微波无损检测技术全解
复合材料微波无损检测技术的研究
缺陷 ， 对于复 合 材料 非 金 属 基 底及 内部 缺 陷 无 法
侯
哲， 男， １ ９ ８ ９年 ４月 生 ， 硕 士 研 究 生 。山 西 省 太 原 市 ， ０ ３ ０ ０ ２ ４ 。
第４ １卷
检测¨ 。
第 １期
化
工
机 械
２ ７
王 晓明等 用这 种方 法 测 量厚 度 ４ ． ６ ｍｍ、 半 径
次 扫描 只能检 测 ０ ． ５—１ ０ ． ０ ｍｍ 的宽 度 ， 检测 周
期长 、 费用 高 。 声 一超声 检测技 术适 用 于复合 材料 的完 整性 评估 ， 可 以检测 出复合 材 料 中的孔 隙 、 分 层及 脱粘 可应 用于 复合材 料结 构 中缺陷无 损检 测 的技 术很 多 ， 包 括 超 声检 测 技术 、 射 线 检测 技 术 、 声发 射 技术 、 工业 Ｃ Ｔ检 测 技 术 、 声 一超 声 技 术 、 涡 流 检 测技 术 、 红外热波成像技术 （ 以 上 称 常 规 检 测
２ ６
化
工 机
械
２ ０ １ ４矩
复合 材 料微 波无 损检 测 技 术 的研 究
侯 哲 段 滋 华
（ 太 原 理 工 大 学化 学 化工 学 院 ）
摘
要
介 绍 了复 合 材料 无损 检 测 的各 类 方 法 ， 并 与 微 波检 测 法 对 比 ， 分析其优 缺点 ， 重 点 阐述 微 波 检
红 外热 波检测 法适 用 于检测 复合 材料 界面脱 粘 类缺 陷 ， 并 能 准 确 地 检 测 出分 层 的 深 度 。但 该 方 法 受 周 围 环 境 温 度 的影 响 较 大 ， 检 测 精 度 不 高 。 １ ． ２ 微波 检测 技术 与 常规无 损检 测 技 术 相 比 ， 微 波 检测 技 术 的 特点 具体 表 现为 ： １ ｆ ．微 波无 损检 测 属 非 接 触检 测 ， 可 以快 速 、
基于微波技术的无损检测技术
基于微波技术的无损检测技术随着科技的发展，无损检测技术和设备已经变得越来越普遍。
这种技术可以帮助我们检测物品的缺陷和损坏，而不需要对物品进行损坏性的测试。
其中，基于微波技术的无损检测技术可以在不破坏物品的情况下检测物品是否存在问题。
微波技术是一种高频电磁波波长介于1 mm到1 m之间的辐射能，其频率范围在300 MHz到300 GHz之间。
基于微波的无损检测技术通过测量这些高频电磁波与物品所反射或透射的波形、时延、振幅等特征来判断物品的健康状况。
基于微波的无损检测技术的应用范围非常广泛。
例如，无损检测技术可以用于检测管道、船舶、飞机、汽车、高速铁路和建筑物等基础设施的可靠性和安全性。
在医学和生物领域，微波技术不仅可以检测人体组织、癌症等疾病，还可以检测食品、荆棘等材料的营养价值和质量。
在工业生产中，基于微波的无损检测技术可以大大提高产品的质量和生产效率。
例如，无损检测技术可以检测焊接缺陷、裂纹、氧化、腐蚀和磨损等质量问题，从而确保产品的可靠性和安全性。
同时，基于微波的无损检测技术也可以检测生产线上的设备运转状况，及早检测设备故障并进行维护。
基于微波技术的无损检测技术具有许多优点。
例如，该技术可以在物品表面和内部同时检测，避免了物品内部损伤和测试过程中的污染。
此外，该技术可以高速扫描物品，节约了测试时间和成本。
当然，由于每种材料的电磁特性都不同，所以需要针对不同的物品进行定制化的技术和设备。
尽管基于微波的无损检测技术具有许多好处，但是仍然存在一些问题和挑战。
首先，该技术需要专业人员进行操作，这对于一些小型企业和个人来说可能具有一定的限制和困难。
此外，由于各种因素的影响，如温度、湿度、物品厚度和材料变化等，会影响测试结果，从而导致误差和不准确性。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况进行调整和测试，以避免误解和错误。
