[发明专利]涡流探测器

说明书

技术领域

本发明涉及使用涡流测试(ECT)的无损对象测试和检验系统(NDT/NDI)，尤其涉及蚀刻在印刷电路板(PCB)上的涡流(EC)探测器，屏蔽该涡流探测器以将所生成的场集中至测试位置。

背景技术

在NDT/NDI应用中，通常使用ECT检验来检测由导电材料制成的诸如钢棒、钢筒和钢管等的制造组件的表面上的缺陷。通常使用ECT来检验用于汽车、航空和能源工业的组件。近年来，已经设计出适于不同应用的具有不同结构和模式的ECT传感器。

迄今为止提供了用于检测被测零件中的裂纹和/或其它缺陷的各种ECT系统。一般地，这种系统包括诸如连接到交流(AC)源以在零件中生成涡流的线圈的场产生部件和用于感测由涡流产生的场的感测部件。感测部件可以是单独的线圈、霍尔探测器或任意其它场响应装置，或者作为场产生部件的线圈也可以用于通过测量其有效阻抗来感测EC感应场。

进行ECT检验的一个挑战是如何在材料内的感兴趣区域中获得足够的涡流场强度。另一挑战是如何使得场远离测试组件的非相关特征。由非相关特征引起的阻抗变化可使信号的解译复杂化。有时利用探测器屏蔽和装载来限制传播从而集中线圈的磁场。当然，如果磁场集中在线圈附近，则涡流也将集中在该区域。

最普遍的，使用磁屏蔽或涡流屏蔽来屏蔽涡流探测器。被磁屏蔽的探测器的线圈由铁氧体环或具有高磁导率和低电导率的其它材料的环所包围。铁氧体产生了低磁阻的区域，并且探测器的磁场集中在该区域中，而不超出该屏蔽传播。这使得磁场集中在线圈周围的紧密区域中。

涡流屏蔽使用高导电性但非磁性的材料(通常为铜)的环来包围线圈。线圈的磁场中径直穿过屏蔽的部分将在屏蔽材料中生成涡流，而在屏蔽区域以外的非相关特征中不生成涡流。用于驱动探测器的电流的频率越高，屏蔽将由于屏蔽材料的集肤效应(skin effect)而越有效。

尽管上述屏蔽方法对于传统的涡流线圈来说是合适的解决方案，但上述屏蔽方法不适用于构建在印刷电路板上的线圈。在这种情况下，磁屏蔽件与制造过程不兼容。对于导电屏蔽件，其有效性将与测试频率有很大关系，因为印刷电路板上的铜层一般非常薄(针对具有精细蚀刻的线路的柔性印刷电路板，一般大约为18微米厚)。考虑到涡流的穿透深度，这种薄的屏蔽件将使探测器的使用限制为诸如10MHz以上的非常高的频率。

传统的屏蔽件的另一限制是不能在同一物理位置上叠置屏蔽线圈，由此限制了可用的线圈结构。即使将传统的屏蔽件制作得非常薄，也不可能成功地堆叠屏蔽件，因为第一线圈的屏蔽件将与叠置的第二屏蔽线圈相互作用而使得这些线圈不能正常工作。

传统的屏蔽件的又一限制是，在诸如远场(RFT)或磁通泄露(MFL)测试方法所需的直流(DC)或非常低的频率下不能正常工作。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种用于限制由蚀刻在印刷电路板上的涡流线圈生成的磁场的传播的方法。

本发明的另一目标是提供在宽的频率范围上的屏蔽性能。

本发明的又一目标是完全集成在PCB本身中从而不影响探测器的成本和灵活性的解决方案。

本发明的又一目标是适用于诸如完全式发送-接收结构的多涡流线圈结构的解决方案。

本发明的又一目标是适于在应用解决方案的线圈的外部和/或内部提供屏蔽的解决方案。

本发明的又一目标是使得可以在同一物理位置上叠置若干层屏蔽线圈的解决方案。

在EC探测器的PCB实施中实现本发明的上述和其它目标，即在不使用铁磁材料或厚导电材料层的情况下抑制涡流测试(ECT)线圈在线圈半径内部和/或外部的相互作用。本发明使得可以屏蔽蚀刻在印刷电路板上的线圈并在宽的频率范围上操作所述线圈。

根据本发明的一个优选实施例，通过为形成在PCB上的EC探测器的测试线圈设置另外的有源屏蔽线圈来实现这些目标。将有源屏蔽线圈所生成的场强量值(field magnitude)设置为使得由测试线圈所生成的场在位于期望测试线圈感测区域之外的场无效线上被无效。通过注入与测试线圈电流频率相同但相位相反的电流来实现场无效。这可以通过使单个线圈具有初始绕组和另一绕组来实现，其中，初始绕组用于形成测试线圈，另一绕组与剩余的绕组串联连接但卷绕方向相反，从而相反方向的线圈产生了无效场。