金属表面缺陷的微波检测

金属表面缺陷的微波检测
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金属表面缺陷的微波检测
一、金属外表面缺陷的检测
微波入射到金属表面时，由于金属表面存在不同缺陷（如条形缺陷、圆孔型缺陷）会引起各项参数（如对数幅值、相位以及频率等）参数的变化，通过检测这些参数的变化可检测表面缺陷。

（1）缺陷的测定
图1显示了在扫频范围为12.4~18GH Z时，探测到宽度为8mm，深度为3mm 的条形裂纹的特征信号。

图1 金属外表面缺陷的检测
由图1可知，①：当波导探头在金属表面没有扫描到缺陷时，波导口与被检测表面形成一个短路电路，其幅值稳定在-1.2dB左右；当波导探头扫描到缺陷时，缺陷的特征信号幅值将随着裂纹在波导口中的位置变化而变化，由此可实现对金属表面缺陷的测定。

②：当波导探头扫描到缺陷时，幅值由最开始的稳定状态变化至最小值，此时波导口正对准裂纹中心，当波导探头继续扫描，幅值又由最小值恢复至稳定值。

（2）宽度的表征
图2显示了在扫频检测下7条不同裂纹宽度在相同深度下的特征信号曲线。

图2 不同宽度裂纹的测定
由图得出宽度随对数幅值的变化呈现一定的规律，随宽度的逐渐增大，幅值的变化也逐渐增大，因此，可以由幅值的变化幅度，实现对裂纹宽度尺寸的评估。

（3）深度的表征
深度变化时其对数幅值的变化趋势不明显，即无法利用回波对数幅值的变化来表征缺陷的深度特征。

对宽度为1mm、2mm、3mm、4mm的四块深度试验板进行同样方式的相位测试，发现检测每块试验板回波损耗突变点对应频率fa>fb时的深度，分别是5mm、5mm、5mm和5.5rmn。

在每一次的检测试验中，相位发生变化的响应频段在14GHz到15GHz之间，也就是说此时的1/4λ约等于5mm。

那么对于开始出现fa>fb的深度值也不成为偶然，这表明，当深h接近或者大于1/4λ时，fa>fb 反正，也成立。

二、金属管道内表面缺陷的检测
金属管道内表面缺陷的检测以导波理论为基础，将被检测的金属管道视为微波波导，通过矢量网络分析仪对其进行传输和反射特性的测试来判断和定位管道的表面缺陷。

（1）缺陷位置的确定
缺陷定位检测是在时域内实现的检测。

在时域全景图中，横坐标为微波传播时间，单位为ns，纵坐标则是反射系数，如图3所示。

图中光标1所指的位置是微波在传输中遇到缺陷时的响应，此时的反射系数最大。

图3 传输波遇到缺陷时的响应
表面缺陷的定位可通过观察反射系数发生突变的位置对应的电长度值得出，因此首先需要测出实际位置与电长度的对应关系。

且反射系数最大处所对应的电长度可以由时间t乘以传播速度c得到。

将金属块模拟焊瘤缺陷分别置于管道内的不同位置，在时域下检测反射系数突变点对应的电长度，得到如图4中的各个对应点。

图中各个点表示将金属块置于管道一定位置时，所引起的反射系数突变下对应的电长度值
图4 管道内壁缺陷的定位
三、问题
1、对于金属外表面缺陷深度的表征没有固定的模式；
2、导波原理确定管道内表面缺陷时能定位缺陷位置，但缺陷种类不能很好表征；
3、确定管道内表面缺陷时，如缺陷距离较近，会产生干扰，影响测试效果；
4、传输波在金属管道内传播时会产生衰减和波动，影响检测效果。