微波檢測(cè)技術(shù)的畢業(yè)論文

1、<p>　　分類號(hào) 編號(hào)</p><p>　　畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）</p><p>　　微 波 檢 測(cè) 技 術(shù)</p><p>　　Micro-wave detection technology</p><p>　　申請(qǐng)學(xué)位： 學(xué)士學(xué)位

2、 </p><p>　　院 系： 光電信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書</p><p>　　[摘要] 伴隨著科技的不斷進(jìn)步，微波測(cè)量技術(shù)也成為一種在人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷牡臏y(cè)量技術(shù)，經(jīng)過人們的不懈努力核對(duì)科學(xué)的追求，微波測(cè)量技術(shù)也不斷的更新，解決了不少以前人們?cè)谟龅降臋z測(cè)的問題，比如遇到地震或者山體滑坡或被建筑物掩埋的生命，人們

3、不能直接觀察的到的時(shí)，可以用微波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)方法在現(xiàn)代生產(chǎn)中已經(jīng)得到人們廣泛的關(guān)注,為解決好這個(gè)問題,就必須對(duì)無(wú)損檢測(cè)方法及其特征有較全面的了解。所謂無(wú)損檢測(cè),是在不損傷材料和成品的條件下研究其內(nèi)部和表面有無(wú)缺陷的手段。也就是說(shuō),它利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的異?；蛉毕莸拇嬖谒鸬膶?duì)熱、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化,評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)異常和缺陷存在及其危害程度。</p><p>　　本文主要介紹有關(guān)微波檢測(cè)的原理和特點(diǎn)，在

4、第二章介紹了微波檢測(cè)的幾種方法：透射法，反射法，散射法，干涉法，微波渦流法。最后介紹了計(jì)算機(jī)輔助斷層成像法（即CT法）。本文在介紹這幾種檢測(cè)方法的同時(shí)也附帶著實(shí)驗(yàn)連接裝置圖。</p><p>　　[關(guān)鍵字]：微波；微波檢測(cè)； 駐波；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；無(wú)損成像技術(shù) </p><p>　　[Abstract] Along with the continuous progres

5、s of science and technology, microwave measurement techniques have become common in daily life of the measurement technique to check the pursuit of science, through the tireless efforts of people, microwave measurement t

6、echniques are constantly updated to solve a lot of the past peopleencountered detection problems, such as an earthquake or landslides, or building buried life, people can not be directly observed to detect microwave dete

7、ction technology</p><p>　　[Keyword] microwave， Microwave detection，Standing wave，Vector network analyzer，Non-destructive imaging technique</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　

8、　1 微波檢測(cè)技術(shù)介紹1</p><p>　　1．1 微波檢測(cè)原理1</p><p>　　1.1.1 微波簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1.2 微波檢測(cè)技術(shù)的原理1</p><p>　　1.1.3 微波檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)2</p><p>　　1.2 微波檢測(cè)技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用2</p&g

9、t;<p>　　1.2.1 無(wú)損檢測(cè)成像技術(shù)2</p><p>　　1.2.2 用于尋找和救護(hù)方面2</p><p>　　1.2.3 新型微波車輛感知器3</p><p>　　1.2.4 測(cè)量水分的微波傳感器4</p><p>　　1.2.5 微波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展前景與方向5</p><p>　

10、　2 微波檢測(cè)主要方法5</p><p>　　2.1 微波檢測(cè)方法的分類5</p><p>　　2.1.1檢測(cè)方法的大體的分類、用途與物理現(xiàn)象5</p><p>　　2.1.2 常用微波傳感器布置7</p><p>　　2.2 微波穿透法7</p><p>　　2.2.1 微波檢測(cè)方法之穿透法的系

11、統(tǒng)7</p><p>　　2.2.2微波穿透法的分類8</p><p>　　2.3 微波反射法11</p><p>　　2.3.1 點(diǎn)頻連續(xù)波反射法11</p><p>　　2.3.2 微波調(diào)頻反射計(jì)14</p><p>　　2.3.3 相位檢測(cè)系統(tǒng)15</p><p>　　2

12、.4 微波散射法16</p><p>　　2.4.1 微波散射法檢測(cè)系統(tǒng)16</p><p>　　2.4.2 散射法的有關(guān)計(jì)算17</p><p>　　2.5 微波干涉法18</p><p>　　2.6 微波渦流法20</p><p>　　2.7 微波層析法21</p><p&

13、gt;　　3 對(duì)幾種方法的總結(jié)22</p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p>　　1 微波檢測(cè)技術(shù)介紹</p><p>　　1．1 微波檢測(cè)原理</p><p>　　1.1.1 微波簡(jiǎn)介<

14、/p><p>　　波長(zhǎng)范圍在lmm——lm的電磁波被稱為簡(jiǎn)稱為微波。微波是屬于電磁波中，由于其頻率很高，所以不少人們也叫微波為高頻電磁波。微波的波段夾在超短波與紅外線的波段之間，它也屬于無(wú)線電波中，波長(zhǎng)最小的波段，頻普范圍是300MHz至3000GHz。微波可以分為三個(gè)波段:首先第一波段是分米波、其次是厘米波、接著是毫米波。微波的本質(zhì)都為電磁波，所以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)，醫(yī)學(xué)，科學(xué)等領(lǐng)域。為了避免它們之間的相互影響與干擾

