譚 錚

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

近年來，在國際競爭越發(fā)激烈的時(shí)代背景之下，航天事業(yè)的發(fā)展已經(jīng)成為了評(píng)判國家綜合國力的重要指標(biāo)。在國家相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略大力支持下，我國航天事業(yè)也取得了快速進(jìn)步，逐步邁向航天事業(yè)強(qiáng)國的方向發(fā)展。在飛行器飛行過程中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)榻饘倭鸭y的存在，導(dǎo)致其出現(xiàn)一些安全故障。如果裂紋較小，只需要運(yùn)用一些修補(bǔ)技術(shù)便可以讓其穩(wěn)定在運(yùn)行狀態(tài)中。但如果出現(xiàn)一些較大裂紋時(shí)，便會(huì)對(duì)飛行器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致許多不可避免的損失。由此可見：研究微帶天線傳感器的金屬裂紋無損檢測(cè)技術(shù)具有積極的社會(huì)意義，希望本篇文章的發(fā)表能夠?qū)ο嚓P(guān)工作人員產(chǎn)生一定啟示。

1 金屬裂紋無損檢測(cè)技術(shù)概述

從金屬裂紋無損檢測(cè)技術(shù)概念角度來看，其主要指的是在開展金屬檢測(cè)工作中，能夠達(dá)到既定檢測(cè)任務(wù)和要求。同時(shí)，不會(huì)對(duì)金屬物體產(chǎn)生較大影響的一種檢測(cè)技術(shù)。從檢測(cè)原理來看，如果在物體內(nèi)部出現(xiàn)了一定受損問題，其內(nèi)部參數(shù)、規(guī)格等內(nèi)容會(huì)出現(xiàn)較大偏差。工作人員可以通過對(duì)一些物理參數(shù)的研究，找出其中所存在的各種故障問題，并對(duì)其進(jìn)行有效檢測(cè)[1]。在當(dāng)前階段工作中，無損檢測(cè)技術(shù)因其安全性優(yōu)勢(shì)較為明顯，并且還能夠減少不必要成本消耗，已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)檢測(cè)工作中得到了廣泛應(yīng)用。具體來看，這種檢測(cè)方式主要可以分為接觸式和非接觸式兩種主要類型。在非接觸式檢測(cè)模式應(yīng)用中，其減少了和被檢測(cè)物體的直接接觸。通過光、電、磁等技術(shù)性手段實(shí)現(xiàn)對(duì)物體檢測(cè)。在完成檢測(cè)工作之后，還需要對(duì)檢測(cè)信息進(jìn)行收集和再處理。如果在后期工作中需要利用各種信息的話，都可以將前期檢測(cè)的信息應(yīng)用到此過程中來。因其檢測(cè)面積大、效率高，成為了該檢測(cè)方式得以在社會(huì)層面得到廣泛應(yīng)用的重要原因。但任何事物發(fā)展都要從兩個(gè)方面來看，在正視到這種檢測(cè)方式優(yōu)勢(shì)同時(shí)，也要看到其中所在的弊端。因其技術(shù)含量高，在開展檢測(cè)工作時(shí)，所需要投入的成本相對(duì)較高。另外，對(duì)技術(shù)操作人員專業(yè)素養(yǎng)要求較高、步驟繁瑣都是現(xiàn)階段工作中面臨的主要弊端性問題。在接觸式檢測(cè)模式應(yīng)用中，需要檢測(cè)儀器和被檢測(cè)物體進(jìn)行親密接觸。從該方面特點(diǎn)來看，這還在一定程度上緩解了在非接觸式檢測(cè)模式中所存在的弊端問題。其中所在的傳感器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)，還能夠減少不必要成本消耗，已經(jīng)成為了未來很長一段時(shí)間該技術(shù)發(fā)展的主要模式。

2 微帶天線傳感器的金屬裂紋無損檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 微帶天線傳感器的金屬裂紋無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用原理

在本次所設(shè)計(jì)的裂紋檢測(cè)傳感器中，其主要由接地板、介質(zhì)層以及輻射貼片三個(gè)部分組合而成。其中，在輻射貼片和接地板中，其主要是由導(dǎo)電金屬組合而成。借助到多種不同諧振頻率的方式，將其形成一種特殊化電磁諧振腔。具體來看，在這種電磁諧振腔形成過程中，充分發(fā)揮了輻射貼片和金屬接地板的積極作用。根據(jù)具體工作形式，將其組合從而形成。在此過程中，主要檢測(cè)的是回波損耗和諧振頻率兩個(gè)檢測(cè)參數(shù)[2]。本篇文章主要應(yīng)用的是微帶天線傳感器，呈現(xiàn)出矩形特征。因此，其諧振模式輻射有平行于傳感器輻射貼片的幾何長度和幾何寬度兩種模式。

