一種過孔開口環(huán)諧振器加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭的制作方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種金屬表面缺陷檢測波導探頭，特別涉及一種過孔開口環(huán)諧振器(VSRR)加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭，屬于無損檢測技術領域，具體屬于金屬表面缺陷檢測技術領域。
【背景技術】
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[0002]飛機、飛船等飛行器的外部金屬構件(如機身、機翼等)通常工作在極為惡劣的環(huán)境下。其外表面的完整性常常受到金屬疲勞或者表面銹蝕等因素的威脅。這些微小的結構缺陷往往會釀成巨大的航空航天事故。然而傳統(tǒng)的光學、超聲波等檢測手段卻對這些隱藏在金屬表面涂覆層之下的危險誘因束手無策。與此相比，微波近場檢測技術卻具有可穿透表面涂層、靈密度高等優(yōu)勢，完全可以勝任金屬部件的表面缺陷檢測。利用不加載開口環(huán)諧振器的矩形波導只能檢測到寬度為0.672倍波長的窄縫。

【發(fā)明內容】

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[0003]本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有無損檢測技術無法檢測涂覆層之下的金屬表面缺陷的問題，提出一種VSRR加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭。
[0004]本發(fā)明的思想是根據(jù)金屬表面缺陷會引起VSRR諧振頻率的變化的特性，利用矢量網(wǎng)絡分析儀測量反射系數(shù)，得到探頭掃描不同金屬表面時諧振頻率的變化，從而檢測出金屬表面缺陷。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
[0006]一種VSRR加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭，包括一個矩形波導，波導前端為波導口和法蘭，其特征在于，還包括一塊帶VSRR的介質板，介質板固定在法蘭上；其與法蘭接觸的區(qū)域鍍有一層導電性能良好的金屬。
[0007]所述VSRR結構由兩個并列的、穿過介質板的、開口方向相反的金屬開口環(huán)組成。
[0008]所述金屬開口環(huán)由兩條穿過介質板的金屬化過孔、一條與矩形波導窄邊平行的長金屬條、兩條與矩形波導窄邊平行的短金屬條連接而成，兩條短金屬條之間形成一個缺口。
[0009]所述介質板與法蘭固定連接后，VSRR結構位于介質板上與波導口相對應的區(qū)域范圍內，以使沿波導口發(fā)出的磁場分量能夠作為VSRR的激勵場，激勵VSRR產(chǎn)生諧振。
[0010]所述VSRR結構由印刷電路板工藝實現(xiàn)。
[0011]實現(xiàn)原理
[0012]所述矩形波導的作用是定向傳輸電磁波；在波導口，垂直于VSRR環(huán)面的磁場分量作為VSRR的激勵場，激勵VSRR產(chǎn)生諧振；在諧振時，VSRR增強了探頭底部VSRR小開口附近的磁場并隨之建立一個微小的震源區(qū)域，這個震源區(qū)域略大于VSRR的缺口 ；當探頭遇到與波導口寬邊平行的缺陷時，低于金屬表面的低洼處有一部分的等效電流，使得被測金屬表面的等效電流環(huán)發(fā)生扭曲，這將引起通過VSRR的磁通量產(chǎn)生明顯變化，從而引起VSRR的諧振頻率的變化，VSRR的諧振頻率可以利用矢量網(wǎng)絡分析儀測量反射系數(shù)得到。該機理使得VSRR大大地增強了探頭檢測的靈敏度和分辨率。
[0013]有益效果
[0014]對比現(xiàn)有金屬表面無損缺陷檢測技術，本發(fā)明波導探頭具有結構簡單、使用快速方便、不損壞被檢測物體、能夠檢測隱藏在涂層下的金屬表面缺陷、靈敏度高、空間分辨率尚等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例一種VSRR加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭結構不意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實施例過孔開口環(huán)諧振器(VSRR)結構示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明實施例介質板結構示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明實施例探頭檢測金屬表面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為使發(fā)明的目的、技術方案、優(yōu)點更加清晰，下面將結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0020]實施例1
[0021]如圖1所不為一種VSRR加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭，包括:
[0022]一個矩形波導，一塊帶VSRR的介質板；在矩形波導上，平行矩形波導口延伸出的一塊金屬叫做法蘭，法蘭是矩形波導的一部分；所述介質板與法蘭固定連接；如圖3所示，在介質板上，與波導法蘭接觸的區(qū)域，鍍上一層導電性能良好的金屬，如銅。如圖2所示，所述VSRR由兩個并列的、穿過介質板的、開口方向相反的矩形金屬開口環(huán)組成；金屬開口環(huán)由兩條穿過介質板的金屬化過孔、一條與矩形波導窄邊平行的長金屬條、兩條與矩形波導窄邊平行的短金屬條連接而成，兩條短金屬條形成一個缺口 ；所述VSRR的結構和形狀可以依據(jù)其實現(xiàn)原理以及波導形狀做調整或重新設計，可以是矩形開口環(huán)、圓形開口環(huán)等形狀。
