基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置製造方法

2023-06-17 14:32:56

基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置製造方法
【專利摘要】本發明屬於無損檢測領域，具體地，涉及一種基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置。基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置，包括檢測探頭、信號發生器、濾波器、鎖相放大器、數據採集卡和計算機系統；檢測探頭，包括環形激勵電極和無源電壓探針；環形激勵電極與信號發生器的電壓輸出埠連接，無源電壓探針與濾波器的輸入埠連接，濾波器的輸出埠與鎖相放大器的信號輸入埠連接，信號發生器的參考信號輸出埠與鎖相放大器的參考信號輸入埠連接，鎖相放大器的輸出埠、數據採集卡和計算機系統依次連接。本發明的檢測方式為非接觸式，無需耦合劑和表面處理，應用範圍廣，實施成本低；檢測結果以圖像形式直接呈現。
【專利說明】基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於無損檢測領域，具體地，涉及一種基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置，用於非導電材料表面和內部缺陷檢測及導電材料表面缺陷檢測的無損檢測。
【背景技術】
[0002]無損檢測技術在社會安全高效生產中越來越重要，但是已有的無損檢測方法不能滿足日益增長的檢測需求。現有的無損檢測方法中，漏磁檢測因具有較強的穿透能力而能同時檢測內、外缺陷，但只能應用於鐵磁材料；磁擾動法也只能用於鐵磁材料；渦流檢測、交流電磁場法交流電勢降發等技術由於趨膚效應的存在對內傷檢測失效，並且只能應用與導電材料；直流電勢降法需要直接接觸導電材料表面，自動化檢測時可行性降低且對表面有絕緣附著物的被測對象失效；超聲檢測方法存在阻抗失配問題，經常需要耦合劑，並且在檢測高散射材料時效果較差；射線檢測技術因其放射性由於環保及職業衛生等因素原則上儘可能減少使用。

【發明內容】

[0003]為克服現有無損檢測方法存在的局限性，增強無損檢測的社會服務功能，本發明提供一種基於電容耦合效應的，適用於非導電材料內部與表面缺陷的檢測及透過絕緣層對導電材料表面缺陷進行檢測的無損檢測成像裝置。
[0004]為實現上述目的，本發明採用下述方案:
[0005]基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置，包括:檢測探頭、信號發生器、濾波器、鎖相放大器、數據採集卡和計算機系統；檢測探頭，包括:環形激勵電極和無源電壓探針；環形激勵電極與信號發生器的電壓輸出埠連接，無源電壓探針與濾波器的輸入埠連接，濾波器的輸出埠與鎖相放大器的信號輸入埠連接，信號發生器的參考信號輸出埠與鎖相放大器的參考信號輸入埠連接，鎖相放大器的輸出埠、數據採集卡和計算機系統依次連接，所有連接均採用刺刀螺母接口及相應的同軸電纜。
[0006]優選地，環形激勵電極設有輸入埠，無源電壓探針設有輸出埠 ；環形激勵電極的輸入埠與信號發生器的電壓輸出埠連接，無源電壓探針的輸出埠與濾波器的輸入埠連接。
[0007]優選地，檢測探頭，包括，金屬盒，金屬盒的底面設有方形的通孔用於固定印刷電路板。
[0008]優選地，印刷電路板由環形激勵電極、絕緣基板、接地屏蔽電極組成；印刷電路板的中心鑽有直徑與電壓探針外徑匹配的孔用來固定無源電壓探針，電壓探針的尖端與環形激勵電極處於同一平面；環形激勵電極通過印刷電路板中的過孔與金屬盒上的輸入埠相連；無源電壓探針與金屬盒上的輸出埠相連。
[0009]優選地，金屬盒上裝有手柄。
[0010]相對於現有技術，本發明具有如下優勢:檢測方式為非接觸式，無需耦合劑和表面處理，只需要從一個側面接近被測對象；應用範圍廣，即可檢測非導電材料表面及內部缺陷，又可檢測鐵磁與非鐵磁導電材料表面缺陷；實施成本低；檢測結果以圖像形式直接呈現。檢測成像裝置利用電容耦合效應，採用檢測探頭中的激勵電極產生準靜電場分布，被測對象中缺陷的存在所產生的對該準靜電場分布的擾動被檢測探頭中無源電壓探針拾取，經過信號處理分析得到被測對象的缺陷信息，可以檢測被測對象表面及內部(非導電材料)或表面(導電材料)存在的缺陷；採用低壓中低頻交流電壓作為激勵，檢測探頭不接觸被測對象，適用於自動化檢測，裝置整體結構簡單，操作方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置示意圖；