2.2 有線微帶天線傳感器的加工設(shè)計(jì)

2.2.1 厚膜加工工藝

在厚膜技術(shù)應(yīng)用過程中，其充分融合了多種電子漿料、布線技術(shù)以及各種高密度組裝工藝技術(shù)的積極作用。將其融為一體后，形成一種新式微電子技術(shù)。在當(dāng)前階段，因其優(yōu)勢(shì)較為明顯，已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。在航空航天、軍事工業(yè)中，更是因其所獨(dú)有的高可靠性，成為了許多技術(shù)人員的首選操作。同時(shí)，厚膜技術(shù)作為集成電路得以順利發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在現(xiàn)階段以及未來很長一段時(shí)間發(fā)展中都彰顯了其自身所獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。在經(jīng)過厚膜技術(shù)處理之后的膜，具有一定的電氣特征和持久性特征。在進(jìn)行相關(guān)性處理和操作過程中，必須要做好前期工作。將漿料中所存在的有機(jī)成分進(jìn)行剔除，在此基礎(chǔ)之上，才能完成燒結(jié)膜處理。該技術(shù)應(yīng)用過程中，最為關(guān)鍵和核心的便是金屬漿料和絲網(wǎng)印刷工藝。其主要流程主要包括了金屬漿料制備、網(wǎng)板制作、印刷、干燥處理、燒結(jié)和封裝作業(yè)。

2.2.2 絲網(wǎng)印刷工藝

在開展該部分工作時(shí)，需要充分認(rèn)識(shí)到絲網(wǎng)網(wǎng)印板制作所產(chǎn)生的影響。具體來看，作為絲網(wǎng)印刷一種重要工作環(huán)節(jié)，網(wǎng)板大小、精細(xì)度、位置和形狀等因素，都會(huì)在一定程度上或多或少影響著網(wǎng)板制作。從網(wǎng)板圖案形成原理角度來看，其主要指的是將網(wǎng)布放置在網(wǎng)框上，對(duì)其進(jìn)行覆蓋之后，并進(jìn)行固定處理[3]。之后，借助到激光制板方式的積極作用，結(jié)合具體工作需求，完成網(wǎng)布圖案繪制工作。從其本質(zhì)上來看，就是將圖案部分進(jìn)行鏤空處理。充分發(fā)揮出刮板積壓工作的積極作用，使得金屬漿料能夠在圖案鏤空處漏下去，便會(huì)形成一種和原稿相同的圖案。

2.2.3 有線微帶天線傳感器的制備流程

（1）選擇一片規(guī)格為40mm×40mm×1mm的氧化鋁陶瓷片，如果無法對(duì)其規(guī)格進(jìn)行控制，則需要找到一片相似性陶瓷片，對(duì)其進(jìn)行切割處理。借助到無水乙醇的積極作用，將其表面進(jìn)行反復(fù)性沖洗處理，避免雜質(zhì)存在。

（2）完成氧化鋁陶瓷片清洗工作之后，需要將所有需要利用到的材料放置于印刷處。需要注意的是，在開展網(wǎng)板和氧化鋁位置調(diào)節(jié)工作中。將網(wǎng)板數(shù)目控制在合理范圍之內(nèi)。在具體印刷過程中，刮刀不同力量大小也會(huì)對(duì)最終設(shè)計(jì)效果產(chǎn)生影響[4]。因此，從該角度角度出發(fā)，多是將其控制在15N～20N之間。從其影響來看，如果用力過大。很容易導(dǎo)致絲網(wǎng)出現(xiàn)變形現(xiàn)象。如果用力過小，則會(huì)在完成印刷工作之后，網(wǎng)板上留有殘余物質(zhì)。

