[发明专利]基于CSRR电磁结构进行金属表面焊接裂纹的无损检测方法

说明书

基于CSRR电磁结构进行金属表面焊接裂纹的无损检测方法，该无损检测法主要利用CSRR电磁结构对金属表面焊接裂纹的敏感性，实现对金属表面焊接裂纹的无损检测；矢量网络分析仪给CSRR电磁结构提供一个宽频的矢量信号，该信号经由微带线耦合到CSRR电磁结构；CSRR电磁结构和正上方带有焊接裂纹的焊接件相互耦合，当CSRR电磁结构检测到焊缝中存在裂缝时，CSRR电磁结构的谐振频率会发生明显偏移。在整个检测过程中，由于CSRR电磁结构和待测焊件没有接触，因此不会对待测焊件引入新的缺陷，从而达到无损检测的目的。

技术领域

本发明属于金属表面焊接裂纹检测技术领域，具体涉及一种基于CSRR电磁结构进行金属表面焊接裂纹的无损检测方法。

背景技术

随着工业技术的快速发展，金属材料的应用越来越广泛，对各种金属材料的质量把控也更加严格。

焊接是制造加工的常用方法，但是该方法由于加工原理决定了其在处理过程中容易发生变性、开裂的情况，有些缺陷具有很强的隐蔽性，人们并不能在质量检查中发现。对于金属和非金属材料，微波会有不同的特点，在金属材料检测中，微波不会穿透材料，反而会在金属表面形成反射，而检测人员需要做的是对这些反射信号进行收集，因为这些信号中包含金属表面缺陷的相关信息，比如位置信息、范围以及分布信息等。为了在焊接过程中及时发现缺陷并及时处理，需要利用有效的检测技术来及时筛查焊接缺陷。

互补开口谐振环(Complementary Split Ring Resonator,CSRR)是一种特殊的左手材料。在某一频段范围内，左手材料会表现出负的介电常数以及负的磁导率现象。目前，基于左手材料的传感器日益受到人们的关注，这类传感器具有原位测量，物理体积小，灵敏度高等优点。这种传感器也可与其他微波器件集成，有利于实现微波器件的小型化。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明基于互补开口谐振环(CSRR)电磁结构的谐振频率对金属表面焊缝的高度敏感性，提供一种基于CSRR电磁结构进行金属表面焊接裂纹的无损检测方法，解决无损检测过程中传统检测设备体积大、成本高，操作复杂的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:

基于CSRR电磁结构进行金属表面焊接裂纹的无损检测方法，该无损检测法主要利用CSRR电磁结构对金属表面焊接裂纹的敏感性，实现对金属表面焊接裂纹的无损检测；包括如下步骤：

步骤1：根据金属表面焊接裂纹检测精度要求，选择双面覆铜的微波PCB板材，依据选定板材的介电参数，在三维电磁仿真软件HFSS中进行CSRR电磁结构设计；

在CSRR电磁结构设计过程中，首先，利用三维电磁仿真软件HFSS依据选定PCB板材的介电参数和板材厚度，在PCB板材的上表面设计特征阻抗为50欧姆的微带线；接着，在PCB板材的表面的中心位置，利用三维电磁仿真软件HFSS设计出满足检测指标要求的CSRR电磁结构，该CSRR电磁结构为两个嵌套的开口谐振环结构；PCB板材两端位于微带线的两侧为SMA连接头；

步骤2：将带有裂纹的金属平板代替焊接件，放置在设计好的CSRR电磁结构的正上方；首先，设置金属平板中不存在裂纹，表示焊接件焊接效果良好，通过仿真得出CSRR电磁结构的谐振频率f₁；接着，调整金属平板裂纹的宽度为1mm，在三维电磁仿真软件上观察CSRR电磁结构谐振峰的位置，如果其谐振频率f₂小于f₁，并且频偏明显，表明CSRR电磁结构的设计达到要求，能够检测到焊缝中的裂缝；

步骤3：根据步骤2设计的CSRR电磁结构，生成版图，联系相关电路制作厂商，进行CSRR电磁结构电路板的制作；