Радиоволновой метод неразрушающего контроля

Радиоволновой метод жидких кристаллов – это метод радиоволнового неразрушающего контроля, основанный на регистрации параметров радиоволнового излучения жидкими кристаллами

 Радиоволновой метод  термобумаг – это метод радиоволнового неразрушающего контроля, основанный на регистрации параметров радиоволнового излучения с помощью термобумаг

 Радиоволновой метод термолюминофоров – это метод радиоволнового неразрушающего контроля, основанный на регистрации параметров радиоволнового излучения термолюминофором

Калориметрический радиоволновой метод – это метод радиоволнового неразрушающего контроля, основанный на регистрации параметров радиоволнового излучения калориметром

Если контролируемая величина непосредственно связана с напряженностью поля (мощностью) отраженного, прошедшего или рассеянного излучения, используется амплитудный метод контроля. Техническая реализация метода проста, однако невысокая помехоустойчивость ограничивает его применение. Более надежные результаты получают, используя фазовый и амплитудно-фазовый методы, основанные на выделении полезной информации, заключенной в изменениях амплитуды и фазы волны. Для выделения этой информации в аппаратуру контроля вводят опорное плечо «источник - приемник излучения» и схему сравнения сигналов от объекта контроля с опорным.

Если толщина объекта  превышает длину волны используемого  зондирующего излучения, рекомендуется  для ее измерения использовать геометрический или временной метод. В первом случае контролируемый параметр связан с отклонением положений отраженного луча в плоскости регистрации относительно выбранной системы координат, во втором - с изменением задержки сигнала во времени. 
Для контроля тонкопленочных и анизотропных материалов применяют поляризационный метод, основанный на анализе изменений плоскости или вида поляризации колебаний после взаимодействия излучения с ОК. Перед испытаниями приемную антенну разворачивают до тех пор, пока сигнал на ее выходе от образцового ОК не станет равным нулю. Сигналы от испытываемых ОК характеризуют степень отклонения их свойств от образцового. 
Голографический метод дает хорошие результаты при контроле внутреннего строения ОК, однако из-за сложности его аппаратурной реализации метод имеет ограниченное применение.

Радиоволновой контроль по прошедшему излучению позволяет  обнаружить дефекты изделия, если их параметры μ_a и ε_a значительно отличаются от аналогичных параметров основного материала, а размеры соизмеримы или превышают длину волны зондирующего излучения. В простейшем варианте такого контроля в приемном тракте поддерживают режим бегущей волны. Наиболее полную информацию дает применение многоэлементных антенн, поскольку в этом случае удается воспроизвести внутреннюю структуру объекта. Для повышения разрешающей способности дефектоскопии используют метод самосравнения. Он реализуется с помощью двух комплектов излучающих и приемных устройств, максимально приближенных друг к другу. Результирующий сигнал определяется разностью амплитуд и фаз сигналов приемников каждого канала. Наличие дефекта приводит к изменению условий распространения волны в одном канале и появлению разностного сигнала. Анализ динамики изменения сигнала при периодическом прохождении дефекта через зону контроля радиоволнового дефектоскопа позволяет снизить порог его чувствительности.

Резонансный метод радиоволнового контроля основан на введении ОК в резонатор, волновод или длинную линию и регистрации изменений параметров электромагнитной системы (резонансной частоты, добротности, числа возбуждаемых типов колебаний и т. д.). Этим методом контролируются размеры, электромагнитные свойства, деформации и другие параметры. Успешно используется резонансный метод для контроля уровня жидкостей в резервуарах и параметров движения различных объектов.

Радиоволновые средства неразрушающего контроля - это датчики с чувствительным элементом, в котором контролируемая величина преобразуется в информативный  параметр; генераторы СВЧ — источники  электромагнитных колебаний; вторичные  преобразователи предназначены  для формирования сигналов регистрации  и управления.

Приборы радиоволнового неразрушающего контроля

Прибор радиоволнового неразрушающего контроля – это прибор, предназначенный  для выявления дефектов объекта  контроля и основанный на методе радиоволнового неразрушающего контроля

Радиоволновой дефектоскоп  – это прибор радиоволнового неразрушающего контроля, предназначенный для обнаружения, регистрации и определения размеров и (или) координат дефектов типа нарушений  сплошности и неоднородности в объекте контроля

Радиоволновой толщиномер – это прибор радиоволнового неразрушающего контроля, предназначенный для измерения толщины объекта контроля или его элементов

Радиоволновой структуроскоп – это прибор радиоволнового неразрушающего контроля, предназначенный для качественного определения параметров, характеризующих структуру