[0012]圖2a為基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置中檢測探頭結構示意圖；
[0013]圖2b為基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置中檢測探頭另一結構示意圖；
[0014]圖2c為基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置中檢測探頭內部結構示意圖；
[0015]圖2d為基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置中檢測探頭內部另一結構示意圖；
[0016]圖3為基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置使用示意圖；
[0017]圖4為基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置的成像結果示意圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1、圖2a、圖2b、圖2c、圖2d所示，基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置，包括:檢測探頭1、信號發生器5、濾波器6、鎖相放大器7、數據採集卡8和計算機系統9 ；
[0019]檢測探頭1，包括:環形激勵電極11和無源電壓探針12 ;環形激勵電極11設有輸入埠，無源電壓探針12設有輸出埠 ；
[0020]環形激勵電極11的輸入埠與信號發生器5的電壓輸出埠連接，無源電壓探針12的輸出埠與濾波器6的輸入埠連接,濾波器6的輸出埠與鎖相放大器7的信號輸入埠連接，信號發生器5的參考信號輸出埠與鎖相放大器7的參考信號輸入埠連接，鎖相放大器7的輸出埠、數據採集卡8和計算機系統9依次連接，所有連接均採用刺刀螺母接口及相應的同軸電纜。
[0021]如圖2所示，檢測探頭I包括，金屬盒18，金屬盒18的底面設有方形的通孔用於固定印刷電路板，印刷電路板由環形激勵電極U、絕緣基板13、接地屏蔽電極14組成；印刷電路板的中心鑽有直徑與電壓探針12外徑匹配的孔用來固定無源電壓探針12，電壓探針12的尖端與環形激勵電極11處於同一平面；環形激勵電極11通過印刷電路板中的過孔15與金屬盒18上的輸入埠 16相連；無源電壓探針12與金屬盒18上的輸出埠 17相連；為便於夾持檢測探頭，金屬盒18上裝有手柄19。
[0022]基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置利用檢測探頭中加載有交流電壓信號的激勵電極在其下方及被測對象表面(非導電材料)或內部(非導電材料)產生特定分布的準靜電場，該準靜電場的分布由激勵電極形狀及尺寸、提離高度和被測對象性質三個因素決定，若被測對象表面(導電材料)及內部(非導電材料)存在缺陷，當檢測探頭位於缺陷周圍時，源自激勵電極的準靜電場的分布受到缺陷的擾動，擾動後的準靜電場被檢測探頭中的無源電壓探針拾取，最終反映在形成的圖像上，從而實現對缺陷的無損檢測成像。
[0023]在檢測過程中，由環形激勵電極11產生的準靜電場分布，經由電容效用與無源電壓探針12耦合，若被測對象中存在缺陷，該靜電場分布由於缺陷的影響產生擾動，該擾動可被無源電壓探針12拾取，從而實現缺陷的檢測。
[0024]工作時，檢測探頭放置於被測對象4附近，檢測探頭中的環形激勵電極11受到來自信號發生器5的交流電壓(20V峰峰值，IOOkHz頻率)信號激勵，在檢測探頭下方產生準靜電場分布3，若被測對象4中存在缺陷，準靜電場分布3收到擾動，由無源電壓探針12拾取到的反映準靜電場分布特徵的信號被輸出到濾波器6濾波後,作為一路信號輸入到鎖相放大器7中，來自信號發生器5的與交流電壓激勵信號同頻率的參考信號作為第二路信號輸入到鎖相放大器7中，鎖相放大器7的輸出即為由無源電壓探針12拾取的反映準靜電場分布3特徵的信號的幅值和與參考信號相對相位，該輸出信號經過數據採集卡8，輸入到計算機系統9中；在計算機系統中，鎖相放大器7的輸出(無源電壓探針12拾取的反映準靜電場分布3特徵的信號的幅值和與參考信號相對相位)被作為成像參數，作為最終形成圖像在探頭所在位置的亮度信息，亮度信息有異常則表示被測對象有缺陷，否則無缺陷；通過對將檢測探頭非接觸式布置於被測對象待測區域表面上空進行等提離高度下的勻速掃描，獲取待測區域所有位置上的亮度信息，最終形成反映被測對象中缺陷信息的幅值圖像和相對相位圖像，從而得到被測對象的缺陷信息。
