專利名稱：一種梯形結(jié)構(gòu)的平面陣列式電磁傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于電磁渦流原理的平面型電磁傳感器。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷拓展，既是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)，還成為航空航天、國防軍事領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，在機(jī)械、建筑、冶金、電力、石油、造船、汽車、宇航、核能、鐵路等行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。其中，“渦流無損檢測技術(shù)”是建立在電磁感應(yīng) 原理基礎(chǔ)上的一種無損檢測方法，具有傳感器響應(yīng)速度快、靈敏度高、非接觸、無需耦合介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，是對裝備關(guān)鍵部件微缺陷進(jìn)行檢測的有效方法之一。但是，傳統(tǒng)的電磁傳感器普遍存在以下問題①傳感器的一致性差，檢測信號易受提離等因素的影響，定量檢測效果差；②檢測效率與檢測分辨力存在矛盾，難以實(shí)現(xiàn)快速檢測；③只能檢測已出現(xiàn)的缺陷，無法監(jiān)測材料中的應(yīng)力分布和疲勞損傷的發(fā)展過程；④對檢測對象的適應(yīng)性差,復(fù)雜結(jié)構(gòu)受檢件的誤檢率高。近年國內(nèi)外對新型電磁傳感器開展了大量研究，旨在克服傳統(tǒng)電磁傳感器檢測效率低、檢測速度慢、微缺陷定量檢測效果差、滲透深度低等問題。其中，有從業(yè)者提出一種具有空間周期結(jié)構(gòu)的平面型電磁傳感器，這是一種發(fā)展勢頭好、有廣闊應(yīng)用前景的新型傳感器。目前已設(shè)計(jì)完成的這類傳感器均是采用微工藝技術(shù)制作于柔性基底上，能夠適應(yīng)復(fù)雜工件表面，有效抑制提離干擾，可測量受檢材料的完全物理屬性(包括電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、提離、膜厚、應(yīng)力和疲勞腐蝕等)；同時(shí)，采用網(wǎng)格搜索算法，使得檢測速度大大提高，可以實(shí)現(xiàn)在線檢測及實(shí)時(shí)成像。此類平面型電磁傳感器雖可有效改善傳統(tǒng)電磁傳感器普遍存在的不足，但也存在以下不足由于采用單匝線圈作為檢測單元，且單元尺寸較小，輸出信號太微弱，不利于后端信號處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、輸出信號更強(qiáng)、可有效實(shí)現(xiàn)微弱信號檢測、對缺陷及應(yīng)力等方向敏感、檢測效率高且能夠?qū)崿F(xiàn)受檢材料完全物理屬性測量的梯形結(jié)構(gòu)的平面陣列式電磁傳感器。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種梯形結(jié)構(gòu)的平面陣列式電磁傳感器，包括柔性基底，所述柔性基底的一面上設(shè)有主線圈以及激勵電極對，所述柔性基底的另一面上設(shè)有次級線圈陣列以及輸出電極對，所述主線圈和次級線圈陣列構(gòu)成梯形周期結(jié)構(gòu)，所述次級線圈陣列由四個(gè)以上的次級檢測線圈組成，所述主線圈中每半個(gè)周期內(nèi)包含有四個(gè)大小相同且呈對稱分布的次級檢測線圈。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)
所述次級檢測線圈為螺旋結(jié)構(gòu)線圈。
本發(fā)明中位于所述次級線圈陣列的一面上還設(shè)有輔助線圈，所述輔助線圈包括多條直導(dǎo)線，所述主線圈中每個(gè)半周期內(nèi)均包括兩條直導(dǎo)線，位于主線圈中部處的兩條直導(dǎo)線位于每半個(gè)周期內(nèi)次級檢測線圈之間。所述次級檢測線圈的輸出引線之間留有間距且與主線圈保持有一定距離。所述柔性基底兩個(gè)面上均設(shè)有一層柔性絕緣覆膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明梯形結(jié)構(gòu)的平面陣列式電磁傳感器，采用柔性材料作為基底制作平面電磁傳感器，使得其對受檢材料表面、特別是復(fù)雜表面的適應(yīng)性大大提高，減小了提離影響；同時(shí)，采用梯形周期陣列結(jié)構(gòu)，使得傳感器的方向性提高，可以快速檢測出缺陷及材料應(yīng)力分布的方向；其檢測單元較小，且檢測單元呈多匝螺旋 結(jié)構(gòu)，使得傳感器在提高空間分辨率的同時(shí)，增強(qiáng)了輸出信號強(qiáng)度，從而提高微缺陷的定量檢測能力。


