本發(fā)明屬于弱導(dǎo)電材料無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及具有一定導(dǎo)電性能且具有較小弧度的復(fù)合材料板的一種基于電學(xué)測量的四點式自適應(yīng)調(diào)節(jié)無損檢測探頭。

背景技術(shù)：

新型碳纖維復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于飛機、輪船等大型設(shè)備。由于材料在制造及其使用過程中可能出現(xiàn)不同類型損傷及缺陷，及時有效地對材料實現(xiàn)早期診斷，對其損傷容限進行合理評估，是保證使用安全的重要途徑。目前，廣泛采用的無損檢測方法有熱成像法、超聲檢測、電渦流檢測、掃描聲學(xué)顯微鏡、X射線檢測等。

電學(xué)檢測與上述檢測方法相比，具有無毒、無輻射、結(jié)構(gòu)簡單、便攜、適應(yīng)性強、檢測范圍廣等優(yōu)點。當(dāng)碳纖維復(fù)合材料存在裂紋、脫膠、分層、內(nèi)部擠壓變形、液體滲入等缺陷時，其導(dǎo)電率或等效的相對介電常數(shù)也將發(fā)生變化。不同于金屬材料，復(fù)合材料的電導(dǎo)率很小，難以采用常規(guī)的電渦流檢測方法。

電學(xué)檢測方法利用探針(或電極)測量被測復(fù)合材料區(qū)域因結(jié)構(gòu)損傷引起的電導(dǎo)率和/或介電常數(shù)的變化。測量用的探針(或電極)一般有雙電極、四電極和陣列電極等形式，這些方法均有其不足之處。

某些導(dǎo)電材料電學(xué)測試儀采用雙探針結(jié)構(gòu)，僅適用于固定形狀材料檢測，測量精度較低，且大多用于實驗室測量。

較精密的電導(dǎo)率測試儀常采用四電極結(jié)構(gòu)。將電極位置精確定位，并通過導(dǎo)電銀漿與被測材料連接在一起，保證良好貼合，測量結(jié)果準確可靠。該方法多用于實驗室測量，不能很好地適用于實際生產(chǎn)環(huán)境。

陣列式多電極傳感器也已問世，可是其電極數(shù)目過多，一般多大于九個電極。在測量非平面材料時，部分電極不能與被測材料良好貼合，會有空隙形成。該空隙可以等效為電容，這將導(dǎo)致傳感器與被測材料之間接觸阻抗的增加(例如，若圓形電極半徑為2.5mm，傳感器與材料之間若有1mm的間隙則可等效為一個0.017pF的電容)。若所有電極均設(shè)計為活動電極，則構(gòu)造復(fù)雜且增大了探頭的體積。

為了使電極與被測材料良好貼合，可將陣列多電極傳感器中的所有電極都用導(dǎo)電銀漿固定。雖然可以避免兩者之間的空隙形成，使得測量的數(shù)據(jù)更加精確，但是由于電極與被測材料固定在一起，會影響被測材料的后續(xù)使用。所以一般用于實驗研究用，難以用于實際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于電學(xué)測量的四點式自適應(yīng)調(diào)節(jié)無損檢測探頭，既可滿足方便靈活的使用要求，又能保證在被測材料表面為平面、微凹面或微凸面時，所有電極和被測材料表面能夠良好貼合。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種基于電學(xué)測量的四點式自適應(yīng)調(diào)節(jié)無損檢測探頭，其中：該檢測探頭包括有三個相同的固定電極、一個活動電極、殼體、導(dǎo)線、填充材料，三個相同的固定電極在殼體內(nèi)的圓周方向均勻分布，用作測量電極；活動電極位于殼體的中心，用作激勵電極，所述四個電極之間通過填充材料絕緣隔離，四個電極通過導(dǎo)線與外部顯示儀器連接。

本發(fā)明的效果是該檢測探頭：

(1)能夠滿足平面、凹面、凸面零件的不同測量需求。探頭的中心激勵電極為活動式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)被測材料表面形狀，自動調(diào)節(jié)探頭高度，實現(xiàn)探頭與被測材料的良好貼合，提高探頭使用靈活性?？杀ＷC電極與被測材料表面良好接觸，適用于平面、微凹面、微凸面材料，結(jié)構(gòu)簡單。無需將電極與被測材料表面粘貼，手持測量更為快捷、靈活。

(2)本探頭可以測量弱導(dǎo)電性材料，也可測量較強導(dǎo)電性材料；可以測量電導(dǎo)率為100000S/m以下的材料。

(3)本探頭與外部電阻匹配后形成六橋臂電橋，六個橋臂可兩兩組合，形成3個典型的4臂電橋。由于良好的接觸，消除了電極與被測表面的間隙，盡可能地減小了附加的接觸阻抗，與固定的多電極陣列傳感器相比，極大地提高了測量精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明檢測探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的A向視圖；

圖3是本發(fā)明探頭在圖2中所示的B-B方向的剖面圖；

圖4是本發(fā)明六電橋阻抗測量示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例一示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例一的探頭示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例二的探頭示意圖；

