基于科赫雪花曲线激励装置的涡流传感器的金属裂纹检测研究

本研究主要探讨了基于科赫雪花曲线激励装置的涡流传感器在金属裂纹检测中的应用和效果。科赫雪花曲线是一种分形几何图形，具有自相似性和精细结构特性，能够通过迭代方法生成。研究者们提出了一种新的涡流传感器设计，利用科赫雪花图形作为其激励装置，这种设计旨在提高金属裂纹的检测灵敏度。 分形几何学作为研究不规则几何形态的学科，在自然界中广泛存在，因而被称为描述大自然的几何学。分形几何学的特性包括自相似性、自仿射性和精细结构等。自相似性指的是局部与整体在形状上呈现相似性；自仿射性则指在不同的尺度变换下保持某种相似性；而精细结构意味着结构在不同尺度上的复杂程度相似。在实际应用中，采用分形几何图案设计传感器，往往能够获得较好的检测效果。 在本文中，科赫雪花曲线作为涡流传感器的激励装置被详细研究。科赫雪花曲线的制作过程涉及多次迭代，每次迭代在原图形的基础上进行，通过在特定位置构造正三角形并去除中间部分，得到更为复杂的图形。理论上科赫曲线可以无限次叠加，但在实际制作中，因为电路水平的限制，迭代次数过高会导致难以制作出实际的激励装置。因此，本研究中制作的涡流传感器采用了三次迭代的科赫雪花图形。 涡流传感器的工作原理是利用交变电流在导体中产生涡流，这种涡流又会在其周围产生一个磁场，当金属表面出现裂纹等缺陷时，磁场会被局部扰动，通过检测这种扰动，可以探知金属内部的缺陷。本研究中设计的涡流传感器结构是将激励装置布置在多层印刷电路板(PCB)的第二层，而信号拾取线圈则分布在第一、三和四层，采用阿基米德螺线结构，通过过孔将各层串联起来，并最终连接到第一层的焊盘上。这种结构设计使得涡流传感器能够更加精确地检测到金属裂纹，特别是对于铝板等材料上的微裂纹缺陷。 本研究通过理论分析和实验研究，验证了科赫雪花涡流传感器在金属裂纹检测中的有效性。研究结果显示，这种新型结构的涡流传感器能够在提高检测灵敏度的同时，改善试件上涡流的分布形态，这对于金属裂纹的检测尤为关键。在金属裂纹检测领域，涡流传感器的灵敏度直接影响到检测结果的准确性和可靠性，而本研究提出的方法通过采用分形几何科赫雪花图形作为激励装置，为涡流传感器的设计提供了新的思路和方法。 总结起来，这项研究的意义在于首次提出了一种利用分形几何理论中科赫雪花图形作为激励装置的涡流传感器，并通过实验验证了其在金属裂纹检测中的优越性。这种新型的涡流传感器不仅具有独特的理论价值，而且在实际应用中也展现出明显的优势，特别是在提高裂纹检测灵敏度和改善涡流分布形态方面。这对于提高金属材料的质量控制和安全性具有重要的实际应用前景。