馬海桃,楊 晨,段滋華

(太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,太原 030024)

1 微波檢測系統(tǒng)

試驗所用微波檢測系統(tǒng)主要由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(信號源、數(shù)據(jù)分析和采集系統(tǒng))、發(fā)射天線、接收天線等構(gòu)成,如圖1 所示。

圖1 微波無損檢測系統(tǒng)

微波檢測試驗主要利用了微波具有對金屬材料的反射特性及對非金屬材料的穿透特性。微波輻射到被檢金屬試件后,對反射回來的微波信號進行檢測和分析。網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號源發(fā)射點頻連續(xù)波,發(fā)射天線將信號按指定方向入射到試件表面時,會產(chǎn)生反射和折射,其反射波與試件的材料性質(zhì)有關(guān)。而微波遇到金屬時基本上全反射,能量損失較小,反射回來的微波被接收天線所接收,并輸入到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。通過測取能體現(xiàn)反射波能量大小的特征參數(shù)(如幅值、插損值等)的變化,可以檢測出試件有無材料不連續(xù)界面和介質(zhì)的電磁參數(shù)。

2 微波檢測信號分析

在研究微波對金屬材料連續(xù)界面的反射特性試驗中,選用規(guī)格為1 000 mm×1 000 mm×3 mm 的正方形鋼板作為被檢試件,鋼板至發(fā)射及接收天線的距離為240 cm 。試驗檢測結(jié)果表明,插損值約為無金屬板時的20 倍,接收天線所接收到的信號強度為無金屬板時的170 倍;通過觀察天線方向圖,得出信號強度最小值所對應(yīng)的相位出現(xiàn)很大偏移;同時得出接收信號強度與金屬板上的輻射面積有關(guān)。

在研究微波對金屬材料不連續(xù)界面-鋼板間的預(yù)制裂縫的反射特性試驗中,檢測數(shù)據(jù)經(jīng)過線性擬合,結(jié)果表明插損值與不連續(xù)界面尺寸成正比。圖2 為多次檢測結(jié)果的缺陷尺寸與插損變化關(guān)系線性擬合曲線。

圖2 缺陷尺寸與插損變化關(guān)系圖

為了有效地檢測非金屬材料對微波場的影響,在初步試驗中將采用常見的非金屬材料——木板,將其覆蓋在鋼板表面進行定距離的微波無損檢測。經(jīng)過多次檢測鋼板和覆蓋木板后的鋼板,插損變化情況見表1。由此可見,木板等非金屬對微波信號影響相對于金屬缺陷對微波信號影響較小。

表1 覆蓋木板時的插損變化

3 結(jié)論

通過綜合研究微波對非金屬材料的穿透特性、對金屬材料的反射特性及微波場與材料相互作用時產(chǎn)生各種極化現(xiàn)象,得出以下結(jié)論:

(1)利用微波對金屬材料的反射特性,采用微波無損檢測系統(tǒng),通過檢測反射波特征參數(shù)的變化,可以實現(xiàn)對金屬材料表面缺陷的檢測。

(2)利用微波對非金屬材料的透射特性,透過非金屬層,可實現(xiàn)對金屬表面缺陷的非接觸檢測,從而能應(yīng)用于埋地管道等一些在非金屬掩蓋下的金屬表面缺陷的非開挖檢測。