[发明专利]涡流系统和使用该涡流系统的物体测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及无损测试和检验系统(NDT/NDI)，尤其涉及涡流阵列(ECA)技术、蚀刻在印刷电路板上的涡流探测器、以及提离距离补偿(lift-off compensation)。

背景技术

涡流检验通常用于无损地检测诸如汽车产业、航空产业或能源产业用的由导电材料所制成的棒材、管材和特殊部件等的制造组件的表面裂纹。近年来，已设计出具有不同结构和形状的涡流传感器。

典型的涡流传感器结构包括阻抗桥、发收结构(可选地称为反射结构或发送-接收结构)、以及差分结构，但也可以包括诸如具有差分接收器的发收结构和多重差分结构等的更复杂的组合。近年来，已经开发出更为多样化的探测器形状，然而如产业中所已知的，这些探测器形状仅有少部分能够成为真正成功的结构。

一种已知的被命名为正交、交叉卷绕或十字点状的第一类型涡流传感器以两个线圈互相正交卷绕的方式安装在立方体形芯或十字形芯上。这两个线圈其中之一是驱动器并且与用作接收器的另一线圈的芯轴垂直地卷绕。在该特定的正交传感器上，将驱动器线圈和接收器线圈配置为与被检验的组件垂直。该特征使得驱动器磁场与接收器的感测轴去耦合，由此降低接收器针对没有表现出裂纹的表面的噪声的灵敏度。

随着过去几十年来印刷电路板(PCB)技术的进步，现在可以在薄型柔性的支撑体上制造一些涡流传感器形状和结构。由于低成本、柔性和再现性是成功的阵列探测器设计的重要因素，因此使用这些制造技术来制造涡流阵列探测器甚至更受到关注。本受让人的待审美国专利申请12/832,620说明了如何利用印刷电路板技术来构建正交探测器。所述专利申请12/832,620的内容通过引用包含于此。

很多涡流传感器生成了表示传感器和被检部件之间的距离(提离距离)的变化的非常强的信号。这种在这里称为第二类型的传感器通常被称为具有“绝对”响应，这是因为这些传感器提供了传感器和被检组件之间的耦合的相对直接信息。另一方面，少部分结构(包括正交配置和一些差分配置)仅在提离距离增加的情况下表现出灵敏度降低。由此，这种结构对于进行不规则部件(诸如焊接部或热轧棒材等)的检验或在检验环境无法提供十分稳定的提离距离的情况下是理想的。

然而，即使对于正交和差分传感器，与相应的提离距离变化相关的电位灵敏度变化是涡流传感器的检测能力的重要限制因素。该问题对于包括多个独立的涡流通道的涡流阵列探测器甚至更为重要，这是因为维持单个传感器的恒定提离距离比维持传感器阵列的恒定提离距离要相对简单。这里所使用的各种术语的定义如下：

(i)涡流传感器是完整的线圈配置，其能够在测试部件中生成涡流并接收由这些涡流所产生的磁场；

(ii)涡流阵列(ECA)探测器是包括多个传感器的完整组件；以及

(iii)涡流阵列(ECA)通道是传感器和测试条件(频率和增益等)的特定组合，诸如利用两个测试频率所驱动的具有32个传感器的ECA探测器例如可以生成64个通道。

美国专利5,371,461公开了一种方案，其通过对同一探测器内的缺陷检测用的差分传感器和提离距离测量用的发收传感器进行组合来针对由蚀刻线圈所制成的ECA探测器进行提离距离补偿。在该专利中，所增加的发收传感器需要探测器中的额外蚀刻线圈，这增加了探测器的复杂性和大小。美国专利5,371,461的内容通过引用包含于此。

美国专利5,371,461所示的方法还需要使用精确的提离距离基准来校准提离距离测量通道。对于复杂和/或不规则形状的部件来说，可能难以获得这种基准。由于涉及到额外校准步骤和精确水平，因此该提离距离基准还增加了该解决方案的在日常使用方面的复杂性。

在现有技术中(例如美国公开20030071615或美国专利4,727,322中)所存在的其它方法包括与一组测量变量(包括提离距离)有关的预定阻抗面的使用。这些方法需要基于非常有限的探测器和部件结构设置的密集的计算和/或试验数据以获得结果。

因此，本发明的目的是提供一种方案，其用于在无需使用额外线圈的情况下，针对差分涡流探测器阵列或正交涡流探测器阵列来补偿提离距离灵敏度变化。

本发明的另一目的是提供一种方案，其用于在不需要针对固定的提离距离基准来校准探测器的情况下补偿提离距离。

本发明的另一目的是提供一种方案，其用于在不需要应用专用的或探测器专用的预生成表的情况下来补偿提离距离。

本发明的另一目的是减少探测器内的互连数量，从而允许更紧凑的探测器设计。

本发明的另一目的是使得能够同时进行提离距离补偿校准和检测通道校准。