一种交替感应式柔性涡流阵列传感器及其裂纹监测方法与流程

1.本发明属于结构健康监测的无损检测领域，涉及一种交替感应式柔性涡流阵列传感器及其裂纹监测方法。


背景技术：

2.结构健康监测技术是在结构上布置先进的传感器，实时采集表征结构健康状态的参数，通过采集、数据处理、损伤识别等技术，判断结构的健康状态，进而制定装备的维修计划。
3.现阶段常用于结构健康监测的传感器有应变传感器、光纤传感器、智能涂层传感器、超声导波传感器和涡流传感器等。但是每种传感器都有自己的优缺点和应用场景。应变传感器可以实时监测结构的应变状态，但是该传感器对微小裂纹的扩展不是很灵敏。光纤传感器具有监测范围大的特点，可以监测结构的应变状态和裂纹，但是该传感器受温度影响较大，安装过程复杂。智能涂层传感器可以监测表面裂纹的萌生和扩展，但是裂纹识别的灵敏度较低，尤其是在裂纹萌生阶段，同时在结构上安装较为复杂。超声导波传感器可以监测复合材料和金属材料，但是该传感器不能监测复杂结构，装备在运行过程中受噪声的影响较大。涡流传感器具有灵敏度高，技术成熟，裂纹检测率高等优点，在结构健康监测领域具有较为宽广的应用前景。尤其是柔性涡流阵列传感器，该传感器具有质量轻、柔性可弯曲、可监测复杂结构裂纹的特点，同时由于感应通道呈现阵列式排布，可以对裂纹长度进行定量监测。但是，由于柔性涡流阵列传感器的感应通道较多，在使用过程中需要对每个通道的信号进行采集，势必造成传感器连接线路复杂，增加了整个传感器网络的重量。同时，由于感应通道数量较多，连接的信号调理模块也较多，会造成信号调理模块的硬件成本高，这些弊端会增加结构健康监测系统的重量。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于提供一种交替感应式柔性涡流阵列传感器，以解决现有的柔性涡流阵列传感器感应通道多、连接线路复杂、信号调理模块硬件成本高的问题。
5.本发明实施例的另一目的在于提供一种交替感应式柔性涡流阵列传感器的裂纹监测方法。
6.本发明实施例所采用的技术方案是：一种交替感应式柔性涡流阵列传感器，包括激励线圈，激励线圈在同一平面内由内向外呈螺旋形设置，且激励线圈为同向激励布局，以及至少一个交替式感应线圈组，每个交替式感应线圈组由多个感应线圈依次串联构成，其中：沿激励线圈的螺旋方向由内向外，每个交替式感应线圈组的感应线圈依次设置于激励线圈的相邻两匝线圈之间，每个交替式感应线圈组的第一个感应线圈以及最后一个感应线圈的端部为该交替式感应线圈组的感应电压输出端。
7.进一步的，每个交替式感应线圈组的所有感应线圈均放置在相邻两匝激励线圈中间靠左侧的位置，或均放置在相邻两匝激励线圈中间靠右侧的位置；所述激励线圈的相邻两匝激励线圈之间的距离等于要求的裂纹监测精度。
8.进一步的，每个交替式感应线圈组的感应线圈串联时，前一感应线圈的连接端和与其连接的后一感应线圈的连接端电压极性相同，电压极性为正极或负极。
9.进一步的，每个交替式感应线圈组的相邻两个感应线圈通过设置在其连接端的过孔连接，过孔之间的连接线设置在柔性基底的顶层。
10.进一步的，所述柔性基底的顶层还设置有第一焊盘、第四焊盘和感应电压输出端口焊盘，第一焊盘与第四焊盘连接，每个交替式感应线圈组的两端分别通过设置在其连接端的过孔与对应的感应电压输出端口焊盘连接。
11.进一步的，所述激励线圈和所有交替式感应线圈组均设置于柔性基底的底层，柔性基底的底层指与监测结构相接触的一侧，激励线圈的位于最外侧的一匝激励线圈的端部设置有激励线圈第一过孔，激励线圈的位于最内侧的一匝激励线圈的端部设置激励线圈第二过孔，激励线圈通过激励线圈第一过孔连接第二焊盘，激励线圈通过激励线圈第二过孔连接第三焊盘，第二焊盘和第三焊盘连接激励源。
12.本发明实施例所采用的技术方案是：一种交替感应式柔性涡流阵列传感器的监测方法，按照如下步骤进行：步骤s1、根据所监测结构的形状确定交替感应式柔性涡流阵列传感器的形状，根据所监测结构的受力方向和裂纹扩展方向确定交替式感应线圈组的数量和布局，根据要求的裂纹监测精度确定激励线圈的相邻两匝激励线圈的距离，根据要求的裂纹长度监测范围确定激励线圈的匝数和每个交替式感应线圈组的感应线圈数量；步骤s2、根据所监测结构的受力方向，分析所监测结构的应力集中部位，确定交替感应式柔性涡流阵列传感器的设置位置；步骤s3、实时监测交替感应式柔性涡流阵列传感器的每个交替式感应线圈组的感应电压，绘制每个交替式感应线圈组的感应电压曲线；步骤s4、判断每个交替式感应线圈组的感应电压曲线中是否存在来回震荡的拐点，如存在，则该交替式感应线圈组所在位置即为裂纹萌生的位置，采用裂纹监测精度乘以每个交替式感应线圈组的感应电压曲线中电压来回震荡的拐点数即为每个交替式感应线圈组监测的裂纹长度。