[0023]所述介質板與法蘭固定連接后，VSRR結構位于介質板上與波導口相對應的區(qū)域范圍內，以使沿波導口發(fā)出的磁場分量能夠作為VSRR的激勵場，激勵VSRR產(chǎn)生諧振。鑒于所述波導上的法蘭一般為正方形或矩形，因此，為使本實施例中VSRR結構便于位于波導口正下方，使介質板大小與法蘭大小相同，兩個金屬開口環(huán)兩側據(jù)介質板邊沿的距離相同。
[0024]為便于VSRR結構制作，所述VSRR結構可以通過印刷電路板工藝實現(xiàn)。
[0025]下面說明應用本發(fā)明實施一種VSRR加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭進行金屬表面缺陷檢測的方法。
[0026]實施例2
[0027]如圖4所示，將本發(fā)明所述波導探頭固定在測試架上不動，波導另一端通過波導同軸轉換器連接矢量網(wǎng)絡分析儀(VNA)，被測金屬固定在一個可一維移動的平臺上，金屬板與波導探頭之間的距離為d。利用VNA測量反射系數(shù)，獲得探頭掃描不同表面金屬板表面時VSRR諧振頻率的變化。VSRR加載的波導探頭即可以檢測到金屬表面涂層下的窄縫，也可以檢測到金屬表面涂層下的圓形小凹陷；具有結構簡單、快速方便、無損檢測、靈敏度高、空間分辨率高等優(yōu)點。
[0028]實驗結果:
[0029]實施例1所述波導探頭參數(shù)如下:介質板上金屬化過孔的內外半徑分別為rin=0.lmm, rout= 0.2mm，長、短金屬條的寬度和厚度分別為w 0= 0.4mm, 10= 0.034mm,矩形金屬開口環(huán)的寬度為2mm，兩個環(huán)相距1mm，諧振環(huán)上金屬條的開口為s = 0.2mm ;介質板的尺寸為33.3mmX 33.3mm,厚度為1.524mm,材料是Rogers4003，Rogers4003的相對介電常數(shù)為3.38，介質損耗角正切為0.0027 ;所用波導為WR-62矩形波導，其工作頻段為12.4_18GHz，WR-62矩形波導口尺寸為寬邊15.799mm，窄邊為7.899mm ;探頭工作頻率為14.52GHz。
[0030]所述加載VSRR的波導探頭能夠檢測到金屬表面涂層下寬度為0.1mm的窄縫，約為波長的0.048倍，相較于不加載VSRR的波導探頭，靈敏度增加了 14倍；所述加載VSRR的波導探頭還能能夠檢測到金屬表面涂層下半徑為Imm的小凹陷；所述加載VSRR的波導探頭能夠分辨出金屬表面涂層下兩條平行于波導口寬邊，寬0.1mm，深2mm，間距Imm的窄縫，表明本發(fā)明提出的波導探頭具有很高的切向分辨率。
[0031]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明的一種VSRR加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭。利用矢量網(wǎng)絡分析儀測量反射系數(shù)，獲得探頭掃描不同表面金屬板表面時VSRR諧振頻率的變化情況，從而檢測出金屬表面是否有缺陷。所述探頭具有結構簡單、使用快速方便、無損檢測、能夠檢測隱藏在涂層下的金屬表面缺陷、靈敏度高、空間分辨率高等優(yōu)點。
[0032]以上所述的具體描述，對發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種VSRR加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭，包括一個矩形波導，波導前端為波導口和法蘭，其特征在于:還包括一塊帶VSRR結構的介質板，介質板固定在法蘭上；其與法蘭接觸的區(qū)域鍍有一層導電性能良好的金屬。2.根據(jù)權利要求1所述的一種VSRR加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭，其特征在于:所述VSRR結構由兩個并列的、穿過介質板的、開口方向相反的金屬開口環(huán)組成。3.根據(jù)權利要求2所述的一種VSRR加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭，其特征在于:所述金屬開口環(huán)由兩條穿過介質板的金屬化過孔、一條與矩形波導窄邊平行的長金屬條、兩條與矩形波導窄邊平行的短金屬條連接而成，兩條短金屬條之間形成一個缺口。4.根據(jù)權利要求2所述的一種VSRR加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭，其特征在于:所述VSRR結構由印刷電路板工藝實現(xiàn)。5.根據(jù)權利要求1-4任一所述的一種VSRR加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭，其特征在于:所述介質板與所述法蘭固定連接后，VSRR結構位于所述介質板上與波導口相對應的區(qū)域范圍內，以使沿波導口發(fā)出的磁場分量能夠作為VSRR的激勵場，激勵VSRR產(chǎn)生諧振。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種過孔開口環(huán)諧振器(VSRR)加載的金屬表面缺陷檢測波導探頭，屬于無損檢測技術領域；包括一個矩形波導以及固定于其上的一塊介質板，所述介質板與矩形波導相連接的面渡有一層金屬層；所述介質板與波導口相對應的區(qū)域范圍內設置一個穿過所述介質板的VSRR；所述VSRR由兩個并列的、穿過印刷電路板的、開口方向相反的金屬開口環(huán)組成；金屬開口環(huán)由穿過所述介質板上過孔的空心金屬管和長、短金屬條連接而成；其工作方法為：用探頭掃描被測金屬表面，利用矢量網(wǎng)絡分析儀(VNA)測量金屬表面存在缺陷時的諧振頻率的變化。對比現(xiàn)有技術，本發(fā)明探頭可以確定缺陷的尺寸、深度和方向；具有結構簡單、快速方便、無損檢測、靈敏度高、空間分辨率高等優(yōu)點。
【IPC分類】G01N22/02
【公開號】CN104964990
【申請?zhí)枴緾N201510300785
【發(fā)明人】胡冰, 蔡利花, 孫厚軍, 陳重
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月3日