含交错层叠电涡流传感器阵列的成像定位仪的研究

　　要获知非金属材料遮盖物的内部信息而又不能损坏它,就必须对其进行无损检测。铁道客车内部装修时,需要进行行李架、衣帽钩和卧铺等部件的安装,但因隔热层和内饰板的遮盖,焊接在客车车厢内用来固定行李架、衣帽钩和卧铺等部件的金属焊块就不可见,因此需要在装饰完后的内饰板上对其准确定位,在实际应用中迫切需要解决金属焊块及其预留螺纹孔的可视化和定位问题。

　　电涡流传感器因其具有非接触测量,且只对金属物体敏感,不受环境因素的影响;动态性能好,可对静止或高速运动的物体实现定量测量;由传感器自身电路振荡提供激励频率,不受外界电磁场干扰;测量准确度高^[1]等特点而被选用来对客车车厢进行无损检测。

　　1　测量方案及整体结构

　　研究的可视化涡流探测成像仪有三方面的特性,即①采用交错层叠柔性电涡流传感器阵列替代线圈式电涡流传感器阵列,以提高定位精度。②由于实际工作中需要根据检测头位置来判断不可见物的具体位置,当检测头离开物体后,不可见物的位置就不容易确定,为此增加了CCD摄像头,可以将遮盖物表面图像同步拍摄下来。当探测到不可见物后,将不可见物的形状等信息直接呈现在所拍摄的遮盖物表面上,使视觉定位更加直观准确。③增加标记打印功能,当探测到不可见物上的螺纹孔后,在遮盖物表面对应位置打印出螺纹孔中心线。具体测量方案示意如图1所示。

　　2　柔性电涡流传感器

　　传统的电涡流传感器是用漆包线绕制成的线圈。由于制作工艺的局限性,该种线圈结构尺寸较大、易变形、温度性能和一致性差,不宜阵列应用,且不适用于曲面测量和大面积范围内的快速测量。阵列式柔性电涡流传感器是采用柔性印制电路板(FPCB)工艺在薄膜基底上制作的按一定规律分布的敏感线圈阵列,线圈阵列的分布方式和形状可以任意设计。敏感线圈可以是圆形、方形或其它形状,且可制成单层或双层甚至多层。敏感线圈阵列及其引出电缆的基底用柔性材料制作,因此,可贴附在任意形状的非金属表面进行测量。敏感线圈阵列及其引出电缆的厚度可以做得很薄,适合在狭小空间进行测量。该传感器具有结构纤薄、不易变形、温度性能和一致性好等特点^[1~4]。

　　2.1　柔性电涡流传感器的数学模型

　　柔性电涡流传感器与线圈式电涡流传感器的主要区别在于,①柔性电涡流传感器是单层的,而线圈式的为多层。②线圈式传感器的绕制芯线截面为圆形,而柔性传感器芯线截面为方形。因此为简化计算,采用正方形截面的芯线,计算时,假定其相关参数与内切圆截面芯线相同;再将单层视为多层的特殊情况,这样就可用线圈式数学模型代替柔性传感器的数学模型。得到的柔性电涡流传感器激励线圈的输出阻抗Z为