13.进一步的，所述步骤s1中，如果监测的是孔结构，则设置交替感应式柔性涡流阵列传感器的形状为圆形，并设置两个交替式感应线圈组，使两个交替式感应线圈组对应位于所监测孔结构的受力方向左右两侧；如果所监测孔结构的受力方向不确定时，则设置多个交替式感应线圈组均匀分布在监测孔结构的周边。
14.进一步的，所述步骤s1中，如果监测的是焊缝结构，则设置交替感应式柔性涡流阵列传感器的形状为矩形，并设置至少一个交替式感应线圈组，至少一个交替式感应线圈组沿着焊缝长度方向设置。
15.进一步的，用于对多孔结构进行裂纹监测，对多孔结构进行裂纹监测时，一个空对应设置一个交替感应式柔性涡流阵列传感器，并将多个孔对应的多个交替感应式柔性涡流阵列传感器串联起来，具体是：
对于第一个交替感应式柔性涡流阵列传感器，使其第四焊盘接地线，使其第三焊盘接射频线的芯线，使其第二焊盘接下一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第三焊盘，使其第一焊盘接下一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第四焊盘；对于中间的交替感应式柔性涡流阵列传感器，使其第三焊盘接前一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第二焊盘，使其第二焊盘接下一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第三焊盘，使其第四焊盘接前一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第一焊盘，使其第一焊盘接下一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第四焊盘；对于最后一个交替感应式柔性涡流阵列传感器，使其第二焊盘接自身的第一焊盘，使其第三焊盘接前一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第二焊盘。
16.本发明实施例的有益效果是：1、将多个感应线圈整合为一个交替式感应线圈组，在不改变定量监测效果的前提下，使得多个感应线圈连接形成一个感应通道，极大的降低了感应通道数量，简化了连接线路，对信号调理模块的需求量大大减少，降低了传感器网络成本和传感器网络的附加重量，有效解决了现有的柔性涡流阵列传感器感应通道多导致连接线路复杂、信号调理模块硬件成本高的问题。
17.2、可以根据交替式感应线圈组输出的感应电压的峰谷值即来回震荡拐点数进行裂纹长度的定量监测，简化了裂纹定量监测方法。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是圆形的交替感应式柔性涡流阵列传感器的底层结构示意图。
20.图2是圆形的交替感应式柔性涡流阵列传感器的顶层结构示意图。
21.图3是交替式感应线圈组的结构放大示意图。
22.图4是矩形的交替感应式柔性涡流阵列传感器的结构示意图。
23.图5是交替式感应线圈组的等效示意图。
24.图6是裂纹监测时的交替式感应线圈组的感应电压-裂纹长度曲线图。
