微波法检测技术的发展历程

第二次世界大战之后，随着雷达技术的发展，工业产品的微波法检测技术也随之而生，大致经历了如下三个发展阶段：

1.早期探索试用阶段

微波技术，在无损检测上的应用，首先是对微波器件的检测，诸如波导管、衰减器，谐振腔、天线和天线罩的质量检测。在20世纪60年代初，紧随着复合材料在航空、航天工业中的应用，也开始了微波法检测技术的应用研究。1963年，美国应用“短程雷达”对“北极星”导弹的固体火箭壳体内部缺陷进行了成功检测，从此微波法检测技术就进入独立发展的道路，其特有的效能引起人们广泛的兴趣。

在此阶段，“借用”当时雷达技术发展的部分成果，多以喇叭天线作为微波传感器，在多种非金属材料或构件上开展了微波法检测技术的探索。

2.专门开发阶段

从20世纪70年代开始，人们从实践中和理论上都逐步认识到，不能简单地借用雷达或遥感技术中已成熟应用的各种“辐射型天线”来实现微波法的短程检测，这是因为，微波法检测技术与雷达技术有相似之处（例如，它们的空间分辨力主要取决于其微波天线的指向性），但由于二者探测目标的大小与距离不同，应用场合也有很大差别。雷达要探测的是空中和海面上几十～几千千米，甚至更远距离上的目标，而微波法检测仅需要探测固体中距离很近的目标，近则几毫米，远也不过几米，这在应用上就有很大差别。

雷达或遥感技术中所用的天线是个“辐射型”单元器件，可称之为“辐射型天线”。在天线的辐射电磁场中。沿其轴线由远及近，可分为“远场辐射区”、“近场辐射区”和“近场电抗区”。在雷达、遥感技术所谓的天线良好指向性，都是指处于天线“远场辐射区”所呈现的特性。而在天线“近场辐射区”其主波瓣变宽，指向性变差。靠近天线口面的“近场电抗区”还伴有旁瓣产生，并沿天线轴线方向上的电磁场强度呈现振荡状态。微波法检测实际应用场合应在“近程”实行检测。若仍借用雷达的“辐射天线”，则被测目标体将处于天线“近场辐射区”，甚至处于“近场电抗区”，导致天线指向性下降，空间分辨力降低，或无法检测。

对应用在“近程”检测场合的微波法检测技术，人们逐步采用“传输方式”工作的微波传感器，也可将其称为“传输型天线”（如终端开口的同轴线或波导、介质传输天线、微带边缘形成的“谐振式传感器”等），以替代雷达中所用的“辐射型天线”。

国内外，“近程”微波法检测技术所实行的专门开发，重点在以下几个方面：(www.xing528.com)

1）首先，在微波法检测技术发展中，微波传感器的创新是关键（传感器的区别与差异，是不同探测技术类型的主要特征体现），专门开发的微波传感器可在“近程”检测中呈现良好的指向性，实行准确的定位。

2）波长更短的毫米波技术，在微波法检测技术中得到更充分的应用，以求检测更微小的缺陷，并提高空间分辨能力。

3）用供电简单、体积小、重量轻、寿命长的“固态微波源”来代替“真空管微波源”，并逐步用“微带线”来代替“同轴线”和“波导管”为微波法检测仪器装置的便携式、小型化提供了有力的技术支撑。

4）因微波在非金属中传播速度很大，脉冲接近光速。在定位中，微波法检测若采用“时间间隔”法（也属于“幅度调制法”）是比较困难的。目前，更多地是采用“相位调制法”或“频率调制法”。也就是将距离、深度或厚度的测量，转换为相位差或频率差的测量。在用频率法测量中，则又经历了从“点频”（固定频率）、“扫频”到“阶跃调频”的几个发展过程。

5）微波法检测技术中，平面二维（2D）和立体三维（3D）计算机成像技术的开发应用，致使微波法检测技术逐步成为一种快速、直观、准确、整体性的无损检测技术，更有利于对“缺陷有害度”进行有效评估，而提升为微波NDE技术。

3.现场实用化发展阶段

从20世纪90年代至今，国外已将微波法检测技术广泛应用于国民经济各个部门中。在航空、航天装置中关键材料或构件的检测；电子工业中集成电路芯片等精密构件的检测；市政与基础设施建设中，公路、桥梁、机场跑道、铁道路基、河堤、大坝、房屋等建筑工程检测；桥墩附近水中河床冲刷状况检测；违禁物安全检查；地下水勘探；考古等方面，微波法检测技术已成必不可少、甚至唯一有效的检测手段。

微波一般包括分米波、厘米波、毫米波。在其频率高端，随亚毫米波的发展，可对各种元素进行快速的“波谱学分析”。频率更低的电磁波在地下可用来探测更大的深度。因此，微波法检测技术的应用前景将是非常广阔的。