[发明专利]一种柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头及缺陷检测方法

权利要求书

1.一种柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头，其特征在于：包括一块柔性多层印刷电路板(1)、一个螺旋形瞬变涡流匀场激励线圈(2)和一组磁场传感器阵列(3)；柔性多层印刷电路板(1)表面共有六组焊盘，表面焊盘组V+和V-用于连接螺旋形瞬变涡流匀场激励线圈供电系统，表面焊盘组V_DD和GND用以连接磁场传感器阵列供电电源，表面焊盘组OUT+和OUT-用于连接检测信号采集系统，柔性多层印刷电路板(1)背面一组背面焊盘组用于连接磁场传感器阵列(3)；螺旋形瞬变涡流匀场激励线圈(2)蚀刻于柔性多层印刷电路板(1)内部，螺旋形瞬变涡流匀场激励线圈(2)首端直接接触柔性多层印刷电路板(1)表面焊盘组V+，螺旋形瞬变涡流匀场激励线圈(2)各层之间通过导孔实现电气连接，底层线圈电路通过延长电路及导孔连接至表面焊盘组V-；磁场传感器阵列(3)位于螺旋形瞬变涡流匀场激励线圈(2)底部中心位置，磁场传感器阵列(3)中各传感器的端口通过柔性多层印刷电路板(1)的内部电路对应汇总于表面焊盘组V_DD、GND、OUT+和OUT-，方便与外部设备连接；

所述柔性多层印刷电路板(1)每层中所蚀刻螺旋形瞬变涡流匀场激励线圈电路均为开口圆环状，一端连接上一层导孔，另一端通过导孔连接至下一层线圈电路，各层线圈电路排布满足母线方程z＝0.00026r³+0.0073r²+0.011r；

所述磁场传感器阵列(3)焊接于柔性多层印刷电路板(1)背面焊盘组，磁场传感器阵列(3)由12个磁场传感器组成并按照2、4、4、2的方式排布，具有中心对称特性。

2.根据权利要求1所述的一种柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头，其特征在于：螺旋形瞬变涡流匀场激励线圈(2)在表面焊盘组V+和V-加电驱动情况下，将在柔性多层印刷电路板(1)下方产生垂直方向均匀的匀强磁场；在柔性多层印刷电路板(1)表面焊盘组V_DD和GND加电驱动情况下，磁场传感器阵列(3)将拾取各磁场传感器位置处垂直方向的磁场信号，转化为多通道电压信号并通过柔性多层印刷电路板(1)表面焊盘组OUT+和OUT-输出至检测信号采集系统。

3.权利要求1或2所述的一种柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头的金属构件缺陷检测方法，其特征在于：包括：方法(1)基于缺陷深度-信号特征标定曲线的金属构件缺陷深度定量评估，方法(2)基于金属构件扫查曲线的缺陷定位及缺陷深度定量评估，方法(3)基于金属构件扫描图像的缺陷定位及缺陷深度定量评估；

方法(1)基于缺陷深度-信号特征标定曲线的金属构件缺陷深度定量评估，具体步骤如下：

步骤1)基于厚度为d的金属构件标准试件预制n组具有不同缺陷深度的检测试件，缺陷深度Δd依次为d/n，2d/n，…，nd/n；

步骤2)将所述柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头的表面焊盘组V+和V-连接至由信号发生器和功率放大器组成的螺旋形瞬变涡流匀场激励线圈供电系统，所述表面焊盘组V_DD和GND连接至磁场传感器阵列供电电源，所述表面焊盘组OUT+和OUT-端口连接至由滤波放大器、信号采集卡和计算机组成的检测信号采集系统，形成瞬变涡流检测系统；

步骤3)将所述柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头置于预制的具有n组不同缺陷深度的检测试件上，检测信号采集系统拾取时域检测信号B₁(t)，B₂(t)，…，B_n(t)，将所述柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头置于厚度为d的标准试件上，拾取参考信号B₀(t)；

步骤4)检测信号B₁(t)，B₂(t)，…，B_n(t)减去参考信号B₀(t)得差分信号ΔB₁(t)，ΔB₂(t)，…，ΔB_n(t)，取差分信号峰值为信号特征，依次为Pv₁，Pv₂，…，Pv_n，以缺陷深度Δd为横轴，以信号特征Pv为纵轴，基于最小二乘法拟合缺陷深度d/n，2d/n，…，nd/n与信号特征Pv₁，Pv₂，…，Pv_n的对应关系，得缺陷深度-信号特征标定曲线；

步骤5)对待测试件，通过步骤2)、步骤3)、步骤4)所述检测信号采集与处理方法获取信号特征Pv，基于步骤4)所得缺陷深度-信号特征标定曲线搜寻信号特征Pv对应缺陷深度Δd，即为待测金属构件缺陷定量评估深度；

方法(2)基于金属构件扫查曲线的缺陷定位及缺陷深度定量评估，具体步骤如下：

步骤1)如方法(1)中步骤2)所示搭建瞬变涡流检测系统，将所述柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头置于待测试件上方，沿既定路径移动柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头并拾取检测信号B_x(t)序列，如方法(1)中步骤4)所示进行差分处理，提取差分信号峰值特征Pv_x序列；

步骤2)以柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头位置为横轴，以峰值特征Pv_x为纵轴，绘制金属构件扫查曲线，扫查曲线波峰对应位置即为金属构件缺陷定位结果，基于方法(1)中步骤4)所得缺陷深度-信号特征标定曲线获取扫查曲线中峰值特征Pv_x对应深度Δd，即为金属构件缺陷深度定量评估结果；

方法(3)基于金属构件扫描图像的缺陷定位及缺陷深度定量评估，具体步骤如下：

步骤1)如方法(1)中步骤2)所示搭建瞬变涡流检测系统，将所述柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头置于待测试件上方，在既定扫描区域内沿规划路径移动柔性螺旋形瞬变涡流匀场激励探头并拾取检测信号B_xy(t)序列，如方法(1)中步骤4)所示进行差分处理，提取差分信号峰值特征Pv_xy矩阵；

步骤2)将探头扫描区域映射至绘图区域，将峰值特征Pv_xy线性映射至256级灰阶作为着色依据，绘制金属构件扫描图像，扫描图像中深色区域位置即为金属构件缺陷定位结果，基于方法(1)中步骤4)所得缺陷深度-信号特征标定曲线获取扫描图像中峰值特征Pv_xy对应深度Δd，即为金属构件缺陷深度定量评估结果。