25.图中，1.第一焊盘，2第二焊盘，3.第三焊盘，4.第四焊盘，5.第五焊盘，6.第六焊盘，7.第七焊盘，8.第八焊盘，9.焊盘第一过孔，10.焊盘第二过孔，11.激励线圈第一过孔，12.激励线圈第二过孔，13.第一感应线圈第一过孔，14.第一感应线圈第二过孔，15.第二感应线圈第一过孔，16.第二感应线圈第二过孔，17.第三感应线圈第一过孔，18.第三感应线圈第二过孔，19.第四感应线圈第一过孔，20.第四感应线圈第二过孔，21.第五感应线圈第一过孔，22.第五感应线圈第二过孔，23.焊盘第三过孔，24.焊盘第四过孔，25.焊盘第五过孔，26.第一感应线圈，27.第二感应线圈，28.第三感应线圈，29.第四感应线圈，30.第五感应线圈，31.第六感应线圈，32.第六感应线圈第一过孔，33.第六感应线圈第二过孔，34.激励线圈。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1本发明实施例提供一种用于孔边裂纹监测的交替感应式柔性涡流阵列传感器，如图1~3所示，包括激励线圈34，激励线圈34在同一平面内由监测的孔边呈螺旋形向外设置，以及两个交替式感应线圈组，两个交替式感应线圈组对应位于所监测孔结构的受力方向的左右两侧（监测结构的应力集中部位），并关于所监测结构的受力方向左右对称，如监测的孔为螺栓孔，且螺栓孔受到的力为轴向力时，两个交替式感应线圈组对称设置于该螺纹孔孔边左右两侧。
28.其中，激励线圈34的匝数为6，从监测的孔边由内向外依次为第一匝激励线圈、第二匝激励线圈、第三匝激励线圈、第四匝激励线圈、第五匝激励线圈、第六匝激励线圈，激励电流从第一匝激励线圈的端部流入，从第六匝激励线圈的端部流出；每个交替式感应线圈组包含5个感应线圈，即第一感应线圈26、第二感应线圈27、第三感应线圈28、第四感应线圈29和第五感应线圈30，第一感应线圈26~第五感应线圈30沿着监测的螺纹孔的孔径方向从内至外依次串联，且第一感应线圈26位于激励线圈34的第一匝激励线圈和第二匝激励线圈之间，第二感应线圈27位于激励线圈34的第二匝激励线圈和第三匝激励线圈之间，第三感应线圈28位于激励线圈34的第三匝激励线圈和第四匝激励线圈之间，第四感应线圈29位于激励线圈34的第四匝激励线圈和第五匝激励线圈之间，第五感应线圈30位于激励线圈34的第五匝激励线圈和第六匝激励线圈之间。
29.进一步的，所述激励线圈34和至少一个交替式感应线圈组均设置于柔性基底的底层，激励线圈34的第六匝激励线圈即位于最外侧的一匝激励线圈的端部设置有激励线圈第一过孔11，激励线圈34的第一匝激励线圈即位于最内侧的一匝激励线圈的端部设置激励线圈第二过孔12，激励线圈34通过激励线圈第一过孔11与位于柔性基底顶层的第二焊盘2连接，激励线圈34通过激励线圈第二过孔12与位于柔性基底顶层的第三焊盘3连接，第二焊盘2和第三焊盘3通过射频线与激励电源连接。
30.每个交替式感应线圈组的所有感应线圈即第一感应线圈26~第五感应线圈30均放置在相邻两匝激励线圈中间靠左侧的位置，使得每个交替式感应线圈组的每个感应线圈即第一感应线圈26~第五感应线圈30的电势都是左边高、右边低；或每个交替式感应线圈组的所有感应线圈即第一感应线圈26~第五感应线圈30均放置在相邻两匝激励线圈中间靠右侧的位置，使得每个交替式感应线圈组的每个感应线圈即第一感应线圈26~第五感应线圈30的电势都是或右边高、左边低。
31.每个交替式感应线圈组的感应线圈串联时，前一感应线圈的连接端和与其连接的后一感应线圈的连接端电压极性相同，电压极性为正极或负极。如图5所示，本实施例采用的交替式感应线圈组的第一感应线圈26的正极为感应电压正极输出端口，其负极与第二感应线圈27的负极连接，第二感应线圈27的正极与第三感应线圈28的正极连接，直至最后第五感应线圈的负极为感应电压负极输出端口。
32.每个交替式感应线圈组的相邻两个感应线圈通过在其连接端设置过孔连接，过孔之间的连接线设置在柔性基底的顶层。本实施例的交替式感应线圈组中，所述第一感应线圈26两端对应设置有第一感应线圈第一过孔13和第一感应线圈第二过孔14，第二感应线圈27两端对应设置有第二感应线圈第一过孔15和第二感应线圈第二过孔16，第三感应线圈28两端对应设置有第三感应线圈第一过孔17和第三感应线圈第二过孔18，第四感应线圈29两端对应设置有第四感应线圈第一过孔19和第四感应线圈第二过孔20，第五感应线圈30两端对应设置有第五感应线圈第一过孔21和第五感应线圈第二过孔22；第一感应线圈第一过孔13、第二感应线圈第一过孔15、第三感应线圈第一过孔17、第四感应线圈第一过孔19、第五感应线圈第一过孔21处的电压极性一致，第一感应线圈第二过孔14、第二感应线圈第二过孔16、第三感应线圈第二过孔18、第四感应线圈第二过孔20、第五感应线圈第二过孔22处的电压极性一致，电压极性为正极或负极，即每个交替式感应线圈组的感应线圈串联时，前一感应线圈的连接端和与其连接的后一感应线圈的连接端电压极性相同。第一感应线圈第一过孔13与位于柔性基底顶层的第八焊盘8连接，第一感应线圈第二过孔14与第二感应线圈第二过孔16连接，第二感应线圈第一过孔15与第三感应线圈第一过孔17连接，第三感应线圈第二过孔18与第四感应线圈第二过孔20连接，第四感应线圈第一过孔19与第五感应线圈第一过孔21连接。
