[发明专利]2D涡流线圈及其制造方法和涡流检验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无损测试和检验系统(NDT/NDI)，尤其涉及使用可以装配在印刷电路板(PCB)上的2D线圈结构来仿真3D线圈所产生的涡流(eddy current，EC)场的方法。

背景技术

EC检验通常用于NDT/NDI应用，以检测由诸如钢材和管材等的导电材料制成的制造组件表面的裂纹。EC通常用于检验汽车行业、航空工业和能源工业用的组件。这些年来，已经设计出具有不同的结构和图案以适用于不同的应用的EC传感器。

迄今为止，已经提供了各种EC系统以检测被测零件的裂缝和/或其它裂纹。通常，这些系统包括诸如与AC源连接以产生零件中的EC的线圈等的场产生部件以及用于感测EC所产生的场的感测部件。该感测部件可以是单独的线圈、霍尔(Hall)探测器或任意其它的场响应装置，或者也可以使用该场产生部件的线圈以通过测量EC感应场的有效阻抗来感测该EC感应场。

在这些现有系统中，由于被测零件的电导率(conductivity)和磁导率(permeability)的变化，并且还由于测试线圈或探测器和该零件表面之间的间距的变化以及表面状况的变化，因而碰到了困难。已经可以利用诸如使用阻抗网络以及调整工作频率等的特定配置来降低间距变化的影响。然而，这些配置未能克服对于电导率和磁导率变化的灵敏度的问题。为了降低电导率和磁导率变化的影响，已经使用了差动连接的线圈。然而，这些配置对于差动连接的线圈所共有的缺陷并不敏感。

这些年来，背景技术的总体目标包括以下：克服EC测试系统的上述缺点，并且提供对缺陷非常敏感而对被测零件的其它物理特性的变化和测试探测器相对于该零件的物理关系的变化不敏感的系统。专利号为3,495,166的美国专利通过引用而被包含作为以下所述的背景技术的例子。

根据背景技术的重要特征，提供了包括场感测部件的EC系统，其中该场感测部件利用检测部件来感测在两个区域中由EC所产生的场，其中，这两个区域相对于零件表面具有大致相同的空间关系且这两个区域之间的角度大，以及该检测部件用于检测在这两个区域中产生的场之间的差异。应当注意，场感测部件的感测区域与场产生部件发出的磁场区域正交。因此，在不存在将干扰场产生部件所施加的EC流的方向的缺陷的情况下，由于该EC流而引起的磁场将也与场感测部件正交，由此感测不到该磁场。利用该配置，获得了针对相对于感测区域具有不同方位的裂纹的高度灵敏度，而对于a)电导率、b)磁导率、c)不规则的表面抛光的变化以及d)零件间距的变化不敏感。该不敏感性源于以下事实：属性a、b、c和d主要影响EC流的大小和由此产生的磁场，而不影响方向。

发现了以下情况：在测试零件时所关注的几乎所有缺陷都具有在一个方向上比在另一方向上大的尺寸，并且在感测区域之间设置有大的角度，因此获得了对重要缺陷类型的高度灵敏度。同时，这些感测区域可以彼此非常靠近，由此对于间距或表面状况的变化具有极低的灵敏度，同时对于电导率和磁导率变化也具有非常低的灵敏度。

根据背景技术的另一重要特征，以使感测区域的中点相交的方式使这些感测区域交叉，以使得零件的所检验的面积最小，并且使得这些感测区域相对于所检验的零件总是具有相同的物理关系。

根据背景技术的具体特征，为了获得针对缺陷的最大灵敏度，感测区域之间的角度约为90度。

根据背景技术的另一具体特征，为了获得高分辨率并且便于检测和定位零件内的狭窄裂缝，感测区域相对狭长，并且感测区域的横向尺寸等于其纵向尺寸的一小部分。

根据背景技术的又一特征，使用位于相对于零件表面通常呈横向配置的平面内的一对线圈。

在根据背景技术的特定配置中，一对线圈通过连接至AC源而被用作场产生部件的组成部分。相同线圈可以用作感测部件的组成部分，或者，在另一线圈或另一对线圈用于场产生部件的情况下仅用于感测部件。在一个配置中，场产生部件包括轴通常与感测部件所使用的一对线圈的平面的交点处的线平行的线圈。

根据背景技术的重要特征，这些线圈具有匹配的感抗和阻抗，以获得精确的均衡性并且使针对电导率和磁导率变化的灵敏度以及针对线圈和测试零件之间的间距的变化的灵敏度最小。