（3）完成上述操作之后，則需要對(duì)基板進(jìn)行位置調(diào)節(jié)工作。嚴(yán)格控制網(wǎng)板和氧化鋁之間的位置。在網(wǎng)板數(shù)目方面，需要嚴(yán)格貫徹“適度原則”，切不可因網(wǎng)板數(shù)量過多導(dǎo)致對(duì)漿料產(chǎn)生阻礙現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）在整個(gè)設(shè)計(jì)工作中，刮刀因其用途廣泛，發(fā)揮了不可估量的作用。結(jié)合具體工作需求，將金屬銀漿料進(jìn)行位置調(diào)節(jié)工作之后，則需要對(duì)其進(jìn)行施壓處理。從其影響來看，當(dāng)完成了該部分操作之后，金屬漿料會(huì)有很大一部分下落在氧化鋁基板位置上，這主要是因?yàn)槠渲袝?huì)有一個(gè)缺口存在。如果發(fā)現(xiàn)其中某個(gè)部分沒有網(wǎng)口，金屬漿料則不會(huì)滲漏。在完成該部分操作之后，便可以開展后續(xù)工作。

（5）將完成印刷輻射貼片的陶瓷片放置于馬弗爐中，結(jié)合具體情況，設(shè)置燒結(jié)曲線，對(duì)傳感器進(jìn)行共燒處理。為了進(jìn)一步提升工作效率，確保在生瓷片中的所有有機(jī)物能夠得到充分燃燒和完全揮發(fā)，需要對(duì)其溫度和時(shí)間進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。在溫度方面，需要將其控制在400℃左右。在時(shí)間方面，則需要將其進(jìn)行1小時(shí)燃燒。在最后處理中，為了確保金屬漿料能夠完全燒結(jié)，還需要對(duì)其溫度進(jìn)行調(diào)整。綜合了相關(guān)調(diào)查和研究可以發(fā)現(xiàn)：在最后半個(gè)小時(shí)之內(nèi)，將溫度曲線控制在850℃左右，便是最為理想的狀態(tài)。最后，只需要將其放置溫室環(huán)境中進(jìn)行冷卻處理之后，便是完成了傳感器制作工作。

（6）借助到焊錫焊的積極作用，制作SMA頭，將其放置在制作完成的傳感器上。

3 檢測(cè)金屬裂紋的無線無源微帶天線傳感器的設(shè)計(jì)與測(cè)試

3.1 無線無源微帶天線傳感器檢測(cè)金屬裂紋工作原理

從其應(yīng)用原理角度來看，在開展具體測(cè)試工作時(shí)，天線會(huì)根據(jù)具體工作需求，向傳感器發(fā)出詢問信號(hào)。當(dāng)傳感器接收到信號(hào)之后，會(huì)將信號(hào)進(jìn)行分批處理。其中，一部分信號(hào)會(huì)在傳感器內(nèi)部發(fā)出諧振頻，另外一部分信號(hào)則會(huì)反射到天線部分[5]。通過對(duì)返回信號(hào)的分析處理，便可以對(duì)金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。如果發(fā)現(xiàn)金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)裂紋較大問題時(shí)，傳感器諧振頻率會(huì)發(fā)生極為明顯的變化。如果沒有對(duì)其進(jìn)行及時(shí)控制，將會(huì)使得天線返回矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中。在天線返回矢量分析儀中，便可以對(duì)其變化數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確讀取。

3.2 無線無源微帶天線傳感器的制備過程

在進(jìn)行該部分傳感器制備工作中，材料方面，仍然選擇的是文章上述內(nèi)容中所提到的氧化鋁陶瓷和金屬銀漿料在制作工藝方面，仍然選用文章上述所提到的厚膜工藝。具體制備工藝如下：

選擇一片氧化鋁陶瓷片，將其切割為型號(hào)為30mm×30mm×0.5mm。隨后，在制作完成的鋼絲網(wǎng)版上有氧化鋁陶瓷片的一面進(jìn)行輻射貼片印刷工作。完成之后，則需要將此陶瓷片放入到馬弗爐中，進(jìn)行加溫處理。為了保障生瓷片中所有有機(jī)物能夠得到完全發(fā)揮，需要讓其在400℃左右燃燒一小時(shí)。之后，便需要讓其在850℃左右，時(shí)間控制在30min。

4 結(jié)束語

綜上所述，本篇文章主要針對(duì)的是在航空飛行器表面上出現(xiàn)的裂紋問題，提出一種新式檢測(cè)技術(shù)。從其特點(diǎn)來看，這種傳感器，其體積較小、質(zhì)量輕，并且能夠和飛行器快速達(dá)到共形、靈敏程度較高。盡管是在具體工作中出現(xiàn)了亞毫米的裂紋，也能夠進(jìn)行有效檢測(cè)。