[0025]基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置使用方法如圖3所示，圖3中所示被測對象有兩塊，反映了本項目基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置的兩個典型應用。一個被測對象為覆蓋有5mm厚泡沫材料10的鋁板20，鋁板20上有人工加工的邊長為20mm的不同深度的平底方孔用來模擬缺陷，方孔中有空氣2。第二個被測對象為覆蓋有5mm厚泡沫材料10的有機玻璃板21，有機玻璃板21上有人工加工的邊長為20mm的不同深度的平底方孔用來模擬缺陷，方孔中有空氣2。檢測時，兩塊被測對象帶人工加工方孔的一面面向檢測探頭，探頭透過泡沫材料10對鋁板20和有機玻璃板21表面的方孔進行成像檢測。
[0026]檢測時，探頭I與被測對象保持2mm的提離距離，檢測探頭激勵電極收到來自信號發生器5提供的交流電壓信號(20V峰峰值，IOOkHz頻率)激勵在空氣間隔、5mm厚的泡沫材料10及鋁板20表面(有機玻璃板21的表面和內部)產生準靜電場分布，該分布受到人工加工的方形平底孔的擾動被檢測探頭I中的無源電壓探針12拾取，經過濾波器6濾波後，作為一路信號輸入到鎖相放大器7中，來自信號發生器5的與電壓激勵信號同頻率的參考信號作為第二路信號輸入到鎖相放大器7中，經過鎖相放大器7處理，反映準靜電場分布特徵的信號的幅值和相對相位，經過數據採集卡8，輸入到計算機系統9中，並用圖像的方式顯示，得到被測對象的缺陷信息。
[0027]圖4所示圖像是在圖3所示的裝置使用狀態下，利用本發明提供的裝置透過5mm厚泡沫材料和2mm提離高度檢測厚度20mm厚招板上深度分別為2mm、4mm、6mm和8mm的有人工加工的邊長為20_的平底方孔的成像結果22，和利用本發明提供的裝置透過5_厚泡沫材料和2mm提離高度檢測厚度20mm厚有機玻璃板上深度分別為2mm、4mm、6mm和8mm的有人工加工的邊長為20mm的平底方孔的成像結果23。檢測過程中，探頭I在被測對象上方掃描了 60mm(寬)X200mm(長)的區域，所成圖像在人工加工方孔的位置顯示了與其他位置不同的亮度，從而檢測處不同材料中的缺陷。
【權利要求】
1.一種基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置，包括:檢測探頭、信號發生器、濾波器、鎖相放大器、數據採集卡和計算機系統；其特徵在於:檢測探頭，包括:環形激勵電極和無源電壓探針；環形激勵電極與信號發生器的電壓輸出埠連接，無源電壓探針與濾波器的輸入埠連接，濾波器的輸出埠與鎖相放大器的信號輸入埠連接，信號發生器的參考信號輸出埠與鎖相放大器的參考信號輸入埠連接，鎖相放大器的輸出埠、數據米集卡和計算機系統依次連接。
2.根據權利要求1所述的基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置，其特徵在於:環形激勵電極設有輸入埠，無源電壓探針設有輸出埠 ；環形激勵電極的輸入埠與信號發生器的電壓輸出埠連接，無源電壓探針的輸出埠與濾波器的輸入埠連接。
3.根據權利要求1-2所述的基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置，其特徵在於:檢測探頭，包括金屬盒，金屬盒的底面設有方形的通孔用於固定印刷電路板。
4.根據權利要求1-3所述的基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置，其特徵在於:印刷電路板由環形激勵電極、絕緣基板、接地屏蔽電極組成；印刷電路板的中心鑽有直徑與電壓探針外徑匹配的孔用來固定無源電壓探針，電壓探針的尖端與環形激勵電極處於同一平面；環形激勵電極通過印刷電路板中的過孔與金屬盒上的輸入埠相連；無源電壓探針與金屬盒上的輸出埠相連。
5.根據權利要求1-4所述的基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置，其特徵在於:金屬盒上裝有手柄。
6.根據權利要求1-5所述的基於電容耦合效應的無損檢測成像裝置，其特徵在於:所有連接均採用刺刀螺母接口及相應的同軸電纜。
【文檔編號】G01N27/61GK103995041SQ201410219729
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】殷曉康, 陳國明, 李偉, 閆安, 許志倩 申請人:中國石油大學(華東)