33.柔性基底上设置有第五焊盘5、第六焊盘6、第七焊盘7和第八焊盘8，第五焊盘5和第六焊盘6为位于孔左侧的交替式感应线圈组的感应电压输出端口，第七焊盘7和第八焊盘8为位于孔右侧的交替式感应线圈组的感应电压输出端口，因此称第五焊盘5~第八焊盘8为感应电压输出端口焊盘。当第五焊盘5和第六焊盘6设置于柔性基底的底层时，位于孔左侧的交替式感应线圈组的第一感应线圈26另一端直接与第六焊盘6连接，第五感应线圈30另一端直接与第五焊盘5连接。当第七焊盘7和第八焊盘8设置于柔性基底的底层时，位于孔右侧的交替式感应线圈组的第一感应线圈26另一端直接与第八焊盘8连接，第五感应线圈30另一端直接与第七焊盘7连接。当第五焊盘5和第六焊盘6设置于柔性基底的顶层时，位于孔左侧的交替式感应线圈组的第一感应线圈26通过其上的第一感应线圈第一过孔13与第六焊盘6连接，该交替式感应线圈组的第五感应线圈30通过第五感应线圈第二过孔22与焊盘第三过孔23连接，焊盘第三过孔23设置于激励线圈34的左外侧，焊盘第三过孔23与焊盘第四过孔24连接，焊盘第四过孔24与第五焊盘5连接，且焊盘第三过孔23与焊盘第四过孔24的连接线位于柔性基底的底层，焊盘第四过孔24与第五焊盘5的连接线位于柔性基底的顶层。当第七焊盘7和第八焊盘8设置于柔性基底的顶层时，位于孔右侧的交替式感应线圈组的第一感应线圈26通过其上的第一感应线圈第一过孔13与第六焊盘8连接，该交替式感应线圈组的第五感应线圈30通过第五感应线圈第二过孔22与焊盘第三过孔23连接，焊盘第三过孔23设置于激励线圈34的右外侧，焊盘第三过孔23与焊盘第五过孔25连接，焊盘第五过孔25与第七焊盘7连接，且焊盘第三过孔23与焊盘第五过孔25的连接线位于柔性基底的底层，焊盘第五过孔25与第七焊盘7的连接线位于柔性基底的顶层。即当感应电压输出端口焊盘设置于柔性基底的顶层时，每个交替式感应线圈组的两端分别通过过孔和对应的感应电压输出端口焊盘连接。
34.进一步的，每个交替式感应线圈组的相邻两个感应线圈通过在其连接端设置过孔连接时，过孔之间的连接线设置在柔性基底的顶层，本发明实施例中，所述第一感应线圈第
二过孔14与第二感应线圈第二过孔16的连接线，第二感应线圈第一过孔15与第三感应线圈第一过孔17的连接线，第三感应线圈第二过孔18与第四感应线圈第二过孔20的连接线，第四感应线圈第一过孔19与第五感应线圈第一过孔21的连接线均位于柔性基底的顶层。
35.将多个感应线圈整合为一个交替式感应线圈组，极大的降低了感应通道数量，使得每个交替式感应线圈组仅包含1个感应通道，简化了连接线路，对信号调理模块的需求量大大减少，降低了传感器网络成本和传感器网络的附加重量，且通过采集这一个感应通道的信号就可以监测单边裂纹是否产生以及裂纹的长度，简化了裂纹定量监测方法。
36.激励线圈34的相邻两匝激励线圈之间的距离即为本实施例的要求的裂纹监测精度，如本实施例可设置相邻两匝激励线圈之间相距1mm，相邻两匝激励线圈之间的距离可以根据柔性涡流阵列传感器的结构形式和要求的裂纹监测精度进行适当的调整。
37.因为每个交替式感应线圈组的所有感应线圈分别位于激励线圈34的相邻两匝激励线圈之间，因此激励线圈34的匝数比交替式感应线圈组的感应线圈数量多1，而交替式感应线圈组以及其内包含的感应线圈的数量，可以根据监测的结构的裂纹扩展情况设置，当监测的结构受力情况不明确时，可以设置多个交替式感应线圈组分布在监测的结构周边上，将圆周各个部位都进行监测。每个交替式感应线圈组的感应线圈数量可以根据裂纹监测范围进行增加或减少，如可在本实施例的交替式感应线圈组包含5个感应线圈的基础上，增加或减少每个交替式感应线圈组包含的感应线圈数量。如本实施例相邻两匝激励线圈之间相距1mm，而由于交替式感应线圈组包含5个感应线圈，因此其可监测的最大裂纹长度为5mm；如根据经验得知所监测结构的裂纹扩展长度可能超过5mm时，可适当增加交替式感应线圈组包含的感应线圈数量；如根据经验得知所监测结构的裂纹扩展长度可能远小于5mm时，可适当减少交替式感应线圈组包含的感应线圈数量。