圖8是本發(fā)明實施例測量時的阻抗等效圖。

圖中：

1、固定電極 4、活動電極 5、殼體 6、導(dǎo)線

7、填充材料 8、飛機雷達罩

具體實施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明的基于電學(xué)測量的四點式自適應(yīng)調(diào)節(jié)無損檢測探頭結(jié)構(gòu)作進一步說明：

本發(fā)明的基于電學(xué)測量的四點式自適應(yīng)調(diào)節(jié)無損檢測探頭，該檢測探頭包括有三個相同的固定電極1、一個活動電極4、殼體5、導(dǎo)線6、填充材料7，三個相同的固定電極1在殼體5內(nèi)的圓周方向均勻分布，用作測量電極；活動電極4位于殼體5的中心，用作激勵電極，所述四個電極之間通過填充材料7絕緣隔離，四個電極通過導(dǎo)線6與外部顯示儀器連接。所述的活動電極4內(nèi)部置有彈簧，使活動電極5的長短伸縮可調(diào)。

本發(fā)明的基于電學(xué)測量的四點式自適應(yīng)調(diào)節(jié)無損檢測探頭功能是這樣實現(xiàn)的：

如圖1所示，本發(fā)明的基于電學(xué)測量的四點式自適應(yīng)調(diào)節(jié)無損檢測探頭的三個固定電極1在圓周方向均勻分布，一個活動電極4位于圓心。活動電極4內(nèi)有彈簧結(jié)構(gòu)，彈簧結(jié)構(gòu)使活動電極4具有調(diào)整上下位置的功能。四個電極內(nèi)嵌在殼體5里，只有頂端一小部分露出，四個電極形成微凸的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。三個固定電極1可以與被測材料表面良好接觸，活動電極4可以根據(jù)材料表面的凹凸情況自行調(diào)整伸出長度，從而與被測表面良好接觸。

如圖4所示，活動電極4與任一固定電極間的電學(xué)模型可等效為一個電阻和電容的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，阻抗為針對弱導(dǎo)電性的材料，激勵源使用高頻交流激勵，四個電極均采用大面積結(jié)構(gòu)，相鄰電極間距小，此時電容占主導(dǎo)地位，如圖2所示。而針對較強導(dǎo)電性的材料，激勵源使用低頻交流激勵，四個電極均采用小面積結(jié)構(gòu)，相鄰電極間距大，此時電阻占主導(dǎo)地位。從四個電極另一端各引出一根導(dǎo)線6，四根導(dǎo)線在殼體5內(nèi)部絞合成一根表面覆蓋有屏蔽層的多芯電纜，最后從殼體5內(nèi)引出，連接至顯示儀器。

所述檢測探頭可等效為三個阻抗，與外部電阻匹配后，可構(gòu)成六橋臂電橋。六個橋臂可兩兩組合，形成3個典型的4臂電橋。測量時，探頭掃過被測區(qū)域，激勵電流從中心活動電極4流出，然后流過被測材料，再經(jīng)三個相同固定電極1組成閉合回路。利用差動放大電路測量三個相同固定電極1與活動電極4之間的阻抗值，并在顯示器中顯示出各自對應(yīng)的電壓數(shù)值，U₁,U₂,U₃。將測出的三個電壓值與標(biāo)準件記錄的電壓值進行比較，如果對應(yīng)電壓數(shù)值之間沒有明顯差距，說明被測材料是完好無損的；但如果發(fā)現(xiàn)對應(yīng)電壓數(shù)值之間差距較大，則可以推斷被測材料出現(xiàn)了損傷或者缺陷。用于碳纖維復(fù)合材料的電阻抗式無損檢測探頭，選用飛機雷達罩(8)作為實施例一的被測對象，且其導(dǎo)電性較弱。采用高頻激勵源，大面積電極探頭，如圖5所示。因為飛機雷達罩是微凸面材料，測試時，探頭中心的活動電極4會收縮，此時三個固定電極1及一個活動電極4會與雷達罩緊密貼合。如圖6所示。此時四個電極之間被測材料的阻抗可以等效成三個電阻抗，如圖8所示。與外部電阻匹配后，可構(gòu)成六橋臂電橋。測量時，探頭掃過被測區(qū)域，激勵電流從中心活動電極4流出，然后流過被測材料，再經(jīng)三個固定電極1組成閉合回路。飛機雷達罩8等效成的三個電阻抗與外部電阻匹配后，可構(gòu)成六橋臂電橋。六個橋臂可兩兩組合，形成3個典型的4臂電橋。利用差動放大電路測量三個方向阻抗值，并在顯示器中顯示出各自對應(yīng)的電壓數(shù)值U₁,U₂,U₃。將測出的三個電壓值與標(biāo)準件記錄的電壓值進行比較，如果對應(yīng)電壓數(shù)值之間沒有明顯差距，說明被測材料是完好無損的；但如果發(fā)現(xiàn)對應(yīng)電壓數(shù)值之間差距較大，則可以推斷被測材料出現(xiàn)了損傷或者缺陷。

選用導(dǎo)電性稍強的材料為實施例二的被測對象。此時使用低頻激勵源，小面積電極探頭，如圖7所示。測量方法與實施例一類似。