[发明专利]一种基于微带谐振器的金属裂纹检测装置及方法

说明书

本申请提供了一种基于微带谐振器的金属裂纹检测装置及方法，装置从下至上依次包括：印刷地平面、介质基板以及微带线；其中，微带线呈多个梯阶状分布，微带线的一侧设置有开口谐振环；每一阶梯对应的水平面处对应设置一个开口谐振环；每一阶梯的水平段长度不同，并且与开口谐振环的检测频率相对应；开口谐振环包括内环以及外环，内环以及外环均采用正方形结构，内环的开口方向与外环的开口方向相反；不同开口谐振环对应的谐振频率不同。本申请提供的装置及方法，具有较大的检测范围，以及较高的检测精度。

技术领域

本申请涉及金属裂纹技术领域，特别涉及一种基于微带谐振器的金属裂纹检测装置及方法。

背景技术

无损检测是结构健康监测中的重要环节，是在不损害被测物体的前提下，对被测物体采取的一种检测技术。检测原理是当被测物体中有缺陷存在时，物体中的缺陷会引起声、电等物理参数的变化，通过分析物理参数的变化来确定被测物体的缺陷的位置和损伤程度，从而判断被测物体的性能状态，预测工件剩余的寿命，以此能够对工件的安全状态做出详细的评估。目前较为成熟的金属裂纹无损检测技术有涡流无损检测、超声无损检测、红外成像、漏磁无损检测等技术。随着微波技术的发展，基于微带谐振的金属裂纹检测技术也逐渐成为无损检测的重要研究方向之一。基于微带谐振的金属裂纹检测传感器具有微带结构厚度薄、结构简单等特点，同时其也能根据实际需要的检测精度选择合适的工作频段，通常工作频率越高，传感器的裂纹检测灵敏度也越高。由于目前PCB工艺已经非常成熟，高频率微带谐振传感器的工程实现也变得非常容易。

基于谐振频率偏移的金属裂纹检测技术是将被测金属平面作为谐振单元的一个组成部分，当金属上出现裂纹时，其表面的电流路径将被裂纹改变，从而影响谐振单元的谐振频率，通过对整个“金属—传感器”结构的谐振频率检测，即可实现对金属表面是否出现裂纹的实时检测。

目前，基于微带结构的金属裂纹的检测传感器包括同轴馈电的有线贴片形式，如矩形微带天线结构的传感器，以及基于RCS检测的无线贴片形式。这些传统单个单元形式的金属裂纹检测传感器若需要较高的检测精度，就需要工作在较高的谐振频率，但同时较高的频率会导致谐振单元尺寸变小，导致检测覆盖面积变小，从而使得基于微带谐振的金属裂纹检测传感器存在检测精度和覆盖面积不可兼得的问题。

发明内容

本申请提供了一种基于微带谐振器的金属裂纹检测装置及方法，可用于解决现有技术中检测精度和覆盖面积不可兼得的问题的技术问题。

第一方面，本申请提供一种基于微带谐振器的金属裂纹检测装置，所述装置从下至上依次包括：

印刷地平面、介质基板以及微带线；

其中，所述微带线呈多个梯阶状分布，每一阶梯对应的水平面处对应设置一个开口谐振环；所有开口谐振环设置于所述微带线的同一侧；每一阶梯的水平段长度不同，并且与开口谐振环的检测频率相对应；

所述开口谐振环包括内环以及外环，所述内环以及所述外环均采用正方形结构，内环的开口方向与外环的开口方向相反；不同开口谐振环对应的谐振频率不同。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述开口谐振环等效为LC谐振电路；开口谐振环的环周长决定等效电感值；开口谐振环的开口间隙决定等效电容值；开口谐振环对应的谐振频率通过以下方法确定：

式中，f为所述谐振频率；L为所述等效电感值；C为所述等效电容值。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述微带线的末端处于开路状态。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述微带线每一阶梯的水平长度通过以下方法确定：