38.本发明实施例可以将激励线圈和感应线圈印制在柔性基底上，也可以选择印制在一般的pcb硬板或其他可以印制线圈的板子上。激励线圈和感应线圈采用电路印刷技术制备，也可以采用导线绕制。
39.本发明实施例的交替感应式柔性涡流阵列传感器的形状不仅可以设置为环形的，还可设置为矩形或其他不规则形状，如图4所示，具体可依据需求设置。如在进行焊缝裂纹监测时，可采用矩形的交替感应式柔性涡流阵列传感器，此时交替式感应线圈组至少设置1个。
40.进一步的，为了将本实施例的交替感应式柔性涡流阵列传感器用于过孔结构的监测，方便线路设置，在每个交替感应式柔性涡流阵列传感器的顶层设置相互连通的第一焊盘1和第四焊盘4。
41.为了方便接线，将柔性基底顶层的第一焊盘1~第四焊盘4设置在同一区域，使得第二焊盘2和第三焊盘3影响了第一焊盘1和第四焊盘4的连接，为了规避该影响，在第一焊盘1处设置焊盘第一过孔9，在第四焊盘4处设置焊盘第二过孔10，焊盘第一过孔9与焊盘第二过孔10通过位于柔性基底底层的连接线连接。
42.实施例2在实施例1的基础上，以每个交替式感应线圈组包含6个感应线圈为例进行说明，即在实施例1的基础上，设置激励线圈34的匝数为7匝，在其第六匝激励线圈和第七匝激励线圈之间设置第六感应线圈31，第七匝激励线圈的端部设置激励线圈第二过孔12；且第六
感应线圈31的两端对应设置第六感应线圈第一过孔32和第六感应线圈第二过孔33，第六感应线圈第一过孔32处与第五感应线圈第一过孔21处的电压极性一致，第六感应线圈第二过孔33与第五感应线圈第二过孔22处的电压极性一致，第五感应线圈第二过孔22与第六感应线圈第二过孔33连接。位于监测的孔的左侧的交替式感应线圈组的第六感应线圈第一过孔32与位于柔性基底顶层的第五焊盘5连接，位于监测的孔右侧的交替式感应线圈组的第六感应线圈第一过孔32与位于柔性基底顶层的第七焊盘7连接。此时，通过以下方法进行裂纹监测：步骤s1、根据所监测结构的形状确定交替感应式柔性涡流阵列传感器的形状，根据所监测结构的受力方向和裂纹扩展方向确定交替式感应线圈组的数量和布局，根据要求的裂纹监测精度确定激励线圈34的相邻两匝激励线圈的距离，根据要求的裂纹长度监测范围确定激励线圈34的匝数和每个交替式感应线圈组的感应线圈数量。如果监测的是孔结构，则设置交替感应式柔性涡流阵列传感器的形状为圆形，并设置两个交替式感应线圈组，使两个交替式感应线圈组对应位于所监测孔结构的受力方向左右两侧；如果所监测孔结构的受力方向不确定时，则设置多个交替式感应线圈组均匀分布在监测孔结构的周边。如果监测的是焊缝结构，则设置交替感应式柔性涡流阵列传感器的形状为矩形，并设置至少一个交替式感应线圈组，至少一个交替式感应线圈组沿着焊缝长度方向设置。
43.步骤s2、根据所监测结构的受力方向，分析所监测结构的应力集中部位，确定交替感应式柔性涡流阵列传感器的设置位置。如实施例1，当所监测结构为孔结构时，分析出孔结构的应力集中部位为孔边左右两侧，因此将交替感应式柔性涡流阵列传感器设置在孔边；如果监测的是焊缝结构，则将交替感应式柔性涡流阵列传感器粘贴在焊缝位置。
44.步骤s3、实时监测交替感应式柔性涡流阵列传感器的每个交替式感应线圈组的感应电压，绘制每个交替式感应线圈组的感应电压曲线；步骤s4、判断每个交替式感应线圈组的感应电压曲线中是否存在来回震荡的拐点，如存在，则该交替式感应线圈组所在位置即为裂纹萌生的位置，采用裂纹监测精度乘以每个交替式感应线圈组的感应电压曲线中电压来回震荡的拐点数即为每个交替式感应线圈组监测的裂纹长度。
45.由于激励线圈34采用的是同向激励布局，所以对于任意一侧，分布在相邻两匝激励线圈之间的所有感应线圈的感应电压方向都是一致的，均是左端为高电势点、右端为低电势点（每个交替式感应线圈组的所有感应线圈均放置在相邻两匝激励线圈中间靠左侧的位置），或左端为低电势点、右端为高电势点（每个交替式感应线圈组的所有感应线圈均放置在相邻两匝激励线圈中间靠右侧的位置）。