圖I是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明在具體實(shí)施例中柔性基底上表面的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明在具體實(shí)施例中柔性基底下表面的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明在具體實(shí)施例中傳感器單個(gè)周期的局部截面示意圖。圖5是本發(fā)明在具體實(shí)施例中傳感器單個(gè)檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖例說明
I、柔性基底；2、主線圈；3、次級線圈陣列；4、輔助線圈；5、覆膜；6、激勵電極對；7、輸出電極對；8、絕緣薄膜。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖I、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明梯形結(jié)構(gòu)的平面陣列式電磁傳感器，包括柔性基底1，柔性基底I采用聚酰亞胺制作，在柔性基底I的兩面上首先通過電鍍或?yàn)R射等方式鍍一層導(dǎo)電金屬層，例如銅、金等；柔性基底I的一面上設(shè)有主線圈2以及激勵電極對6，柔性基底I的另一面上設(shè)有次級線圈陣列3以及輸出電極對7，主線圈2和次級線圈陣列3構(gòu)成梯形周期結(jié)構(gòu)，次級線圈陣列3由四個(gè)以上的次級檢測線圈組成，主線圈2中每半個(gè)周期內(nèi)包含有四個(gè)大小相同且呈對稱分布的次級檢測線圈，輔助線圈4包括兩條以上直導(dǎo)線。上述線圈等結(jié)構(gòu)均采用光刻或其他刻蝕方法在導(dǎo)電金屬層上刻蝕出來。主線圈2的周期數(shù)在一定范圍內(nèi)可調(diào)，不局限于本實(shí)施例中的4. 5個(gè)周期，主線圈2的寬度大于次級檢測線圈的寬度，以便承受較大的激勵電流。參見圖5，本實(shí)施例中，次級檢測線圈為螺旋結(jié)構(gòu)線圈；為了實(shí)現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)，檢測線圈的兩個(gè)輸出電極對不能在同一平面上，而是在次級線圈陣列3上面鍍一層絕緣薄膜8，然后在絕緣薄膜8的上表面鍍一層導(dǎo)電金屬層，例如銅、金等，采用光刻或其他刻蝕方法在導(dǎo)電金屬層上刻蝕出次級線圈陣列3的另一級輸出，上下通過打孔連接，其目的是達(dá)到多匝檢測的效果，用以增強(qiáng)輸出信號強(qiáng)度；其結(jié)構(gòu)并不局限于矩形，匝數(shù)不局限于5匝。參見圖I和圖2，本實(shí)施例中，位于次級線圈陣列3的一面上還設(shè)有輔助線圈4，輔助線圈4包括多條直導(dǎo)線，主線圈2中每個(gè)半周期內(nèi)均包括兩條直導(dǎo)線，位于主線圈2中部處的兩條直導(dǎo)線位于每半個(gè)周期內(nèi)次級檢測線圈之間。設(shè)置輔助線圈4的目的是平衡磁場分布，消除邊緣效應(yīng)，使主線圈2中有激勵電流流過時(shí)產(chǎn)生的磁場更加均勻。本實(shí)施例中，次級檢測線圈的輸出引線之間留有較小的間距且與主線圈2保持有一定距離，其目的是減小主線圈2所產(chǎn)生的磁場對次級檢測線圈輸出引線部分的影響。參見圖4，本實(shí)施例中，在柔性基底I兩個(gè)面上均設(shè)有一層柔性絕緣覆膜5，用以保護(hù)傳感器，提高絕緣性能，增強(qiáng)防潮防污能力。柔性絕緣覆膜5可以采用以有機(jī)硅為基礎(chǔ)的 柔性材料。本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)在制作時(shí)，可采用以下步驟
柔性基底I采用聚酰亞胺制作；首先在柔性基底I上表面電鍍一層導(dǎo)電銅層，然后在導(dǎo)電層上光刻腐蝕出一組次級線圈陣列3，作為檢測單元陣列，次級線圈陣列3寬度比主線圈