总体来说，基于微波技术的无损检测技术已经成为现代工业和医学领域中不可或缺的一部分。
微波无损检测技术全解
①穿透法
穿透法检测系统框图如下图所示。将发射和接收天线分 别放在试件的两边，通过检测接收的微波波束相位或幅值的 变化，可得到被检测量的情况。按入射波类型不同，穿透法 可分为三种形式，即固定频率连续波、可变频率连续波和脉 冲调制波。穿透法可用于透射材料的厚度、密度、湿度、化 学成分、混合物含量、固化度等的测量，可用于夹杂、气 孔、分层等内部缺陷的检测。
微波无损检测的原理
在微波检测中，微波与被检材料(介质)相互作 用，介质的电磁特性和对微波场的影响,决定了微 波的分布状况和微波幅值、相位、频率等基本参 数的变化。通过测量微波基本参数的变化，即可 判断被测材料或物体内部是否存在缺陷以及测定 其它物理参数。
微波无损检测的基本方法
微波无损检测方法主要有穿透法、反射法，干 涉法、全息法以及CT法等，下面逐一加以简单介 绍。
无损检测技术是以物理现象为基础的，回顾 一下世界无损检测技术的起源，都是一种物理 现象被发现后，随之进行深入研究并投入应用， 一般的规律往往首先是在医学领域、军工领域 应用，然后推广到工业领域应用。其中的微波 无损检测技术 在近些年来发展迅速，应用范 围也越来越广。
什么是微波？
微波是一种电磁波，它的频率范围约为3001VIHz一 300GHz，相应的波长为1m — 1mm。在此频率范围内，可 划分为X、K,Q，U，V, E、W等波段。按其波长 范围可分为分米波，厘米波和毫米波。微波无损检测是微波 技术的工业应用之一，它是以微波为传递信息的媒质，对被 检材料。构件或产品进行非破坏性检测，判断其内部是否存 在缺陷或测定其它物理参数。在微波无损检测中，常用X 波段(8.2~12.5GHz)和K波段(26.5一40GHz)，已发展 到W波段(56一100GHz)。
微波无损检测技术及应用
微波无损检测
(二)微波检测的基本原理
微波检测是通过研究微波反射、透射、衍射、干涉、 腔体微扰等物理特性的变化，以及微波作用于被检测材 料时的电磁特性 —介电常数的损耗正切角的相对变化， 通过测量微波基本参数如微波幅度、频率、相位的变 化．来判断被测材料或物体内部是否存在缺陷以及测定 其它物理参数。 微波在介电材料内部传播时，微波场与介电材料分子 相互作用，并发生电子极化、原子极化、方向极化和空间 电荷极化等现象。这四种极化，决定介质的介电常数。介 电常数越大，材料中存储的能量越多。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。微 波在材料内部由于极化，则以热能形式损耗。
微波物理特性中的腔体微扰是指谐振腔中遇到某些物体 条件的微小变化，如腔内引入小体积的介质等.这些微小扰动 将导致谐振腔某些参量 ( 如谐振频率、品质因素等 ) 相应的微 小变化，称为“微扰”。根据“微扰”前后物理量的变化来 计算腔体参量的改变，从而确定所测量厚度的变化及温度、 线径、振动等数值. 采用测量材料和工件的复合介电常数来确定缺陷或非电 量及其大小，是微波检测的物理基础。因为对一般材料和工 件来说，其介电常数为复合介电常数，既不等于该材料的相 对介电常数，也不等于所含缺陷(空气等)的介电常数，而往 往介于两者之间。 微波从表面透入到材料内部，功率随透入的距离以指数 形式衰减。理论上把功率衰减到只有表面处的 1／e＝13．6％ 的深度，称为穿透深度。
由材料内部或背面反射的微波，是随材料内部或表面状