15、，將波段劃分幾個(gè)波段。</p><p>　　波段的劃分如圖1.1</p><p>　　圖1.1 波段的劃分 </p><p>　　1.1.3 微波檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)</p><p>　　在超聲波、激光、紅外、X 射線和y射線等檢測(cè)方法之后，微波檢測(cè)技術(shù)逐漸被人

16、們采納，它是一種新型的非接觸檢測(cè)技術(shù)，又稱無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。這種新型的檢測(cè)技術(shù)相比于之前慣用的檢測(cè)技術(shù)，具備以下幾點(diǎn)比較明顯的優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　①這種新型的檢測(cè)技術(shù)有著很寬的頻譜范圍（從300MHz至3000GHz），其波長(zhǎng)范圍是從1.0mm——1.0m，所以可供不同領(lǐng)域的工作選用，因此我們可以用不同頻率來(lái)測(cè)被測(cè)物體。</p><p>　?、谶@種新型檢測(cè)技術(shù)的方法又在煙霧灰塵水汽化學(xué)

17、以及高低溫的環(huán)境下對(duì)所檢測(cè)的信號(hào)傳播的影響特小；</p><p>　　③這種微波檢測(cè)技術(shù)所需要的時(shí)間周期短，反應(yīng)靈敏；</p><p>　　④這種檢測(cè)方法測(cè)量的信號(hào)是電信號(hào)，因此，我們?cè)谑褂眠@種檢測(cè)方法時(shí)不需要進(jìn)行非電量的轉(zhuǎn)換，從而縮短了傳感器與處理器間的接口所需要的時(shí)間；</p><p>　?、菸⒉▽?duì)人體沒有比較明顯輻射危害，也沒有對(duì)公眾有損健康的問題。</

18、p><p>　　這種微波檢測(cè)方法正是基于以上五種特點(diǎn)，微波檢測(cè)技術(shù)在人們生活中的各行各業(yè)中都被很廣泛的應(yīng)用，同時(shí)發(fā)展前景也比較的廣泛。人們會(huì)在微波檢測(cè)技術(shù)有更加深一步的探索，以致微波檢測(cè)技術(shù)將在更廣泛的領(lǐng)域使用。</p><p>　　以下兩點(diǎn)是微波檢測(cè)方法的缺點(diǎn)：</p><p>　?、倮眠@種檢測(cè)方法在進(jìn)行參數(shù)檢測(cè)時(shí)，易受溫度、氣壓、取樣位置的影響，需要考慮補(bǔ)償措施。

19、</p><p>　　②微波檢測(cè)儀表的零點(diǎn)漂移和標(biāo)定問題沒有給予很好的解決。 </p><p>　　1.2．微波檢測(cè)技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p>　　1.2.1 無(wú)損檢測(cè)成像技術(shù) </p><p>　　微波檢測(cè)技術(shù)使分米分辨本領(lǐng)的非接觸成像技術(shù)變成了可能。也具有高分辨微波成像技術(shù)的應(yīng)用能力，在當(dāng)今社會(huì)生活中已經(jīng)被人們驗(yàn)證。弗萊姆&#

20、183;魯瑟爾公司是美國(guó)專門從事雷達(dá)斷層成像測(cè)量技術(shù)的公司，在實(shí)驗(yàn)過程時(shí)檢測(cè)到一個(gè)半英寸高、面積為10平方英寸的纖維玻璃板上的一個(gè)50mm直徑的小孔洞，即使在這個(gè)小孔里浸滿了液體，也能被檢測(cè)的到。英國(guó) ERA 工程部利用微波檢測(cè)技術(shù)也完成了對(duì)地下管道和電纜定位的表面穿透雷達(dá)系統(tǒng)等方面的研究。這種技術(shù)用以探測(cè)地下非導(dǎo)體材料物體的方法已經(jīng)被世人所認(rèn)可。</p><p>　　1.2.2 用于尋找和救護(hù)方面</p&

21、gt;<p>　　微波檢測(cè)技術(shù)的另一個(gè)很關(guān)鍵的應(yīng)用是：在尋找在被地震、山體滑坡或者房屋倒塌等自然災(zāi)害等現(xiàn)象后檢測(cè)尋找被物體掩埋的生命物體。微波對(duì)較弱小的運(yùn)動(dòng)以及能表征生命物體存在的呼吸等的信息都特別的敏感，我們也可以通過微波檢測(cè)技術(shù)探測(cè)到被物體掩埋的失去意識(shí)的生命。將中間饋入了同軸線的微波雙錐形天線插入固體后，周圍的有生命的物體將此天線發(fā)出的電磁波反射回來(lái)，而有表征生命的呼吸運(yùn)動(dòng)能使反射波的頻率發(fā)生0.1Hz——0.3Hz

22、的變化。除此之外，具有生命生物的腸胃以及消化系統(tǒng)的蠕動(dòng)也能使反射波的頻率發(fā)生0.7Hz——3.0Hz的變化。由接收天線可以直接接收到反射回來(lái)的微波。據(jù)法國(guó)自然和工程探險(xiǎn)國(guó)家安全部的研究表明，頻率在0.5——1.0GHz(1000Hz)范圍內(nèi)的探測(cè)裝置可以有效地探測(cè)到表征生命存在的呼吸運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　1.2.3 新型微波車輛感知器</p><p>　　在我國(guó)的交通管理系統(tǒng)中，微波

