微波缺陷检测技术

1.微波检测原理 微波是频率在300MHz～300GHz（波长1mm～1m）之间的电磁波，分为7个波段。微波无损检测通常使用F波段（8.2～12.5GHz）和K波段（26.5～40GHz）。

微波能够贯穿介电材料。微波在介电材料内部传播时，微波场与材料分子相互作用，发生电子极化、原子极化、方向极化和空间电荷极化现象，这4种极化决定介质的介电常数。材料的两个电磁特性参数（介电常数和介电损耗的数值）决定材料对微波的反射、吸收和传输的量。

介电损耗（微波在介电材料内由于极化以热能形式损耗）的大小用损耗角正切（tanδ），即材料每个周期中热功率损耗（ε″）与储存功率（ε′）之比表示

tanδ=ε″/ε′

介电常数愈大，材料中储存的能量愈多。复数介电常数（ε^∗）定义为

式中 ε₀——空气介电常数；

ε_r——材料相对介电常数（相对电容率）。

若被检物内含非气泡类缺陷，其介电常数既不等于ε₀，也不等于该材料的ε_r，而是复合的介电常数，介于ε₀与ε_r之间。

微波无损检测就是利用微波作用于被检物时介电常数和介电损耗的相对变化以及微波反射、透射、衍射、腔体微扰等物理特性的改变，通过测量微波信号基本参数（幅度、频率或相位等）和复合介电常数来检测被检物缺陷，测定材料非电量或评价结构完整性的方法。(www.xing528.com)

2.微波检测方法与应用 微波检测的基本方法有穿透法、散射法和反射法。

（1）穿透法。发射与接收天线（探头）分置被检物两侧。微波能量传输按被检物内部状态而相应变化。从接收天线取得的微波信号可直接与微波源信号比较幅度与相位。入射波形有固定频率连续波、可变频连续波和脉冲调制波三类。

（2）反射法。接收反射波。由被检物内部或背面反射的微波随被检物内部或表面状态而变化。有连续波反射、脉冲波反射和调频波反射等方法。连续波反射按定向耦合器对传输线一个方向上传播的行波进行分离或取样，输出信号幅度与发射信号幅度成正比。

（3）散射法。发射与接收天线正交。微波经有缺陷部位散射，被接收微波信号比无缺陷部位弱。散射法通过检测微波信号强度变化（确定散射特性）判断被检物内部缺陷。

除上述方法外，非正弦波检测（无载波检测）、微波全息技术和微波计算机断层成像技术（微波CT）等新技术已应用于微波检测的定量和图像显示。

实际上，微波检测中并不需要测出介电常数、反射系数或散射系数等数值，而是直接找出缺陷存在与微波幅度、相位移或频率的关系。一般通过微波探头（天线、变换器）将非电量转换为电参数，再通过微波电路转换为幅度、相位移或频率的变化量。微波探头种类有空间波式探头、表面波式探头和微带线式探头等。

微波检测具有非接触、操作方便、设备较简单、适于连续快速测量和在线实时监控及易于自动化等优点。微波检测可用于大多数非金属材料（陶瓷、树脂、纤维、橡胶及木材等）、复合材料内部缺陷检测和非电量（湿度、密度、固化度等）及被检物厚度的测量。目前主要用于各种粘结结构和蜂窝结构中的分层、脱粘及火箭壳体（玻璃钢）、雷达罩、高压磁瓶、集成电路板等的缺陷检测。

微波在导体表面基本被全反射（穿透深度仅几微米）且介电常数反常，据此可检测金属表面裂纹。但微波检测不适于金属材料及导电性能较好的复合材料（如碳纤维增强塑料）的内部缺陷检测。