态的变化而变化。主要有连续波反射法、脉冲反射法和调频 波反射法等。 反射法检测要求收发传感器轴线与工件表面法线一致， 它是利用不同介质的分界面上会有反射和折射现象来研究材 料的介电性能。定向耦合器对传输线一个方向上传播的微波 进行分离或取样，输出信号幅度与反射信号幅度成比例。 试样内部的分层和脱粘等缺陷，将增加总的反射信号。 在扫描试件过程中，如微波碰到缺陷，所记录的信号将有幅 度和相位的改变。
微波技术应用于无损检测中的探究
微波技术应用于无损检测中的探究无损检测（NDT）是指在不破坏被测试物体的情况下，通过物理学、数学和工程学等科学原理和方法，对被测试物体进行表面及其内部的检测、评估和判读的一种检测技术。
随着科技的不断发展和进步，越来越多的技术被应用到无损检测中，其中微波技术作为一种非常有前景的技术，被广泛运用于无损检测之中。
微波无损检测技术是指在微波束的作用下，通过测量微波的反射、传输、吸收等物理量来评估被检测物体的性质和结构的技术。
该技术具有快速、非接触、高精度等优点，可以有效地检测出金属、非金属、陶瓷等材料内部缺陷、裂纹、气泡等缺陷信息，具有广泛的应用前景。
微波无损检测技术的基本原理是基于电磁波在物体中的行走过程。
当微波通过物体时，根据物质对微波的导电、介电、磁学性质不同，微波在物体中传播的方式和状态都不相同，从而反映出被检测物体的特定缺陷信息。
例如，当微波与被检测物体接触时，如果物体表面有裂纹、气泡、夹杂物等缺陷时，微波会因这些缺陷而产生反射和散射，从而体现出物体的缺陷信息。
通过收集和分析这些反射和散射的微波信号，就可以确定被检测物体的缺陷位置和类型。
微波无损检测技术具有许多优点，例如：1.高精度：微波技术因其特殊的物理性质，能够很好地探测到物体中的微小缺陷，从而实现高精度的无损检测；2.高速性：微波无损检测过程中，数据采集与处理时间很短，适用于快速检测；3.无损伤：微波无损检测不需对被检测物进行任何摆动或者切割，因此不会对物体本身造成损伤；4.免维护：无需电极或传感器等常规检测工具，使用特殊器件，无损检测仪器读取设备也不需保养，保养费用低；5.呈现简单：微波无损检测技术检测结果呈现形式非常直观，易于判断，缺陷点就是显示出来的黑色点，因而技术工人不需要受过很长时间技能培训，就可以轻松读懂检测结果。
微波无损检测技术在工业领域中有着广泛的应用，它在机械制造、航空航天、汽车、电力、通信等行业中，接替了传统无损检测方法，成为优质、有效的检测手段。
《微波检测技术》课件
结论
微波检测技术的重要性和应用前景
重要性：微波检 测技术在现代科 技领域具有广泛 的应用价值，如 通信、雷达、遥 感等领域。
应用前景：随着 科技的不断发展， 微波检测技术在 未来将会有更多 的应用场景，如 自动驾驶、物联 网、医疗等领域。
微波检测技术是一 种利用微波信号进 行检测的技术
微波检测技术可以 应用于各种领域， 如通信、雷达、遥 感等
微波检测技术具有 高精度、远距离、 非接触等优点
微波检测技术可以 应用于各种环境， 如室内、室外、水 下等
微波检测技术的发展历程
20世纪40年代，微波技术开 始应用于军事领域
20世纪初，美国科学家卡尔 文·齐默尔曼发明了微波雷达
土壤监测：利用微 波技术监测土壤中 的污染物浓度
噪声监测：利用微 波技术监测噪声污 染情况
在医疗领域的应用
微波成像技术：用于肿瘤、血管等疾病的诊断和治疗 微波消融技术：用于肿瘤、血管等疾病的治疗 微波辐射治疗：用于肿瘤、血管等疾病的治疗 微波辅助诊断技术：用于肿瘤、血管等疾病的诊断和治疗
在其他领域的应用
技术
微波特性：具 有穿透性、反 射性、吸收性
等特性
微波检测原理： 通过检测微波 在物体中的传 播、反射、吸 收等特性，实 现对物体的检
测
微波检测应用： 广泛应用于工 业、医疗、交
通等领域
