微波检测主要方法

方法 穿透法 反射法
散射法 干涉法
涡流法 层析法
表 9.1 各类微波检测方法的物理现象和用途
物理现象
用途
在材料内传输的微波，依照材料内 测厚、密度、湿度、介电常数、固化度、热老化度、
部状态和介质特性不同而相应发生 化学成分、混合物含量、纤维含量、气孔含量、夹杂以
透射、散射和部分反射等变化
及聚合、氧化、酯化、蒸馏、硫分的测量
图 9.1 为常用微波传感器布置。
收发器
材 发射器 料
接收器
材料 材才料 (a)单传感器反射方法
(b)穿透方法
发射器
接收器
材料
(c)收发分置反射法
发射器
材料
接收器
(d)正交放置散射法
图 9.1 常用微波传感器布置图
第二节 微波检测主要方法
一、微波穿透法
（一）系统 微波穿透（或称传输）法检测系统如图 9.1（a）所示。微波信号源用来产生等幅连续波， 扫频波和脉冲调制波。当被测材料对微波有吸收时，比如含有水分，透射波随传输距离增大 而衰减。在检测前，应把系统中指示器灵敏度放在最小位置，以免过载而损坏。如果系统阻 抗不均匀，可采用阻抗过渡办法得到匹配。根据幅度、相位的变化反映材料内部状况这一特 点，就可进行材料物理和化学变化的测定。
（2）聚氯乙烯材料 在平板试样中刻有不同宽度 b 和深度 t 的矩形槽，其截面积 bt
为 4 mm2 ，如图 9.4 所示。图中实线和虚线的意义同（1）所述，比较两者可以发现当槽宽
b≥6mm 时，缺陷信号幅度大小与缺陷深度大小成正比。
（3）聚氯乙烯材料 在平板试样中钻不同直径和深度的圆孔，其容积等于 15.7 mm3 。
平底孔中心轴与微波波束轴线平行。图 9.5 平底孔的直径对缺陷信号的宽度影响较小，在 0.2~2.2mm 整个范围内孔深与缺陷信号幅度也成比例。
信号幅度 (µV)
1.0
0.5
0 0
发射
r
1.0
0.5
50
100
150 200
d
距离(mm)
图 9.3 钻孔信号比较 1.0
信号幅度(µV)
1.0 0.5
0 0
毫米（相应于材料内波长 / r ）的直孔，它们距表面分别为 5、10、15、20、25mm（电
场强度矢量方向平行于钻孔方向），扫描试样检测结果如图 9.3 所示。曲线下凹部分就是缺 陷信号。实线表示收发探头都用开口波导的结果；虚线表示接收用开口波导，发射用喇叭加 透镜的结果。随着小孔到接收探头距离的减小，缺陷信号幅度增大，曲线宽度减小（曲线更 加尖锐）。对位于中间的小孔，曲线宽度减小，旁瓣数增加。
由材料表面和内部反射的微波，其 检测各类玻璃钢材料，宇航防热用铝基厚聚氨脂泡沫、
幅度、相位或频率随表面或内部状态 胶接工件等的裂纹、脱粘、分层、气孔、夹杂、疏松；
（介质特性）而相应变化
测定金属板材、带材表面的裂纹，划痕深度；测厚，测
位移距离，方位以及测湿、测密度、测混合物含量
贯穿材料的微波随材料内部散射中 检测气孔、夹杂、空洞、裂纹
微波信号源
指示器
发射探头
接收探头
隔离器 衰减器
检Leabharlann Baidu器
试件
指示器
20dB 定向耦合器
检波器
微波信号源
相位比较器
试件
发射探头
接收探头
同相 90相移 输出 输出
(a)
(b)
图 9.2 微波穿透检测系统
从接收喇叭探头取得的微波信号可以直接和微波信号源的信号比较幅度和相位。如图
9.2（b）所示。在此参考信号取V0 cost ，则接收信号
散射法 — 反向散射法
干涉法多点频频全驻息波法法
扫频干涉法
微波涡流法
反射CT法
层析法 — 计算机辅助断层成像CT 法穿透CT法
衍射CT法
各类微波检测方法如表 9.1。该表对各种物理现象和用途进行了比较。辐射计方法在被 动式检测中具有广泛的应用。在主动式检测中，特别是利用透射材料的微波在介质内部的衰 减、反射、衍射、色散、相速等物理特性的改变，测定多个方向的投影值，并将它与滤波（核） 函数卷积，再进行反投影，用计算机重建图像的方法，检查非金属材料及其复合结构件断层 剖面质量和加速器粒子束或等离子体的状态，用于射电天文，电磁探矿和地层分布测绘等。 反映物体内不同部位的大小形态、成份及其变化过程。这是今后重点发展的方向。
0.5
50
100
150
距离(mm)
图 9.4 相同截面的矩形槽信号曲线(聚氯乙烯板厚 22 毫米)
V cost V cos cost V sin sint
式中, V sin 为正交分量（也称 90º 相移分量）；V cos 为同相分量。
（二）分类 穿透法（传输法）有三种：点频连续波法、扫频连续波法、脉冲调制波法。 1．点频连续波穿透法 微波发生器的频率是稳定的，且是窄带的；或者是所要求的频带宽度内材料性质随频 率改变非常小，从而对频率并非特别敏感。点频连续波传输的两种分量（同相和 90º 相移） 都能检测，且相互干扰很小。 用穿透法检测玻璃钢或非金属胶接件缺陷，也主要是监视接收微波束相位或幅度的变 化。为改善微波辐射波束，可采用介质透镜，以保证波束横截面窄小，提高分辨率。 下面举三个实例说明： （1）甲基丙烯酸甲酯材料 在厚度 36 毫米的平板试样中，平行于表面钻 5 个直径为 2
心（气孔、夹杂、空洞）而随机地发
生散射、
两个或两个以上微波波束同时以相 检测不连续性缺陷（如分层、脱粘、裂缝），图像显示
同或相反方向传播，彼此产生干涉，
监视驻波相位或幅度变化，或建立微
波全息图象
利用入射极化波、微波电桥或模式 检测金属表面裂缝，其深度取决于频率和传播微波的
转换系统，测定散射、相位信号，探 模式
知裂缝
利用透射材料的微波在介质内部的 检查非金属材料及其复合结构件断层剖面质量和加
衰减、反射、衍射、色散、相速等物 速器粒子束或等离子体的状态，用于射电天文，电磁探
理特性的改变，测定多个方向的投影 矿和地层分布测绘等。反映物体内不同部位的大小形态、
值，并将它与核函数卷积，再进行反 成份及其变化过程
投影，用计算机重建图像
第九章 微波检测主要方法
第一节 微波检测方法分类
微波检测方法分主动式和被动式两种，后者包括辐射计检测方法。主动式微波法如下：
点频连续波穿透法
穿透法扫频连续波穿透法
脉冲调制波穿透法
定向耦合器法
微波法反射法魔T
单探头
双探头
—
点频连续波反射法 频扫率频调连制续波波反反射射法法 脉冲调制波反射法 时域反射法