本发明属于无损检测技术领域，更为具体地讲，涉及一种多层pcb差分涡流检测传感器。
背景技术：
管道运输被认为是最安全经济传输方式之一。但是，如同所有的工程设备都会存在安全问题，所以在管道的使用中，裂纹缺陷往往会随时间出现。过去数十年，全球因管道故障引发事故不计其数，旧管道在老龄化进程中，发生危险的可能性为了解决这一问题，世界各国都投入了大量的人力财力来检测并修复管道中存在的问题，逐年递增，新建管道仍面临巨大风险。
当前，管道内检测方法广泛应用于管道完整性评价，成为保障油气管道安全运输的重要预控手段，对排除管道风险因素具有重大意义。管道内检测方法凭借较好的缺陷定性及定量分析能力，能有效评价管道运行状态，间接降低管道爆炸事故的发生率，避免造成国民经济的重大损失及人员的重大伤亡。
此外，现在有一些不同的方法来检测管道中的缺陷，如：漏磁法，涡流检测，超声检测，交变电磁场等检测技术来检测管道中的缺陷信息。然而漏磁检测对于非铁磁性管道的检测效果不好，仪器重量比较大，检测效率比较低；交变电磁场检测技术对提离效应的检测效果不好，并且磁轭在管道中不容易放置；超声检测则需要耦合剂，检测速度极慢，检测时间长，有一定的近场盲区，易造成漏检。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多层pcb差分涡流检测传感器，采用涡流检测的原理，通过改进的激励线圈产生涡流，然后通过改进的接收线圈来拾取磁场变化的信息，进而判别是否具有缺陷。
为实现上述发明目的，本发明一种多层pcb差分涡流检测传感器，其特征在于，包括：激励线圈、四层串联的接收线圈，且激励线圈和接收线圈的中轴线均相同；
激励线圈为单层的pcb矩形差分线圈，设置有外部激励信号的输入、输出接口input1和output1；pcb矩形差分线圈的长为a1，宽为b1，中间差分区域的线径为d11，其余线的线径为d12，线间距为d13，且d11＞d12；
四层接收线圈均由铜线绕制制成，为矩形结构，其长为a2，宽为b2，铜线线径为d21，线间距为d23；不同层线圈之间设置有过孔，通过铜线串联不同层间的接收线圈；其中，在第一层设置有输入接口input2，第四层设置有输出接口output2，通过两个接口连接后续的信号处理模块；
将激励线圈的input1和output1与激励信号源的信号发生器连接，同时将检测线圈的input2和output2与信号处理模块连接，再将多层pcb涡流检测传感器置于被测试件上；信号发生器产生一定频率的正弦信号并进行放大，然后驱动激励线圈，由于激励线圈生成的磁通量发生改变，根据麦克斯韦方程组理论，在被测试件上形成涡流，涡流流向为均匀带状，涡流在缺陷处流向发生改变，因为涡流发生了变化，涡流生成的次级磁场发生变化，通过检测线圈的磁通量发生变化，进而检测线圈的幅值和相位发生变化，从而准确的检测出缺陷信息。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种多层pcb差分涡流检测传感器，包括激励线圈和接收线圈，且激励线圈和接收线圈的中轴线均相同，其中，激励线圈采用单层的差分结构pcb矩形线圈，接收线圈包括接收线圈则是多层pcb矩形线圈；当激励线圈通入交流电，在被测试件上激发涡流，激发出的涡流产生次级磁场，进而被接收线圈接收，当被测试件中出现缺陷时，被测试件上的涡流流向会发生变化，导致接收线圈的电压幅值或者相位发生变化，进而检测出被测试件的相关缺陷信息。
同时，本发明基于电磁热多物理场融合线圈的动态无损检测系统还具有以下有益效果：
(1)、本发明的体积小，便于在检测机器人上安装，检测线圈和激励线圈一体，便于检测；其中，采用的pcb平面线圈具有体积小，对于表面缺陷灵敏度高，在涡流检测中具有广阔的前景，同时由于有效提离量小，因此对裂纹的敏感性高。
(2)、使用印刷电路板(pcb)技术进行直接制造，易于永久性地固定在要检查的零件上；此外，pcb具有足够的柔韧性，以允许线圈与表面保持一致，则检查复杂表面几何形状的前景也十分广阔等优点。
(3)、很容易在同一板上印刷多个线圈以创建多线圈阵列，从而增加检查范围并减少检查时间；此外，采用矩形线圈，则在平铺成阵列时更容易拼接组合，对边缘效果的敏感性较低。
(4)、激励线圈通过采用差分矩形结构，差分结构便于分辨出缺陷部分，而矩形结构相较于圆形结构更容易区别不同形状的缺陷。
(5)、接收线圈通过多层结构，一方面可以提高检测的灵敏度，同时可以降低最佳检测频率，有效的降低了对激励信号的要求。
附图说明
图1是本发明一种多层pcb涡流检测传感器的具体实施方式结构的主视图；
图2是测激励线圈的具体实施方式结构的主视图；
图3是四层接收线圈的具体实施方式结构的主视图；
图4是第一层接收线圈的具体实施方式结构的主视图；
图5是第二层接收线圈的具体实施方式结构的主视图；
图6是第三层接收线圈的具体实施方式结构的主视图；
图7是第四层接收线圈的具体实施方式结构的主视图；
图8是本发明多层pcb涡流检测传感器工作示意图；
图9是带有不同尺寸人工圆形缺陷的铁磁性x70平板一；
图10是利用本发明所述传感器对铁磁性x70平板一的检测信号图；
图11是被测带有不同尺寸人工矩形缺陷铁磁性x70平板二；