微波检测的信号处理方式
信号采集：通过天线接收微波信号
信号处理：对信号进行数字化处理，如 FFT、频谱分析等
信号放大：将接收到的微弱信号放大到可 处理的水平
微波无损检测技术在工业应用中的研究
微波无损检测技术在工业应用中的研究微波无损检测技术是一种非接触式的检测技术，主要用于材料和器件的无损检测和质量控制。
在现代工业生产中，微波无损检测技术已经逐渐成为一种重要的检测手段，广泛应用于电子、汽车、航空、冶金等各个领域。
本文将探讨微波无损检测技术在工业应用中的研究，以及未来的发展方向。
微波无损检测技术的基本原理是利用微波在材料中的传播速度、反射系数、吸收系数等物理特性进行检测。
目前，主要的微波无损检测方法包括脉冲回波法、频率扫描法、时间域反演法等。
这些方法各有特点，可以根据不同的应用场合进行选择。
脉冲回波法是微波无损检测技术中应用比较广泛的一种方法，其基本原理是通过发送一定频率的微波信号，测量其接收到反射信号的强度和时间延迟，从而确定被测物体的结构和性质。
脉冲回波法适用于检测厚度、缺陷、异物等不同的材料性质，具有可靠性高、灵敏度高、检测速度快等优点。
频率扫描法与脉冲回波法相似，但是其采取的是扫频信号对待测物体进行激励。
通过扫描一定的频率范围，并测量接收到的反射信号强度和相位差，从而确定待测物体的物理特性。
频率扫描法适用于检测多层材料的复合结构、小孔、毛细裂纹等小尺寸缺陷，具有检测灵敏度高、检测精度高等特点。
时间域反演法是一种相对新的微波无损检测方法，其基本原理是通过多次微波信号的反射，推断出待测物体的电磁参数分布。
时间域反演法适用于检测石油、天然气开采井内管道的腐蚀、内部裂纹、腐蚀状况等。
微波无损检测技术广泛应用于各个领域。
在电子行业中，微波无损检测技术可以用于半导体封装材料的参数检测，以及基板和电路板内的线路、孔洞和接口的检测。
在汽车制造行业中，微波无损检测技术可以用于汽车发动机部件和制动系统的检测。
在航空制造行业中，微波无损检测技术可以用于飞机机翼的检测。
在冶金行业中，微波无损检测技术可以用于不锈钢、铝板和铜板等材料的厚度测量和缺陷检测。
然而，微波无损检测技术仍存在一些局限性。
首先，由于微波的穿透深度和分辨率有限，只能检测表面和浅层缺陷，不能检测深层缺陷。
微波无损检测技术在材料检测中的应用研究
微波无损检测技术在材料检测中的应用研究随着现代工业的高速发展，材料的质量检测与控制越来越受到重视。
传统的检测方法由于存在一定的局限性，无法完全满足工业生产的需求，因此，新型的材料检测方法临时应运而生，其中微波无损检测技术是被广泛研究和应用的一种。
在材料的检验、评价、质量保证与检测领域中，微波无损检测有着广泛的应用前景。
一、微波无损检测技术的原理微波无损检测技术是通过微波在被测物料中传播的速度、能量损耗、反射、衍射等信息，对材料进行非破坏性的检测并获得材料内部结构和物性参数的一种方法。
微波无损检测技术基于输运电磁场，通过与被测样品互动而检测样品的物理状态。
微波既是电磁波，也是由电场和磁场交替变化的振动波。
微波的振幅、运动方向和相位随时间变化的规律成为微波的特性，这些特性可随距离变化而改变。
由于不同材料对微波有不同的吸收、反射和散射能力，因此可以通过微波与被测材料的互动，获取被测材料的物理参数，包括电气参数（介电常数、电阻率）、磁学参数（磁导率、剩磁等）和机械参数（弹性常数）等。
二、微波无损检测技术在材料检测中的应用在材料的无损检测中，微波无损检测技术应用广泛，可以用于检测金属、非金属、复合材料、电子元件、建筑材料等各种材料的质量和结构。
1. 金属材料检测微波无损检测技术在金属材料检测中主要用于检测缺陷、疲劳、强度等方面。
例如，通过微波探头与被测金属表面接触，可以检测到金属表面的裂纹、凹槽等缺陷。
