[发明专利]平面阵列式柔性电磁传感器、制备方法及应用方法

说明书

本发明公开了一种平面阵列式柔性电磁传感器、制备方法及应用方法，传感器包括柔性基底，柔性基底的两个表面上均设有周期性激励线圈、且两个表面上的周期性激励线圈之间主体结构互相重叠、产生磁场方向一致且通过过孔导通，柔性基底的一个表面上设有间隙布置的多个差分检测线圈，多个差分检测线圈呈阵列状布置于周期性激励线圈之间；制备方法包括依次制作柔性基底、导电铜层结构、过孔及柔性绝缘覆膜；应用方法包括根据输出检测信号的峰‑峰值判断存在深层缺陷的区域。本发明的平面阵列式柔性电磁传感器具有结构简单、制作方便、灵敏度高、输出信号信噪比高、检测效率高的优点，可有效实现金属材料尤其是铁磁性材料部件深层微缺陷检测。

技术领域

本发明涉及用于无损检测的电磁传感器领域，具体涉及一种平面阵列式柔性电磁传感器、制备方法及应用方法。

背景技术

随着科学技术的发展，无损检测技术的应用范围不断拓展，既是现代工业技术的基础，还成为航空航天、国防军事领域中的关键技术，在机械、建筑、冶金、电力、石油、造船、汽车、宇航、核能、铁路等行业中被广泛应用。其中，涡流无损检测技术是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，具有传感器响应速度快、灵敏度高、非接触、无需耦合介质等优点，是对装备导电材料部件缺陷进行检测的有效方法之一。

但是，传统的电磁传感器普遍存在以下问题：①对于铁磁性材料部件的磁导率很大，受涡流肌肤效应影响只能检测几十微米深度的缺陷；②检测效率与检测分辨力存在矛盾，难以实现快速检测；③信噪比低，检测的异常信号被噪声和基底信号淹没；④对检测对象的适应性差，复杂结构受检件的误检率高。

近年国内外对新型电磁传感器开展了大量研究，旨在克服传统电磁传感器检测效率低、检测速度慢、微缺陷检测效果差等问题。其中，有从业者提出一种具有空间周期结构的平面型电磁传感器，这是一种发展势头好、有广阔应用前景的新型传感器。美国麻省理工大学的Melcher和Goldfine于二十世纪九十年代初设计了一种基于电磁涡流原理的蜿蜒绕组磁力仪（Meandering Winding Magnetometer, 简称MWM），并先后取得了多项美国国家专利（专利号：US5453689、US2003/0071615、US6784662、US6952095等），这些专利中所述技术方案的共同特点是：这种传感器采用微工艺技术制作于柔性基底上，能够适应复杂工件表面，有效抑制提离干扰，可测量受检材料的完全物理属性，包括电导率、磁导率、提离、膜厚、应力和疲劳腐蚀等，同时，采用网格搜索算法，使得检测速度大大提高，可以实现在线检测及实时成像。在国内，国防科技大学也开展了平面阵列式电磁传感器的研究，提出了一种梯形结构的平面阵列式电磁传感器（专利号：ZL201210049112.7），具有对缺陷方向敏感、检测效率高等优点；也设计了一种用于金属管道内壁缺陷检测的圆周状阵列式涡流传感器（专利号：ZL201420780893.1），能够实现金属管道内壁缺陷检测，具有缺陷检测灵敏度高、可实现成像检测等特点。

目前已有的各类平面型电磁传感器虽可有效改善传统电磁传感器普遍存在的不足，但输出信号微弱、信噪比低，尤其是难以实现铁磁材料部件深层缺陷的检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种平面阵列式柔性电磁传感器、制备方法及应用方法，本发明可有效实现金属材料尤其是铁磁性材料部件深层微缺陷检测，具有结构简单、制作方便、灵敏度高、输出信号信噪比高、检测效率高的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种平面阵列式柔性电磁传感器，包括柔性基底，所述柔性基底的两个表面上均设有周期性激励线圈、且两个表面上的周期性激励线圈之间主体结构互相重叠、产生磁场方向一致且通过柔性基底上的过孔导通，所述柔性基底的一个表面上设有间隙布置的多个差分检测线圈，且多个差分检测线圈呈阵列状布置于周期性激励线圈之间，两个周期性激励线圈分别连接到一个激励电极形成激励电极对，每一个差分检测线圈连接到一个输出电极对。