23、車輛感知器是被設(shè)置在道路上的，利用前方汽車反射回來(lái)的波來(lái)確定前方汽車距離本車的距離，再根據(jù)多普勒效應(yīng)的頻移特性來(lái)確定本部裝有感知器的汽車的前進(jìn)速度，并將感知器接收到的數(shù)據(jù)傳遞給當(dāng)?shù)亟煌ü芾硐到y(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過分析與合理的疏導(dǎo)最終統(tǒng)計(jì)出數(shù)據(jù)。</p><p>　　下圖裝置是微波車輛感知器的裝置，分別是由微波收發(fā)器和控制器兩大部分組成。微波收發(fā)器一般是安裝在離地面5m——6m高度的地方，控制器則被安裝在支柱上。收發(fā)器天線向

24、地面發(fā)射擴(kuò)散的波束為70度，它對(duì)地面發(fā)射的主波束與行駛在中心線上的車輛相對(duì)應(yīng)，而旁波束則與中心線兩旁的車輛相對(duì)應(yīng)。</p><p>　　具體做法如下圖1.2所示：</p><p>　　圖1.2 微波車輛感知器裝置圖</p><p>　　其工作程序裝置如下面的圖1.3。 </p><p>　　圖1.3 微波車輛感知器工作程序裝置圖</p

25、><p>　　1.2.4 測(cè)量水分的微波傳感器</p><p>　　自然界的所有物質(zhì)中，不含有水分的物質(zhì)基本上為數(shù)不多。換言之，存在于世間的各種物質(zhì)都含有水分。為了測(cè)量某種物質(zhì)的含水量，如空氣，糧食等等需要監(jiān)測(cè)水分的物質(zhì)，怎樣檢測(cè)其中的水分含量的多少，始終是人們非常關(guān)注的一個(gè)話題.目前，測(cè)量粉末中的含水量，一般普遍都采用烘干法。但是這種方法所測(cè)量結(jié)果的誤差比較大，很難達(dá)到預(yù)期的要求，并且測(cè)量周

26、期較長(zhǎng),對(duì)于某些遇熱容易分解生成水分子的物質(zhì)就不可能比較精確地測(cè)量出這種物質(zhì)中水分的含量。經(jīng)過幾代人們的不懈的研究與努力，終究發(fā)現(xiàn)微波對(duì)水的衰減大，從而用微波檢測(cè)法來(lái)測(cè)量物質(zhì)中所含水量，是一個(gè)很不錯(cuò)的方法。</p><p>　　其裝置如圖1.4所示,在矩形波導(dǎo)寬邊的中心有一圓孔,玻璃管又置圓孔中間,沿y軸方的向放置,玻璃管的長(zhǎng)寬分別用a與b表示,玻璃管的內(nèi)外半徑分別設(shè)Tp、Tg。待測(cè)物則放在玻璃管中,然后選擇適當(dāng)

27、的頻率,使波導(dǎo)中只傳輸主模TE10模。根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)我們可以知道電場(chǎng)沿y軸不會(huì)發(fā)生變化。</p><p>　　圖1.4 微波傳感器裝置圖</p><p>　　1.2.5 微波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展前景與方向</p><p>　　微波技術(shù)是最早被應(yīng)用在軍事和國(guó)防工業(yè)。而現(xiàn)在微波技術(shù)在民用工業(yè)也已經(jīng)逐步得到大力的發(fā)展，在某些領(lǐng)域也取得了不小的成效。也因?yàn)槲⒉夹g(shù)的應(yīng)用

28、在將來(lái)具有廣泛發(fā)展和應(yīng)用前景，國(guó)內(nèi)外有不少研究機(jī)構(gòu)都已經(jīng)在開發(fā)微波天線方面投入了大量的人力物力進(jìn)行研究與開發(fā)。伴隨著微波器件、電子器件與材料工業(yè)的發(fā)展以及現(xiàn)在市場(chǎng)的需要，微波檢測(cè)技術(shù)必然會(huì)得到大力發(fā)展與應(yīng)用。</p><p>　　2 微波檢測(cè)主要方法</p><p>　　2.1 微波檢測(cè)方法的分類</p><p>　　2.1.1檢測(cè)方法的大體的分類、用途與物理現(xiàn)

29、象</p><p>　　微波檢測(cè)方法主要有兩種：主動(dòng)式微波檢測(cè)方法和被動(dòng)式微波檢測(cè)方法。下面是對(duì)主動(dòng)式微波檢測(cè)方法的分類與總結(jié)。</p><p>　　圖2.1. 主動(dòng)式微波檢測(cè)方法分類總結(jié)</p><p>　　下圖表對(duì)各種物理現(xiàn)象和用途進(jìn)行了分類與比較。在主動(dòng)式檢測(cè)當(dāng)中，尤其是利用改變透射材料的微波在介質(zhì)內(nèi)部的物理特性來(lái)確定各個(gè)方向的投影值，并將它與濾波函數(shù)卷積，再

