[发明专利]一种谐振结构、金属无损检测传感器、检测系统及方法

说明书

本发明涉及微波传感技术领域，尤其是一种谐振结构、金属无损检测传感器、检测系统及方法。其中，金属无损检测传感器包括参考地，所述参考地包括谐振结构；介质基底，所述介质基底设置于所述参考地上；微带线，所述微带线设置于所述介质基底上，且所述微带线沿所述介质基底的轴向方向延伸。本发明在利用金属无损检测系统进行金属表面缺陷检测时，金属表面任意形式的缺陷均会增大整体等效电感，金属无损检测传感器谐振频率减小。对金属表面任意方向、长度、宽度以及深度裂纹均不会造成漏检，且检测灵敏度比较大，可检测亚毫米级别的裂纹。

技术领域

本发明涉及微波传感技术领域，尤其是一种谐振结构、金属无损检测传感器、检测系统及方法。

背景技术

金属材料制成的各种结构在建筑、交通等领域的实际应用过程中，会由于刮擦、疲劳载荷和外界侵蚀等因素的影响，产生刮痕、裂纹和锈蚀等缺陷。在最初产生的疲劳裂纹一般非常微小，很难被直观及时的发现。随着使用时间的增长，疲劳裂纹会不断增大，进而对工程结构的安全性产生极大的威胁，因此对材料进行周期性的检测和对金属缺陷产生初期及时发现是十分必要的。

传统材料无损检测的方法，如超声检测、涡流检测、漏磁检测等方法无法对刚开始产生的毫米级裂纹进行及时预警。近些年，各种基于射频谐振结构的传感器已被提出用于检测金属表面的损伤。如亚波长的开口谐振环SRR、互补开口谐振环CSRR及其衍生出的其它结构常作为超材料的基本单元，但是由于这些谐振结构的电磁场局域特性比较好，因此可以被用于微波无损检测传感方面。

金属表面的疲劳裂纹，会影响传感器的近场分布。电磁场分布的变化直观表现为传感器谐振频率的变化，可以用来表征金属表面裂纹，这是使用谐振型近场传感器检测金属裂纹的机理。与其他用于裂纹检测的微波技术相比，CSRR传感器具有工作频率低、灵敏度高可以检测亚毫米级金属裂纹、制造成本相对较低、可用来检测覆有介质涂层的金属损伤等优点。且由于其小尺寸的特点，其有利于更精确地确定裂纹位置。

传统CSRR结构构成的金属无损检测传感器在某些方向灵敏度极低，甚至出现对金属表面裂纹的漏检现象。而且经研究发现，使用传统CSRR结构构成的传感器在检测金属表面裂纹时，对于浅裂纹，宽度占主要影响因素，等效电容减小，会使传感器谐振频率向高频偏移；对于窄裂纹，深度占主要影响因素，等效电感增大，会使传感器谐振频率向低频偏移；若为不浅且不窄裂纹，宽度、深度影响均不可忽略，频率向高频偏移和低频偏移会产生抵消，出现频偏不明显现象，导致漏检。在实际裂纹检测过程中，所有存在的裂纹缺陷都应该被检测到，否则造成漏检，这对微波无损检测是不可接受的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种谐振结构、金属无损检测传感器、检测系统及方法，旨在克服现有技术当中的不足。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种谐振结构，包括：金属环，所述金属环上设有开口；第一金属枝节和第二金属枝节，所述第一金属枝节和所述第二金属枝节分别设置在所述金属环上，且位于所述开口的两端；部分所述第一金属枝节和所述第二金属枝节位于所述金属环内部。本发明所提出的谐振结构将传统CSRR结构中心的金属圆盘设计成两个金属枝节，通过增加谐振结构的路径来增加CSRR的等效电感，降低其谐振频率，在一定程度上实现小型化。

可选地，所述第一金属枝节还包括位于所述金属环外部的其余部分。本发明通过将第一金属枝节的其余部分沿远离金属环的方向上延伸，可以进一步提高谐振结构的路径。

可选地，所述金属环包括金属圆环或者金属椭圆环。本发明所提出的谐振结构可以根据实际的检测情况对所述金属环的形状进行选择和调整，可以适用于多种检测场景。