2略細(xì)，每半個(gè)主線圈2周期對應(yīng)四個(gè)檢測單元3a-3d，它們構(gòu)成差分結(jié)構(gòu)，每個(gè)檢測單元呈多匝螺旋結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)輸出信號強(qiáng)度，降低信號處理難度?？梢圆捎孟率霾襟E制作本發(fā)明。第一步采用聚酰亞胺制作柔性基底I ;
第二步在柔性基底I上、下表面分別電鍍一層導(dǎo)電銅層；
第三步在柔性基底I上表面導(dǎo)電層上光刻腐蝕出如圖2及圖5所示的次級線圈陣列
3、輔助線圈4及輸出電極對7的一極；再在上表面鍍一層絕緣薄膜8，絕緣薄膜8可以采用氮化硅材料制成，在次級線圈陣列3螺旋結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)位置刻蝕出上下連接孔，然后再鍍一層導(dǎo)電銅層，最后刻蝕出輸出電極對7的另一極，每半個(gè)主線圈2周期對應(yīng)四個(gè)檢測單元3a、3b、3c、3d，它們構(gòu)成差分結(jié)構(gòu)，兩兩水平對齊，且分布于主線圈2的兩側(cè)，距離兩側(cè)有一定距離，且距離一致，次級線圈陣列3的輸出部分線圈間距減小，目的是減小并平衡輸出部分的耦合量；
第四步在柔性基底I下表面導(dǎo)電層上光刻腐蝕出如圖3所示的梯形周期結(jié)構(gòu)主線圈2及激勵電極對6 ；
第五步在柔性基底I兩個(gè)表面上鍍一層以有機(jī)硅為基礎(chǔ)的柔性絕緣覆膜5(如圖4所示)，用以保護(hù)傳感器，提高絕緣性能，增強(qiáng)防潮防污能力等。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種梯形結(jié)構(gòu)的平面陣列式電磁傳感器，其特征在于包括柔性基底(I)，所述柔性基底(I)的一面上設(shè)有主線圈(2)以及激勵電極對(6)，所述柔性基底(I)的另一面上設(shè)有次級線圈陣列(3)以及輸出電極對(7)，所述主線圈(2)和次級線圈陣列(3)構(gòu)成梯形周期結(jié)構(gòu)，所述次級線圈陣列(3)由四個(gè)以上的次級檢測線圈組成，所述主線圈(2)中每半個(gè)周期內(nèi)包含有四個(gè)大小相同且呈對稱分布的次級檢測線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的梯形結(jié)構(gòu)的平面陣列式電磁傳感器，其特征在于所述次級檢測線圈為螺旋結(jié)構(gòu)線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的梯形結(jié)構(gòu)的平面陣列式電磁傳感器，其特征在于位于所述次級線圈陣列(3)的一面上還設(shè)有輔助線圈(4)，所述輔助線圈(4)包括多條直導(dǎo)線，所述主線圈(2)中每個(gè)半周期內(nèi)均包括兩條直導(dǎo)線，位于主線圈(2)中部處的兩條直導(dǎo)線位于每半個(gè)周期內(nèi)次級檢測線圈之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的梯形結(jié)構(gòu)的平面陣列式電磁傳感器，其特征在于所述次級檢測線圈的輸出引線之間留有間距且與主線圈(2)保持有一定距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的梯形結(jié)構(gòu)的平面陣列式電磁傳感器，其特征在于所述柔性基底(I)兩個(gè)面上均設(shè)有一層柔性絕緣覆膜(5 )。
全文摘要
一種梯形結(jié)構(gòu)的平面陣列式電磁傳感器，包括柔性基底，柔性基底的一面上設(shè)有主線圈以及激勵電極對，柔性基底的另一面上設(shè)有次級線圈陣列以及輸出電極對，主線圈和次級線圈陣列構(gòu)成梯形周期結(jié)構(gòu)，次級線圈陣列由四個(gè)以上的次級檢測線圈組成，主線圈中每半個(gè)周期內(nèi)包含有四個(gè)大小相同且呈對稱分布的次級檢測線圈。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、輸出信號更強(qiáng)、可有效實(shí)現(xiàn)微弱信號檢測、對缺陷及應(yīng)力等方向敏感、檢測效率高且能夠?qū)崿F(xiàn)受檢材料完全物理屬性測量等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N27/90GK102645486SQ20121004911
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者潘孟春, 田武剛, 謝瑞芳, 陳棣湘 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)