基于微带天线传感器的金属裂纹无损检测技术研究

发布时间：2020-06-11 05:37

【摘要】：针对飞行器修补片结构的裂纹检测,在本文中提出了一种用于检测金属裂纹的微带天线传感器,传感器由耐高温、耐腐蚀、强硬度的氧化铝陶瓷和金属银浆料制作而成,因此该传感器可以应用到高腐蚀、高旋转、高载荷的恶劣环境下。传感器克服了传统无损检测技术的一些弊端,可以对金属裂纹在线实时跟踪检测。传感器不仅能够对裂纹的宽度进行精确的检测还可以判断金属裂纹扩展的方向,同时还能够检测到亚毫米的裂纹。在本文中基于微带天线结构设计了两款不同测试方式的传感器,其中设计的无线无源传感器具有小型、无线、快速、自激等优点,完全与未来智能传感和新型的无损检测技术相契合。本文的研究工作可以概括为:(1)对传统的金属裂纹无损检测技术的研究和总结,本文提出了一种新型的金属裂纹无损检测技术。(2)研究了微带天线结构组成,通过对微带天线传感器的辐射机理和传输方式的分析得出了传感器谐振频率和结构尺寸的计算公式,总结概括了微带天线传感器的馈电类型,最后提出了微带天线传感器的敏感机理。(3)设计了一款微带天线有线传感器,采用高频仿真软件HFSS对传感器的结构进行了仿真优化设计,对传感器的制作材料进行了深入研究,确定选用氧化铝陶瓷和金属银浆料作为传感器的制作材料,采用厚膜技术和丝网印刷工艺制作了传感器,搭建了有线传感器测试金属裂纹的平台,对传感器检测金属裂纹的能力进行了测试。(4)阐述了无线无源传感器测试金属裂纹的原理,搭建无线测试平台,从传感器辐射贴片的三个方向对传感器检测金属裂缝的能力进行了验证。
【图文】：

传感器结构,传感器,实物

固地结合在一起，传感器的输出变化与被测结构的物理变器并不会对被测结构的性能造成影响。这些传感器不但能够测，，而且可以对金属裂纹的尺寸进行精确的表征。这些传感自激、可靠等优点，这完全与未来智能传感和无损检测相符损检测的空白。在这些内置传感器中，微波传感器是发展比中央大学电气与电子工程学院的 Taehwa Yun 提出了一种基如图 1.1 所示，传感器通过在集成波导上加载微波开口谐振这种传感器主要检测金属裂纹的深度和宽度，检测原理是金变传感器的谐振频率，通过谐振频率的变化得出裂纹的宽度感器能够检测到最小裂纹宽度是 0.2mm,裂纹宽度的检m,裂纹深度的检测灵敏度 600MH/mm。虽然传感器具有高品器没有对裂纹扩展的检测能力[79]。

示意图,传感器结构,谐振环,示意图

中北大学学位论文工大学的胡斌教授针对亚毫米波裂纹的检测设计了一个近场波导导和微波开口谐振环组成，如图 1.2 所示。当探头扫描金属表面乱了开口谐振的电流分布，而微波开口谐振环会改变波导的反射数的改变来确定金属裂纹的尺寸。传感器的一个优势就是反射系能够表征金属裂纹的尺寸，裂纹深度检测灵敏度是 30MHz/mm，灵敏度是 1.5dB/0.25mm。虽然传感器具有高灵敏度和高分辨率，测裂纹的扩展的能力[78]。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;TN822;V267

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