30、進(jìn)行一次反投影，最終可以用計(jì)算機(jī)軟件重建圖像的方法，檢查被檢物體及其斷層剖面質(zhì)量和加速器粒子束的狀態(tài)，經(jīng)常被用于電磁探礦和地層分布的測(cè)繪等等。能夠反映出被檢物體內(nèi)部形態(tài)與成分。這是今后重點(diǎn)發(fā)展的方向。輻射計(jì)方法則在被動(dòng)式檢測(cè)中被普遍的應(yīng)用。 </p><p>　　2.1.2 常用微波傳感器布置</p><p>　　常用微波傳感器布置方法有四

31、種，分別是單傳感器反射方法、穿透方法、收發(fā)分置反射法、正交放置散射法。</p><p>　　下圖為常用微波傳感器的布置圖。</p><p>　　圖2.3常用微波傳感器布置圖</p><p>　　2.2 微波穿透法</p><p>　　2.2.1 微波檢測(cè)方法之穿透法的系統(tǒng)</p><p>　　微波穿透法檢測(cè)系統(tǒng)又

32、稱傳輸檢測(cè)系統(tǒng)，具體如下圖2.4（a）所示。</p><p>　　（a） (b)</p><p>　　圖2.4微波穿透檢測(cè)系統(tǒng)</p><p>　　在上圖中的等幅連續(xù)波是微波信號(hào)源產(chǎn)生的掃頻波和脈沖調(diào)制波。當(dāng)被測(cè)材料對(duì)微波有吸收時(shí)，比如含有水分，透射波隨傳輸距離增大而衰減。在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，為了

33、避免過載而損壞系統(tǒng)中的指示器，首當(dāng)其沖要把它的靈敏度設(shè)置為最小值。如果系統(tǒng)阻抗不均勻，可采用阻抗過渡辦法得到匹配。從幅度、相位的變化信息中我們可以提取有效信息來(lái)反映材料內(nèi)部狀況，繼而我們就可進(jìn)行材料物理和化學(xué)變化的測(cè)定。</p><p>　　從接收喇叭探頭上獲得的微波信號(hào)，我們可以直接和微波信號(hào)源的信號(hào)比較它們兩者幅度與相位。如圖2.1（b）所示。在此參考信號(hào)取，則接收信號(hào)</p><p>

34、;　?。?-1） </p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　在以上兩式中, 為正交分量有時(shí)也稱90º相移分量；而為同相分量。</p><p>　　2.2.2微波穿透法的分類</p><p>　　微波穿透法又稱傳輸法，大體可分為三種，分別為：點(diǎn)頻連續(xù)波法、掃頻連續(xù)波法與脈沖調(diào)制

35、法。</p><p>　　1．點(diǎn)頻連續(xù)波穿透法</p><p>　　微波發(fā)生器的頻率是非常穩(wěn)定的，而且也是是窄帶的；或者是所要求的頻帶寬度內(nèi)材料性質(zhì)隨頻率改變非常小，從而對(duì)頻率并非特別敏感。點(diǎn)頻連續(xù)波傳輸?shù)膬煞N分量同相和90º相移都能檢測(cè)，并且相互干擾很小。</p><p>　　用穿透法檢測(cè)玻璃鋼和某些非金屬材料的瑕疵，也主要是觀察接收微波波束相位或幅度的

36、變化情況。我們可采通過介質(zhì)透鏡來(lái)改善微波輻射波束，用以保證波束橫截面窄小，從而使分辨率有效的提高。</p><p>　　我們列舉了以下三個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明這種方法的確切性：</p><p>　　（1）甲基丙烯酸甲酯材料：在厚度36mm的平板試樣中，平行于表面鉆5個(gè)直徑為2mm（相應(yīng)于材料內(nèi)波長(zhǎng)）的直孔，它們距表面分別為5毫米、10毫米、15毫米、20毫米和25毫米（電場(chǎng)強(qiáng)度矢量方向平行于鉆孔方向

37、），掃描試樣檢測(cè)結(jié)果如下面圖2.5。曲線下凹部分就是缺陷信號(hào)。實(shí)線則表示收發(fā)探頭都用開口波導(dǎo)的測(cè)量數(shù)值；虛線表示接收用開口波導(dǎo)，發(fā)射用喇叭加透鏡的結(jié)果。隨著小孔到接收探頭距離的減小，缺陷信號(hào)幅度增大，曲線寬度減?。ㄇ€更加尖銳）。對(duì)位于中間的小孔，曲線寬度減小，旁瓣數(shù)增加。</p><p>　　（2）聚氯乙烯材料 在平板試樣中刻有不同寬度b和深度t 的矩形槽，其截面積為4，如圖2.6所示。圖中實(shí)線和虛線的意義同

38、（1）所述，比較兩者可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)槽寬b≥6mm時(shí)，缺陷信號(hào)幅度大小與缺陷深度大小成正比。</p><p>　　下圖為鉆孔信號(hào)比較圖。</p><p>　　（3）聚氯乙烯材料 在平板試樣中鉆不同直徑和深度的圓孔，其容積等于15.7。微波的波束軸線與平底孔的中心軸平行。圖2.7平底孔的直徑對(duì)缺陷信號(hào)的寬度影響較小，在0.2——2.2mm整個(gè)范圍內(nèi)孔深與缺陷信號(hào)幅度也成比例。</p>