46.当设置每个交替式感应线圈组的所有感应线圈均放置在相邻两匝激励线圈中间靠左侧时，每个交替式感应线圈组的所有感应线圈左端为高电势点、右侧为低电势点， 6个感应线圈的电势差对应为v1、v2、v3、v4、v5、v6，如图5所示，从端点m开始，各个感应线圈之间的连接方式为13
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14
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16
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15
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17
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18
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20
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19
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21
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22
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33
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32。根据6个感应线圈之间的连接方式，存在关系式（1）：-v1 v
2-v3 v
4-v5 v6=v；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）因为设置的6个感应线圈左侧的电势高于右侧的电势，所以电压从m端走向n端，可以看出，a的电势高于b的电势，所以从a到b，电势下降v1，因此，为-v1，b点和d点的电势相同，
d点到c点过程中，电势增加，所以为v2，进而得出m端和n端之间的电势差为-v1 v
2-v3 v
4-v5 v6=v。
47.同理，当设置每个交替式感应线圈组的所有感应线圈均放置在相邻两匝激励线圈中间靠右侧，每个交替式感应线圈组的所有感应线圈左端为低电势点、右侧为高电势点，从端点n开始，各个感应线圈之间的连接方式为32
→
33
→
22
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21
→
19
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20
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18
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17
→
15
→
16
→
14
→
13，根据6个感应线圈之间的连接方式，存在关系式（2）：v
1-v2 v
3-v4 v
5-v6=v；
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（2）每个交替式感应线圈组的所有感应线圈左端为高电势点、右侧为低电势点为例，当裂纹依次穿过交替式感应线圈组的每个感应线圈时，每个感应线圈两端的感应电势差会增大。