确定了传感器的缺陷检测能力。文
章采用C扫描方法研究柔性差测量分形涡流传感器 （1）
在100 kHz激励频率时的裂纹检测性能。 式中：E为电场强度；dl为信号拾取线圈的有向线元；
前期研究中分形涡流传感器的裂纹信号均为一 j为复数虚部单位；ω为激励频率；B为垂直于感应
维信号，仅能识别裂纹的存在性，难以对传感器检测 线圈平面的磁场分量；dS 为第i匝信号拾取线圈的
i
面元。
区域的覆盖率进行验证，故文章通过C扫描试验，对
则每一个传感器的输出信号为
比分析了设计的两种传感器对不同方向、深度、宽
度、长度裂纹的检测性能差异，进一步确定了柔性差 V =-jω i  n =1  S BS i （2）
d
测量分形涡流传感器的性能。 i
由于传感器是差动测量传感器，因此，在理想情
1 传感器的结构 况下，当传感器平行放置于无裂纹试块上方时，其输
出信号为零。当试块中的裂纹扰动涡流场时，会引
文章设计的两种传感器均采用TR模式，包括激 起二次磁场变化，传感器输出信号将不再为零，其输
励线圈和信号拾取线圈。两种传感器分别为：多匝 出信号为
柔性平面差测量科赫涡流传感器（以下简称“KM传 n
V =-jω i  =1  ∆ BS （3）
d
感器”）和多匝柔性平面差测量圆涡流传感器（以下 S i s i
简称“CM传感器”）。KM传感器的激励线圈和最 式中：∆B 为法向二次磁场的变化量。
s
外层信号拾取线圈均采用三阶科赫曲线，激励线圈 对于KM传感器和CM传感器，虽然CM的信号
拾取线圈匝数是20匝，KM传感器的信号拾取线圈
为单匝，线圈宽度为0. 2 mm，外接圆直径为10 mm。
匝数是12匝，但是两种传感器的涡流场扰动模式不
信号拾取线圈分为上下两部分，各12匝，通过反接
同，因此，两种传感器输出信号的强弱与线圈匝数不
实现差动测量效果，各引出一个端子作为信号输
完全成正比，具体结论见试验结果。
出端。信号拾取线圈的线宽与线间距为0. 05 mm。
CM传感器的信号拾取线圈的差动实现方式、线宽、 3 试验制备
布线方式和每匝间距均与KM传感器的相同，其信 试验系统与前期工作 [14] 相同。试验采用了
号拾取线圈匝数为20匝。制作在柔性电路板上的两 100 kHz激励频率，并通过调节函数发生器的幅值大
种传感器的实物如图1所示，该柔性电路板分为四 小，将试验中的电流控制在0. 5 A左右。所用的铝
层，第一层到第四层依次为焊盘、激励线圈、信号拾 制试块中的裂纹参数如表1所示。传感器对试块进
取线圈和保护层，其中激励线圈和信号拾取线圈中 行扫描，将所得信号输送至工控机，最后分析两种传

心在基底法向方向重合。 感器输出的实部和虚部信号。
表1 试块中的被测裂纹参数

裂纹序号 长度/mm 宽度/mm 深度/mm 方向/（°）
0.2~1.4
1~7 5 0.15 90
（步长0.2）
2.0，1.8，1.5，
8~14 5 1 90
1.0，0.5，0.3，0.1
0~90
15~21 3 0.15 1
（步长15）
20，15，10，
22~28 0.15 1 90
图 1 KM 传感器和 CM 传感器实物 5，3，1，0.5
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2024 年 第 46 卷 第 7 期
无损检测