39、<p>　　下面圖2.7為相同容積平底孔信號(hào)的曲線。</p><p>　　下圖2.8為另一種微波穿透法的檢測(cè)裝置系統(tǒng)：</p><p><b>　　（a）一般方式</b></p><p><b>　　（b）魔T方式</b></p><p>　　圖2.8另一種微波穿透法系統(tǒng)裝置圖<

40、/p><p>　　2. 掃頻連續(xù)波穿透法</p><p>　　某些微波相互作用的頻率是特別敏感的，在這時(shí)，它們的材料性質(zhì)的發(fā)生改變時(shí)，諧振頻率也會(huì)隨著發(fā)生改變。在我們應(yīng)用的頻帶的范圍里，響應(yīng)應(yīng)該是頻率的函數(shù)。頻率被預(yù)先編程能自動(dòng)變化的掃頻頻率微波發(fā)生器取代了點(diǎn)頻微波發(fā)生器，現(xiàn)在使用的電子自動(dòng)掃頻可以一倍頻程或更寬的頻帶工作。低噪聲、高增益、寬帶放大器還能測(cè)定通過具有很高衰減材料的穿透?jìng)鬏斝盘?hào)。

41、已有從100kHz到4GHz或10MHz到40GHz的多倍程發(fā)生器。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀則提供了寬帶的幅度和相位。</p><p><b>　　3．脈沖調(diào)制穿透法</b></p><p>　　在檢測(cè)波當(dāng)中，穿透?jìng)鬏敳軐?shí)現(xiàn)相位的測(cè)量，但是這只是相對(duì)于參考波所言。當(dāng)測(cè)量傳輸時(shí)間時(shí)，就需要用到脈沖調(diào)制技術(shù)。為有效的了調(diào)制脈沖，微波發(fā)生器內(nèi)應(yīng)該有選通和關(guān)閉的功能。在接收器內(nèi)部，相

42、位比器被峰值檢測(cè)器所代替。所以，接收器的輸出相對(duì)于發(fā)出的脈沖有一定時(shí)間的延遲。掃頻頻率測(cè)量給出了群延遲信息。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的在時(shí)域特征方面也可以有效地選用。</p><p>　　2.3 微波反射法</p><p>　　2.3.1 點(diǎn)頻連續(xù)波反射法</p><p>　　依據(jù)被測(cè)物料的對(duì)微波能量有反射作用，微波反射法檢測(cè)的是被物體反射回來(lái)的波的能量的數(shù)值。由反射回來(lái)的

43、電磁波能量的數(shù)值再和發(fā)射時(shí)微波能量數(shù)值的對(duì)比得出數(shù)值。微波反射法檢測(cè)時(shí)，設(shè)備裝置時(shí)要求收發(fā)傳感器的軸線要與物件表面的法線相同。根據(jù)使用的微波器件不同，有點(diǎn)頻連續(xù)波反射法，掃頻連續(xù)波反射法，調(diào)頻波反射法，時(shí)域（頻域）反射法等。圖2.9是點(diǎn)頻連續(xù)波反射法裝置圖。</p><p>　　信號(hào)源和所使用的微波器件有差別，分有定向耦合器反射計(jì)、單雙喇叭反射計(jì)、調(diào)頻反射計(jì)及時(shí)域反射計(jì)等，其中圖2.9（b）為雙路定向耦合反射計(jì)系

44、統(tǒng)框圖。</p><p>　　反射計(jì)的信號(hào)源產(chǎn)生的微波信號(hào)通過波導(dǎo)進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)，采用鐵氧體隔離器作去耦衰減器，防止反射波進(jìn)入信號(hào)源影響其輸出p與f的穩(wěn)定。若要調(diào)節(jié)輸出功率，則調(diào)節(jié)可變衰減器的值，使指示器有適度的指示。定向耦合器從主傳輸系統(tǒng)中分出部分p，也就是對(duì)入射波和反射波分別進(jìn)行取樣,用檢波器是來(lái)檢測(cè)微波信號(hào)。</p><p>　　圖2.9（d）是雙喇叭反射計(jì)系統(tǒng)裝置方框圖。魔T的臂E接

45、信號(hào)源，1、2臂分別接衰減器、相移器和喇叭天線。如果1、2兩臂的負(fù)載阻抗相等，則其所引起的Γ也相等，在這個(gè)條件下魔T的H臂無(wú)輸出，表示電橋平衡。如果用喇叭探頭掃描檢測(cè)，恰好碰到試件內(nèi)有缺陷，此時(shí)兩個(gè)反射系數(shù)就不相等，電橋就失去平衡，指示器的值不為零。檢測(cè)對(duì)相移器的基本要求是微波通過時(shí)的相移可以調(diào)節(jié)，但不產(chǎn)生衰減。在該系統(tǒng)中，若用連續(xù)波信號(hào)源，用圖形記錄下檢測(cè)出的結(jié)果；若信號(hào)是掃頻波，記錄數(shù)值用示波器。</p><p&