比如，当裂纹穿过第一感应线圈26时，第一感应线圈26两端的感应电势差将正向增大，因此，v1增大，其它感应线圈的感应电势差不发生变化，结合式（1）可知，整体的感应电势差v将减小，直至当裂纹继续扩展穿过第一感应线圈26进入第二感应线圈27时，第一感应线圈26两端的感应电势差不再发生变化；在裂纹扩展进入第二感应线圈27后，第二感应线圈27两端的感应电势差将增加，因此，v2增大，整个线圈的感应电势差v将增大，直至当裂纹继续扩展穿过第二感应线圈27进入第三感应线圈28时，第二感应线圈27两端的感应电势差不再发生变化；同理，当进入第三感应线圈28时，整体线圈的感应电势差v又将减小，直至当裂纹继续扩展穿过第三感应线圈28进入第四感应线圈29时，第三感应线圈28两端的感应电势差不再发生变化；当进入第四感应线圈29时，整体线圈的感应电势差v又将增大，直至当裂纹继续扩展穿过第四感应线圈29进入第五感应线圈30时，第四感应线圈29两端的感应电势差不再发生变化；当进入第五感应线圈30时，整体线圈的感应电势差v又将减小，直至当裂纹继续扩展穿过第五感应线圈30进入第六感应线圈31时，第五感应线圈30两端的感应电势差不再发生变化；当进入第六感应线圈31时，整体线圈的感应电势差v又将增大，直至当裂纹继续扩展完全穿过第六感应线圈31，第六感应线圈31两端的感应电势差不再发生变化。所以可以看出，采用这种布局的方式，整体线圈的感应电势差会随着裂纹的扩展呈现来回升降的趋势。因此，在使用过程中，可以根据传感器整体线圈的感应电势差v的来回震荡的拐点数对裂纹的扩展情况进行监测。
48.为了验证采用交替式感应线圈组的柔性涡流阵列传感器具有裂纹定量监测效果，开展了仿真研究，本仿真为了提高计算效率，采用了3个感应线圈作为验证，仿真结果如图 6所示。图6中，裂纹未达到1mm，曲线上看起来是有点下降的趋势，这是因为感应线圈存在的边缘效应，即裂纹未扩展至激励线圈34的下方时第一个感应线圈的信号会有一定的变化，但是该变化的变化量很小，可以忽不计，当裂纹扩展至1mm，此时裂纹刚刚在第一匝激励线圈下方，随着裂纹的继续扩展，第一个感应线圈的感应电压会发生急剧变化，因此，可以根据这个点来裂纹的扩展情况。本仿真中相邻激励线圈之间的间距为1mm，根据仿真结果可以看出，当裂纹扩展到1mm时，进入第一感应线圈26，整个交替式感应线圈组的感应电压开始下降，裂纹尖端开始进入第二感应线圈27时，整个交替式感应线圈组的感应电压开始上升，当裂纹继续扩展到3mm时，开始进入第三感应线圈28，整个交替式感应线圈组的感应电压开始下降。由此可以看出，随着裂纹的扩展，整个交替式感应线圈组的感应电压呈现来回震荡。通过交替式感应线圈组的感应电压来回震荡的拐点数以及监测精度来进行裂纹长度的定量监测，根据仿真结果可知，当裂纹扩展到3mm时，交替式感应线圈组的感应电压共出现
了3个拐点，而监测精度为1mm，因此，根据交替式感应线圈组的感应电压来回震荡的拐点数以及监测精度求得此时的裂纹长度为3mm，与实际裂纹长度一致。
49.本发明实施例的交替感应式柔性涡流阵列传感器还可用于监测多孔结构，在进行多孔结构监测时，一个交替感应式柔性涡流阵列传感器可以用于其中一个孔的孔边裂纹扩展监测，此时，需要将多个孔对应的多个交替感应式柔性涡流阵列传感器串联起来，具体是将多个交替感应式柔性涡流阵列传感器的激励线圈34串联起来，具体是：对于第一个交替感应式柔性涡流阵列传感器，使其第四焊盘4接地线，使其第三焊盘3接射频线的芯线，使其第二焊盘2接下一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第三焊盘3，使其第一焊盘1接下一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第四焊盘4；对于中间的交替感应式柔性涡流阵列传感器，使其第三焊盘3接前一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第二焊盘2，使其第二焊盘2接下一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第三焊盘3，使其第四焊盘4接前一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第一焊盘1，使其第一焊盘1接下一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第四焊盘4；对于最后一个交替感应式柔性涡流阵列传感器，使其第二焊盘2接自身的第一焊盘1，使其第三焊盘3接前一个交替感应式柔性涡流阵列传感器的第二焊盘2。
50.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。