 Радиоинтроскоп –  это радиоволновой дефектоскоп  с визуализацией скрытого радиоизображения объекта контроля или многоэлементной обработкой информации на основе ЭВМ

 Квазиоптический радиоинтроскоп – это радиоинтроскоп, содержащий устройства для квазиоптического формирования радиоизображения

Рефлектометр – это  прибор радиоволнового неразрушающего контроля, предназначенный для измерения параметров отраженного от объекта контроля радиоволнового излучения

Радиоволновой эллипсометр – это прибор радиоволнового неразрушающего контроля, предназначенный для проведения неразрушающего контроля эллипсометрических радиоволновым методом

Радиоволновой влагомер –  это прибор радиоволнового неразрушающего контроля, предназначенный для измерения влажности радиопрозрачных веществ, материалов и изделий из них

Радиоволновой плотномер – это прибор радиоволнового неразрушающего контроля, предназначенный для измерения плотности или пористости радиопрозрачных веществ, материалов и изделий из них

Радиоволновой диэлектромер – это прибор радиоволнового неразрушающего контроля, предназначенный для измерения диэлектрических характеристик веществ, материалов и изделий из них

Радиоволновой преобразователь  – это часть прибора радиоволнового неразрушающего контроля, служащая для генерации, излучения и (или) приема радиоволн с последующим преобразованием в электрический сигнал

Радиоволновой преобразователь дифференциального типа – это радиоволновой преобразователь, дополнительно содержащий опорное плечо и канал сравнения

Многопараметровый радиоволновой преобразователь – это радиоволновой преобразователь, дополнительно содержащий устройство, обеспечивающее многопараметровый контроль

Межзондовый промежуток – это расстояние между зондами радиоволнового преобразователя, установленного в исходное положение при проведении контроля

Самобалансирующее радиоволновое устройство – это часть прибора радиоволнового неразрушающего контроля, предназначенная для автоматического управления информативным параметром с целью измерения контролируемого параметра объекта контроля

Опорное плечо радиоволнового преобразователя – это часть радиоволнового преобразователя, состоящая из одного или нескольких радиоволновых элементов, предназначенных для создания опорного сигнала преобразователя

Рабочее плечо радиоволнового преобразователя – это часть радиоволнового преобразователя, состоящая из одного или нескольких радиоволновых элементов, предназначенных для формирования полезного сигнала преобразователя

Коэффициент связи между  элементами радиоволнового преобразователя – это коэффициент, характеризующий уровень связи между элементами радиоволнового преобразователя, выраженный отношением проникающей паразитной мощности к мощности источника излучения, в децибелах

Динамический энергетический диапазон радиоволнового прибора – это отношение значения излучаемой прибором радиоволнового неразрушающего контроля мощности к принимаемой, соответствующей его порогу реагирования, выраженное в децибелах

Разрешающая способность радиоволнового дефектоскопа – это минимальное расстояние между границами двух рядом расположенных дефектов, при котором они выявляются раздельно, отнесенное к длине волны в материале объекта контроля при радиоволновом неразрушающем контроле

База радиоволнового преобразователя – это проекция поверхности, заключенной между прямыми линиями, соединяющими крайние точки механического контакта преобразователя с объектом контроля.

Источники и приемники  радиоволнового излучения СВЧ

Колебания СВЧ могут быть получены с помощью генераторов  магнетронного типа, ламп обратной волны, отражательных клистронов, квантово-механических генераторов и полупроводниковых  приборов. Наибольшее применение находят  клистроны, затем следуют магнетроны, лампы обратной волны и полупроводниковые генераторы.

Отражательные клистроны  широко применяют в качестве задающих генераторов в радиолокационных станциях, в усилительных цепочках маломощных передатчиков, в радиорелейных  линиях связи, маломощных генераторах  СВЧ непрерывного или импульсного  излучения в передающих устройствах  малого радиуса действия (радиодальномеры, радиомаяки, ответчики), а также как  маломощные генераторы в измерительной  и малогабаритной аппаратуре благодаря  ряду преимуществ перед другими  маломощными генераторами СВЧ. Это, в частности, низкий уровень флюктуационных шумов, простота эксплуатации и высокая надежность при изменении в широких пределах условий эксплуатации. Выпускаемые отражательные клистроны малой мощности (до 100 мВт) перекрывают широкий диапазон длин волн, вплоть до субмиллиметровых. Некоторые типы клистронов требуют принудительного воздушного охлаждения, особенно предназначенные для работы в коротковолновой части миллиметрового диапазона, когда принципиально трудно повысить их кпд. К сожалению, тепловые уходы частоты преобладают над всеми другими и присущи любому типу генераторов СВЧ. 

