[發明專利]一種新型渦流檢測探頭及檢測方法

在審

• 申請號: 202010881511.4
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111796021A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 吳德會;陳文雄;王曉紅
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01N27/90
• 分類號: G01N27/90
• 代理公司: 福州智理專利代理有限公司 35208
• 代理人: 王義星

本發明公開一種新型渦流檢測探頭及檢測方法，具體涉及一種新型渦流檢測探頭及應用該探頭對碳纖維復合材料（CFRP）進行渦流檢測的方法。本發明所提出的新型渦流探頭包括一個激勵線圈和一個接收線圈，其中接收線圈為“8”字形線圈，其輸出信號僅與渦流感應的二次電磁場有關，而與激勵線圈所激勵的一次電磁場無關，因此本發明的新型渦流檢測探頭具有對提離不敏感的優點，能夠有效克服檢測過程中機械振動和被測樣品表面粗糙度帶來的干擾，提高信噪比和檢測可靠性；采用本發明的新型渦流探頭來對碳纖維復合材料進行渦流檢測，根據所提出的新型渦流檢測方法，能實現對CFRP纖維方向的檢測，以及實現面內波紋缺陷和其他常見缺陷的有效檢測。

技術領域

本發明涉及一種渦流檢測裝置及方法，特別是涉及一種用于檢測碳纖維復合材料的新型渦流檢測探頭及檢測方法，屬于復合材料的無損檢測領域。

背景技術

碳纖維復合材料（carbon fiber reinforced plastic，簡稱“CFRP”）作為一種新型結構材料，因其獨特、卓越的性能，在航空航天和汽車制造等領域得到廣泛地應用。但是由于CFRP自身的結構特點，在制造和使用的過程中，其結構損傷不可避免。如果沒能及時發現這些隱藏的損傷和缺陷，可能會導致成本和風險的增加。因此，利用無損檢測技術對CFRP進行檢測具有重要意義。目前，常用的無損檢測方法有渦流檢測、超聲波檢測、X射線、聲發射、紅外熱成像等。

渦流檢測是一種基于電磁感應原理的無損檢測方法，與其他無損檢測方法相比，渦流檢測技術的獨特優勢在于能夠非接觸的情況下，實現CFRP纖維分布和方向的可視化。此外，它還具有無需輔助介質、操作簡便、成本低廉等諸多優點。因此，渦流檢測技術已逐漸成為CFRP無損檢測的主要方法之一。在渦流檢測系統中，渦流檢測探頭是其關鍵組成部分，對檢測系統的性能具有決定性的影響作用。

通常，渦流檢測探頭有絕對式探頭、差動式探頭和發射-接收式探頭。與絕對式探頭和差動式探頭相比，發射-接收式探頭（transmit–receive probe，簡稱“T-R探頭”）具有靈敏度高和信噪比高的優點。因此，T-R探頭被廣泛用于CFRP的無損檢測中。

中國專利 CN 104897775 B公開了一種碳纖維復合材料中頻渦流檢測系統，主要包括信號發生模塊、渦流探頭、鎖相放大模塊和信號采集模塊。其中渦流探頭由兩個空心圓餅線圈左右排列組成發射-接收線圈，即T-R探頭。該發明達到了在中頻實時檢測CFRP損傷的目的。

中國專利 CN 201510243769 公開了一種用于碳纖維復合材料損傷檢測的高頻渦流檢測系統，采用T-R探頭，在高達10 MHz的檢測頻率下，實現對CFRP常見損傷的識別，包括沖擊缺陷及分層缺陷等。

中國專利 CN 106645391 A公開了一種用于評估碳纖維板缺陷深度的多頻渦流檢測系統，該系統主要涉及多頻正弦信號發生模塊用作產生多頻信號激勵T-R探頭,通過測量不同深度缺陷的峰值感應電壓及峰值頻率來獲取缺陷尺寸。

T-R探頭由發射線圈和接收線圈組成，發射線圈通過交流電激勵產生一次電磁場，從而在被測樣品表面產生渦流，接收線圈接收由渦流產生的二次電磁場。但是，當接收線圈接收到二次電磁場時，同時也會將一次電磁場耦合為背景噪聲。因此，傳統的T-R探頭對提離和不規則的樣品表面十分敏感，這會嚴重降低信噪比，降低檢測靈敏度，導致漏檢和誤報的發生。在上述專利中，為了一定程度減少提離效應，T-R探頭均使用線圈控制機構進行控制。然而，CFRP樣品表面的粗糙度和檢測過程中的機械振動依舊會引起探頭提離波動。因此，這并不能從根本上解決提離效應的問題。

發明內容

針對以上問題，本發明的目的在于提出一種新型渦流檢測探頭及應用該探頭對CFRP進行渦流檢測的方法。所提出的新型渦流探頭對提離不敏感，能夠有效克服檢測過程中機械振動和被測樣品表面粗糙度的干擾，提高信噪比和檢測可靠性。根據所提出的方法，可以實現對CFRP纖維方向的檢測，以及面內波紋缺陷和其他常見缺陷的有效檢測。