46、gt;　　在用微波檢測(cè)夾層材料時(shí)，由于試件內(nèi)夾層之層厚d為四分之一波長(zhǎng)奇數(shù)倍，即時(shí)，式中折射率用n表示，分層間反射波相互抵消。因此在用反射法檢測(cè)時(shí)，為了能有效防止發(fā)生“相位改變?chǔ)袑娱g反射波消失”這種情況的情況，我們也要精心選擇微波的頻率范圍。</p><p>　　下面圖2.10為微波頻域反射測(cè)量法裝置圖。</p><p>　　反射計(jì)喇叭至被檢材料部件之間的距離d（空氣）可用下式表示：<

47、;/p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中, 為從頻譜分析儀或頻率計(jì)讀取的差頻，單位是Hz；c表示光在空氣中的傳播速率，單位是m/s；s 為微波源掃頻速率，單位是Hz/s。</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　上面公式中, P是從頻率掃到頻

48、率所需的時(shí)間(s)；B為帶寬，單位是Hz。</p><p>　　2.3.2 微波調(diào)頻反射計(jì) </p><p>　　圖2.11為不同材料的微波調(diào)頻反射及其響應(yīng)曲線。</p><p>　　(a) (b) （c）</p><p>　　反射的深度可用脈沖調(diào)制入射波進(jìn)行測(cè)定。當(dāng)

49、反射的時(shí)間延遲脈沖與入射脈沖在時(shí)間上進(jìn)行比較且微波在材料中的速度已知時(shí)，就能測(cè)定反射位置的深度。在頻率與時(shí)間域兩種調(diào)制中，反射體的特征可以根據(jù)反射信號(hào)的強(qiáng)度測(cè)定。</p><p>　　2.3.3 相位檢測(cè)系統(tǒng)</p><p>　　反射法有兩種形式：?jiǎn)翁炀€與雙天線系統(tǒng)。單天線系統(tǒng)，入射和反射波均沿著微波發(fā)生器和天線間的波導(dǎo)傳輸，如圖2.12（a）所示。相位檢測(cè)器的設(shè)置用于比較相對(duì)于入射相位

50、的反射波相位。這就給出了兩個(gè)輸出信號(hào)，即在反射波中分別正比于同相和90º移相的分量。當(dāng)和地面為九十度或近于九十度入射時(shí)，工作良好。雙天線反射系統(tǒng)（圖2.12（b））工作在適當(dāng)反射的入射角。這時(shí)反射天線設(shè)備與用于穿透測(cè)量的是相同的。但在穿透測(cè)量中，反射波沒有被利用。</p><p>　　圖2.12 用于微波測(cè)量的單天線和雙天線反射系統(tǒng)圖</p><p>　　在被檢測(cè)物件的表面，則應(yīng)

51、該遵守邊界條件。從第一表面反射的微波不能反應(yīng)出被測(cè)樣件物體內(nèi)部不均勻性的任何信息。而內(nèi)部反射的不連續(xù)波在表面折射時(shí)，它們最終表和面反射波疊加。當(dāng)在被檢物體背面渡層導(dǎo)電金屬層時(shí)，微波會(huì)從此金屬表面反射經(jīng)過被檢物體表面兩次，它也和表面反射波疊加，我們這些反射波中提取我們所需要被檢物體的內(nèi)部信息。</p><p><b>　　1．點(diǎn)頻連續(xù)波反射</b></p><p>　　

52、微波信號(hào)從天線入射到材料，同一天線檢測(cè)反射信號(hào)中同相和90º相移兩分量。實(shí)際上往往只利用反射回來(lái)的信號(hào)的幅度。雙天線反射技術(shù)亦能用在點(diǎn)頻上，正如下面圖2.12（b）的裝置。但它有兩個(gè)局限：首先，缺陷的深度不能被測(cè)定；其次，材料的頻率響應(yīng)不能被測(cè)定。因此，掃頻技術(shù)得到了更多的使用。</p><p><b>　　2、掃頻連續(xù)波反射</b></p><p>　　被

53、測(cè)物體與微波的之間作用對(duì)頻率很敏感。反射波是以頻率的函數(shù)，掃頻時(shí)，采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的反射信號(hào)幅度。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上也能測(cè)得反射的深度。</p><p>　　此外，利用頻率的慢掃描鑒別材料的幾個(gè)小間隔的特殊層。四分之一波長(zhǎng)偶數(shù)倍的反射大于四分之一波長(zhǎng)奇數(shù)倍的反射。通過識(shí)別反射信號(hào)特定頻率辨認(rèn)該層所占空間是四分之一波長(zhǎng)的偶數(shù)整數(shù)倍或是奇數(shù)整數(shù)倍。例如，采用同樣的效應(yīng)，用以減小來(lái)自以介電層覆蓋的透鏡的反射。</

54、p><p>　　2.4 微波散射法</p><p>　　2.4.1 微波散射法檢測(cè)系統(tǒng) </p><p>　　圖2.13為微波散射法檢測(cè)系統(tǒng)的裝置圖。一般散射計(jì)安裝收、發(fā)傳感器，可按接收信號(hào)強(qiáng)弱調(diào)整角度，也可互相垂直。</p><p>　　如上圖所畫，用介質(zhì)桿窄波束探頭作為傳感器發(fā)射微波，再用檢波器接收信號(hào)，確定工件散射特性，以判斷內(nèi)部缺