Магнетронные генераторы охватывают широкий диапазон частот и обеспечивают большой диапазон мощностей в импульсе: от единиц ватт до десятков мегаватт. Они находят широкое применение в радиоэлектронной аппаратуре в качестве задающих генераторов, источников мощности СВЧ и т.д. Однако в последнее время намечается отказ от их широкого использования вследствие большой нестабильности генерируемой частоты и тепловых уходов частоты. Кроме того, наличие постоянных магнитов увеличивает массу магнетронов, для питания требуются высокое напряжение и интенсивное охлаждение (путем обдува) резонатора.

Лампы обратной волны (ЛОВ) относятся  к классу широкодиапазонных генераторов  колебаний СВЧ с электронной  перестройкой частоты. Выпускается  большое число типов ЛОВ, перекрывающих  диапазон волн от 60 см до десятых долей  миллиметра. Для фокусировки электронного луча в ЛОВ в основном применяют  постоянные магниты трубчатой формы. Такие ЛОВ выпускаются в виде пакетированной конструкции, в которой объединены корпус ЛОВ, постоянный магнит и юстирующее приспособление. Поэтому нормальная работа ЛОВ может быть нарушена при наличии внешних магнитных полей или расположенных поблизости от ЛОВ ферромагнитных материалов. Как правило, расстояние между ЛОВ и подобными материалами должно быть не менее 400 мм. Режим работы ЛОВ сильно зависит от внешних условий (температуры, влажности), а также согласования с нагрузкой.

Лампы обратной волны особенно критичны к изменению температуры  среды. При воздействии на лампы  обратной волны механических ударов и вибраций происходят периодические  изменения расстояния между отдельными электродами электронной пушки  либо их поперечные смещения относительно друг друга, что сопровождается амплитудной  и частотной модуляцией генерируемых колебаний. Девиация частоты ЛОВ  при вибрациях обычно несколько  больше, чем у клистронов. К недостаткам ламп данного типа относится также то, что данные лампы, находившиеся на хранении и длительное время (более двух месяцев) не включающиеся, должны быть подвергнуты тренировке, которая занимает не менее 1,5 ч. Генераторы на основе ЛОВ, как и все генераторы СВЧ с широким диапазоном электронной перестройки частоты, не обладают высокой стабильностью частоты при работе в какой-либо точке диапазона.

Эффективный автогенератор  сантиметровых и миллиметровых  волн может быть создан на полупроводниковом  эквиваленте отражательного клистрона  — лавинно-пролетном диоде (ЛПД), который служит основой ряда устройств  СВЧ (генераторов, усилителей, преобразователей частоты).

В основе работы ЛПД лежит  эффект генерации когерентных колебаний  при лавинном пробое полупроводниковых  диодов СВЧ. Получаемая при этом мощность колебаний в непрерывном режиме составляет для различных диодов от десятков микроватт до нескольких милливатт при длине волны 0,8-10 см. Генератор состоит из лавинно-пролетного диода и полого резонатора, связанного с полезной нагрузкой. Характерная  особенность ЛПД — повышенный уровень шума на высоких (>10⁴ ГГц) частотах. Даже в германиевых диффузионных ЛПД с однородным пробоем этот уровень на 25-30 дБ превышает дробовой шум вакуумного диода с таким же током. В кремниевых ЛПД, где пробой сопровождается микроплазменными явлениями, уровень шума может превышать на 60-70 дБ дробовой шум.

Малогабаритные генераторы сантиметрового диапазона (3-15 ГГц) обеспечивают в непрерывном режиме при токе питания 10-20 мА и напряжении 20-70 В выходную мощность от 5 до 50 мВт при кпд 3-7%. Значительный уровень высших гармоник в спектре лавинного тока позволяет использовать ЛПД сантиметрового диапазона волн для создания генераторов миллиметрового диапазона. Резонатор такого генератора целесообразно делать двух- или трехконтурным, с тем чтобы один из контуров, не связанный с полезной нагрузкой, был настроен на основную частоту в коротковолновой части сантиметрового диапазона (10-15 ГГц), а остальные — на высшие гармоники. Генераторы этого типа имеют в верхней части миллиметрового диапазона выходную мощность (в непрерывном режиме) порядка единиц милливатт. Однако спектральная плотность флюктуации амплитуды и частоты ЛПД на 15-20 дБ выше, чем у отражательных клистронов. Итак, СВЧ-устройства на ЛПД обладают такими преимуществами, как малые габариты, масса, экономичность питания и т.д. Основной их недостаток — высокий уровень шумов.