图12是利用本发明所述传感器对铁磁性x70平板二的检测信号图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明一种多层pcb涡流检测传感器的具体实施方式结构的主视图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种多层pcb差分涡流检测传感器，包括：激励线圈、四层串联的接收线圈，且激励线圈和接收线圈的中轴线均相同；下面分别对每个组成部分进行详细说明。
如图2所示，激励线圈为单层的pcb矩形差分线圈，设置有外部激励信号的输入、输出接口input1和output1；pcb矩形差分线圈的长为a1，宽为b1，中间差分区域的线径为d11，其余线的线径为d12，线间距为d13，且d11＞d12；
在本实施例中，差分区域的线径0.508mm，其余线径0.254mm，线间距0.254mm，整个激励线圈长为57mm，宽为30.2mm；
如图3所示，接收线圈采用四层的pcb矩形线圈，每层的pcb矩形线圈均由铜线绕制制成，为矩形结构，其长为a2，宽为b2，铜线线径为d21，线间距为d23；不同层线圈之间设置有过孔，通过铜线串联不同层间的接收线圈；其中，在第一层设置有输入接口input2，第四层设置有输出接口output2，通过两个接口连接后续的信号处理模块；
在本实施例中，每层的pcb矩形线圈的线径0.254mm，线间距0.254mm，长21.7mm，宽21.4mm；
如图4所示，第一层接收线圈线圈设置有过孔via1和接线端口input2，如图5所示，第二层接收线圈线圈设置有过孔via2和过孔via3，如图6所示，第三层接收线圈线圈设置有过孔via4和过孔via5，如图7所示，第四层接收线圈线圈设置有过孔via6和接线端口output2；其中，第一层接收线圈通过via1与第二层接收线圈的via2相连接，第二层接收线圈通过过孔via3与第三层接收线圈的过孔via5连接，第三层接收线圈通过过孔via4与第四层接收线圈的via5相连接，接收线圈信号则通过output2以及input2与后续的信号处理模块相连
如图8所示，将激励线圈的input1和output1与激励信号源的信号发生器连接，同时将检测线圈的input2和output2与信号处理模块连接，再将多层pcb涡流检测传感器置于被测试件上；信号发生器产生一定频率的正弦信号并进行放大，然后驱动激励线圈，由于激励线圈生成的磁通量发生改变，根据麦克斯韦方程组理论，在被测试件上形成涡流，涡流流向为均匀带状，涡流在缺陷处流向发生改变，因为涡流发生了变化，涡流生成的次级磁场发生变化，通过检测线圈的磁通量发生变化，进而检测线圈的幅值和相位发生变化，从而准确的检测出缺陷信息。
图9是带有不同尺寸人工圆形缺陷的铁磁性x70平板一；
图10是利用本发明所述传感器对铁磁性x70平板一的检测信号图；
在本实施例中，利用传感器对铁磁性x70平板一在提离为5mm，移动速度为30mm/s的情况下进行检测，其检测结果再经过iq分解处理，得到图10所示的检测信号图，其中，下半部分为q分量，上半部分为i分量；当传感器经过无缺陷位置时，检测信号幅度不变，当传感器经过有缺陷位置时，检测信号幅度发生变化，其中变化的幅度以及时间跟缺陷的尺寸有关，在本次实验中，当缺陷的面积变大或者深度变深时，信号变化幅度变大，并且信号变化时间更长。
图11是被测带有不同尺寸人工矩形缺陷铁磁性x70平板二；
图12是利用本发明所述传感器对铁磁性x70平板二的检测信号图；
在本实施例中中，利用传感器对铁磁性x70平板二在提离为5mm，移动速度为30mm/s的情况下进行检测，其检测结果再经过iq分解处理，得到图12所示的检测信号图，其中，下半部分为q分量，上半部分为i分量；当传感器经过无缺陷位置时，检测信号幅度不变，当传感器经过有缺陷位置时，检测信号幅度发生变化，其中变化的幅度以及时间跟缺陷的尺寸有关，在本次实验中，当缺陷的面积变大或者深度变深时，信号变化幅度变大，并且信号变化时间更长。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
1.一种多层pcb差分涡流检测传感器，其特征在于，包括：激励线圈、四层串联的接收线圈，且激励线圈和接收线圈的中轴线均相同；
激励线圈为单层的pcb矩形差分线圈，设置有外部激励信号的输入、输出接口input1和output1；pcb矩形差分线圈的长为a1，宽为b1，中间差分区域的线径为d11，其余线的线径为d12，线间距为d13，且d11＞d12；
接收线圈采用四层的pcb矩形线圈，每层每层的pcb矩形线圈均由铜线绕制制成，为矩形结构，其长为a2，宽为b2，铜线线径为d21，线间距为d23；不同层线圈之间设置有过孔，通过铜线串联不同层间的接收线圈；其中，在第一层设置有输入接口input2，第四层设置有输出接口output2，通过两个接口连接后续的信号处理模块；
将激励线圈的input1和output1与激励信号源的信号发生器连接，同时将检测线圈的input2和output2与信号处理模块连接，再将多层pcb涡流检测传感器置于被测试件上；信号发生器产生一定频率的正弦信号并进行放大，然后驱动激励线圈，由于激励线圈生成的磁通量发生改变，根据麦克斯韦方程组理论，在被测试件上形成涡流，涡流流向为均匀带状，涡流在缺陷处流向发生改变，因为涡流发生了变化，涡流生成的次级磁场发生变化，通过检测线圈的磁通量发生变化，进而检测线圈的幅值和相位发生变化，从而准确的检测出缺陷信息。
技术总结