55、陷。若將材料內(nèi)部氣孔當(dāng)作散射源來(lái)看待，可根據(jù)微波工作波長(zhǎng)來(lái)確定其ɑ的min值，即氣孔半徑。若工件為蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，要發(fā)現(xiàn)半徑a=1.3mm的氣孔，所用微波散射計(jì)的頻率應(yīng)高于35GHz，即工作波長(zhǎng)應(yīng)小于8.6mm才有可能。</p><p>　　假如散射源是一個(gè)金屬球或者介質(zhì)球，在瑞利區(qū)，即波長(zhǎng)較半徑大得多時(shí)，則有；若使用頻率為100千兆赫，能夠檢測(cè)飛船外殼防熱陶瓷片內(nèi)部夾雜半徑小于70微米，可見靈敏度相當(dāng)高。此外，由

56、于采用散射法檢測(cè)，探頭不加調(diào)節(jié)，所接收到氣孔位置的微波信號(hào)會(huì)下降，必須通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整微波的接收和發(fā)射探頭角度，使與試件表面法線形成最佳夾角。</p><p>　　2.4.2 散射法的有關(guān)計(jì)算</p><p>　　對(duì)導(dǎo)電金屬球，若遠(yuǎn)場(chǎng)散射截面為σ，則反向散射截面，按下式計(jì)算：</p><p><b>　　（2-5）</b></p>

57、<p><b>　　正向散射截面為</b></p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　由式（2-3）、（2-4）可知，反向散射比正向散射大約大一個(gè)數(shù)量級(jí)。</p><p>　　對(duì)低耗介質(zhì)球，反向散射截面計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-7

58、）</b></p><p>　　若在介質(zhì)材料內(nèi)部有球狀氣泡，則=1，按式（2-5）可求出反向散射截面，并且這種散射顯然要比金屬球產(chǎn)生的散射小。</p><p><b>　　2.5 微波干涉法</b></p><p>　　駐波干涉法檢測(cè)系統(tǒng)裝置圖如下2.14。</p><p>　　圖2.14 駐波干涉法檢測(cè)系

59、統(tǒng)框圖</p><p>　　用駐波測(cè)量線（又稱開槽線）測(cè)量駐波的幅度和相位的變化，信號(hào)源頻率范圍12.4——18kGHz，收發(fā)兩用探頭非接觸地對(duì)著試件表面，被檢測(cè)材料如有物理或化學(xué)變化，例如玻璃纖維增強(qiáng)塑料內(nèi)玻璃纖維與樹脂比例的改變，以及該復(fù)合材料厚度的改變，就會(huì)分別發(fā)出不同的改變信號(hào)。這樣檢測(cè)分層時(shí)，試件表面不規(guī)律，就會(huì)影響到掃描檢測(cè)，經(jīng)過改進(jìn)之后，就可以從反射波變化“看到”材料內(nèi)部第二層的脫粘，由此可見，此方

60、法對(duì)非金屬膠接件的檢查是很有用的。</p><p>　　駐波的獲得是由相同頻率的兩波在相反方向行進(jìn)中相互干涉，結(jié)果是在空間形成駐波。如果有一小天線置于空間的固定點(diǎn)，一穩(wěn)定幅度和頻率的電壓即被測(cè)到。將天線移到其他位置，將給出相同頻率的穩(wěn)幅電壓。電壓幅度圖是沿純駐波的位置（距離）的函數(shù)，見圖2.15。</p><p>　　一個(gè)天線用來(lái)產(chǎn)生入射波，該入射波能和反射波干涉產(chǎn)生駐波。另一天線或探頭用

61、于沿駐波測(cè)量。如圖（b）所示雙天線系統(tǒng)既可用以形成駐波又能測(cè)量微波駐波。接收天線一定不能受入射波的干擾。單天線通過循環(huán)電路饋入也可用來(lái)分別傳輸入射波與反射波。</p><p>　　微波是相干波，它會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，產(chǎn)生駐波的條件是入射波和反射波頻率相同，方向相反。其特點(diǎn)是各點(diǎn)幅度為一定值，且呈現(xiàn)周期性的大小變化，相鄰最大值（或最小值）之間的距離等于1/2波長(zhǎng)。如果入射波遇到良導(dǎo)體金屬板，則發(fā)生全反射，這時(shí)合成波的波

62、峰值是入射波和反射波波值之和，稱為純駐波。反射平面呈現(xiàn)的波節(jié)和的波峰。它們波節(jié)相距為1/4波長(zhǎng)。這樣金屬表層的反射系數(shù)為—1，即在界面上反射波與入射波幅度相等，方向相反。當(dāng)金屬反射體長(zhǎng)條形長(zhǎng)度為半波長(zhǎng)的n倍時(shí)（n為整數(shù)），反射性能最佳。如果入射波碰到象塑料之類介質(zhì)，除一部分反射外，其余部分變成透射波，遇到不連續(xù)界面，又會(huì)被反射，其量與波阻抗有關(guān)。由于缺陷大小不同，材料厚度不同，微波駐波波形發(fā)生移動(dòng)，出現(xiàn)不同的幅度和相位。空間的駐波圖可以

63、用來(lái)解釋相鄰介質(zhì)的介質(zhì)性能。在傳輸線的終端接有復(fù)阻抗負(fù)載即時(shí)，同時(shí)存在著行波和駐波，這是最一般的行駐波狀態(tài)。由于，反射波幅度小于入射波幅度，故合成波波腹不為入射波幅度的兩倍，波節(jié)不為零。在波導(dǎo)內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)隨X而周期變化，連續(xù)地經(jīng)過最大值和最小值，相鄰的最大點(diǎn)和最小點(diǎn)間相隔四分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)。如果已知駐波圖的形狀和位置，則可算出相應(yīng)</p><p>　　圖2.16畫出|Γ|值大小不同但相位相同的駐波分布曲線的形狀。由此可見

64、，駐波場(chǎng)強(qiáng)分布圖形一般不是sin函數(shù)的曲線，只有當(dāng)|Γ|=1，即全反射時(shí)，的分布才有正半周sin函數(shù)的曲線形狀。駐波最小點(diǎn)附近的變化一般要比在最大點(diǎn)附近尖銳.</p><p>　　微波駐波法主要被用來(lái)進(jìn)行厚度的精密測(cè)量和分層缺陷檢查。</p><p>　　2.6 微波渦流法</p><p>　　用入射的極化波和微波電橋或模式轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來(lái)測(cè)定散射與相位信號(hào)，可以探知金

65、屬材測(cè)近表面裂縫[3]。尤其用渦流測(cè)量小曲率半徑的孔和區(qū)域。慢波裝置除了最后一匝短路以外，類似于螺旋天線或螺旋TWT。這一短路匝形成一短路空間傳輸線而沒有屏蔽。在這一檢測(cè)裝置中，它的長(zhǎng)度和直徑是可以調(diào)節(jié)的，螺旋置于孔內(nèi)，當(dāng)最后一匝未短路時(shí)，它形成螺旋諧振器；或者當(dāng)螺旋被短路時(shí)形成一螺旋的延遲線。當(dāng)采用螺旋天線時(shí)，幅度和相位信息可由測(cè)量與腐蝕敏感的表面阻抗獲得。多個(gè)并聯(lián)的螺旋探頭可以測(cè)量多個(gè)孔的大小。</p><p&g

66、t;　　慢波螺旋可以制成柔性的，以適應(yīng)工件特定的構(gòu)形，便于測(cè)量小曲率半徑的區(qū)域，在工件表面掃查。再通過標(biāo)定將表面阻抗與被檢表面的腐蝕建立相應(yīng)關(guān)系。</p><p>　　在任何情況下，微波信號(hào)傳送不是用螺旋形導(dǎo)線就是用圓形或矩形截面的空心管，前者在螺旋的內(nèi)部和外部均很靈敏；后者通過管內(nèi)的孔或槽也能使其對(duì)表面阻抗靈敏。所以，為了滿足飛機(jī)不同形狀部件表面阻抗測(cè)量的需要，可以使用許多不同配置的渦流方法進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。<

67、;/p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在寫這次畢業(yè)論文中，我得到了很多老師和同學(xué)的幫助，其中我的論文指導(dǎo)老師xxx老師對(duì)我的關(guān)心和支持尤為重要。每次遇到難題，我最先做的就是向范老師尋求幫助。每次xxx老師不管有多忙，總會(huì)抽出空來(lái)與我詳談，對(duì)我的設(shè)計(jì)提出了很多寶貴的意見，使我的設(shè)計(jì)方案有了明確的方向。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從選題到收集資料，論文提

68、綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式的調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)，都得到了xxx老師悉心的指導(dǎo)。xxx老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度也令我十分敬佩，是我以后學(xué)習(xí)和工作的榜樣。在我即將走出學(xué)校踏上社會(huì)之際，謹(jǐn)向恩師及其家人致以最誠(chéng)摯的謝意。</p><p>　　除此之外，本篇畢業(yè)論文的寫作也得到了xx等同學(xué)的熱情幫助。感謝與我并肩作戰(zhàn)的舍友與同學(xué)們，感謝關(guān)心我支持我的朋友們，感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、老師們，感謝你們給予我的幫助與關(guān)懷，

69、謝謝！ </p><p>　　我還要感謝多年來(lái)始終對(duì)我學(xué)業(yè)給予支持的家人，沒有你們辛勤的付出也就沒有我的今天，在這一刻，將最崇高的敬意獻(xiàn)給你們，希望你們永遠(yuǎn)健康快樂！</p><p>　　最后，對(duì)本文借鑒引用著作的作者，以及百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的專家學(xué)者，表示由衷的謝意！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

70、;<p>　　[1] 李光松著. 基礎(chǔ)自動(dòng)化<國(guó)外微波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介>[M]. 科學(xué)出版社，2006. </p><p>　　[2] 趙麗生微著.波檢測(cè)機(jī)理與矢量分析 [M].電子工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　[3] 周在杞著.無(wú)損探傷[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001. [4]趙永輝,吳建生,萬(wàn)明浩等. 無(wú)損檢測(cè)[M].北京：科學(xué)出版