同时，还可以通过测量微波的反射、吸收率等特性，确定金属内部的物理参数如电阻率、磁导率等，以提高金属材料的加工效率和质量。
2. 非金属材料检测微波无损检测技术在非金属材料检测中主要用于检测材料的结构和物理性质等方面。
例如，在飞机制造中，采用微波无损检测技术可以检测飞机零部件中的裂纹、气泡和其他缺陷，以保证飞机的安全性。
同时，部分非金属材料的产品可以通过微波的吸收率、反射率等物理参数来确定其质量。
3. 建筑材料检测微波无损检测技术在建筑材料检测中应用也越来越广泛。
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⑤断层成像法
微波检测借助计算机技术可形成断层扫描技术， 用以检查非金属材料的内部质量，以断层剖面的 图形显示。
微波无损检测的应用
微波无损检测是一种用途广泛的方法，对非金属材料，它具有其 它无损检测方法难以取代的作用。公开报道的微波无损检测的项目有: 增强塑料、非金属的复合胶接结构与蜂窝结构件中的分层、脱层;固体 推进剂的老化;橡胶轮胎内部的气孔、裂缝;陶瓷及复合物中的气孔;非 金属材料的振动、速度、加速度、同心度、湿度、密度、化学组分;金 属加工表面光洁度、裂纹、划痕及其深度;金属材料的厚度、位移、线 径或长度、同心度、振动、速度、加速度、表面裂纹等。目前，将无 损检测技术应用于检测塑料与复合材料层压板中的脱粘，火箭发动机 玻璃钢壳体检测，火箭固体药柱与包复层间的脱粘，复合烧蚀喷管中 的脱粘，环氧树脂的固化度，雷达罩的厚度和电性能已取得了很好的 效果。在金属表面裂纹深度及金属表面粗糙度微波检测方面，利用微 波天线作为微波传感器对不同材料不同工件实测，平均误差不大于土 2%，检测速度决，使用方便。国产的微波测厚仪线性范围宽，测厚 范围为1一10mm，分辨力为0.01mm,精度±0.03mm，适合各种材质， 反应速度快，有利于实现自动化检测。
②反射法
反射法是利用被检试件表面和内部所反射的微波对试 件进行检测的方法，当微波入射到试件表面时，会产生反 射和折射，其反射波与试件的材料性质有关，透入试件的 折射波如遇到反射界面(如缺陷，试件底面)也会产生反射。 通过测取反射波幅值、相位等的变化，可以推断试件有无 材料的不连续〔缺陷)和有关参数的变化。反射法主要包 括连续波反射法、扫频波反射法、脉冲调制波反射法。下 图为连续波反射计的框图
微波无损检测技术及应用
11级控 郑健
学号：201100160250
通过前三周对过程装备无损检测技术的学习，
我们学到了四种无损检测技术，老师也提到了一 些其他的技术，这些技术使我感觉到很神奇，因 为它们大多数都是通过很简单的方式就检验出设 备存在的缺陷，这也促使我课下搜集资料去了解 更较多普的 遍无 的损技检术测---微技波术无，损接检下测来技我术介。绍一种应用比
微波无损检测的特点
(1)微波的波长短，频带宽，方向性好，贯穿介电材 料的能力强。
(2)微波无损检测属非接触检测，能快速、连续、实 时的监测，不需耦合剂，避免了耦合剂对材料的污染。
(3)微波无损检测可以进行最有效的无损扫描，提供精 确的数据，使缺陷区域的大小和范围得以准确测定。
(4)微波无损检测设备简单，费用低廉，易于操作，便 于携带。
结束语
微波无损检测技术的应用对于保证产品的质量、减少不必 要的经济损失方面起着很大的作用，对于保证产品可靠性方面 已产生良好效益。随着更多的无损检测工程师及技术人员对微 波检测能力和局限性的精通，微波检测的使用必将不断增加， 微波检测技术有着广阔的发展前景。作为过程装备与控制工程 专业的学生更应该对先进的这类无损检测技术有一定程度的了 解，并运用到将来在实际工作中，从而达到学以致用的目的。
无损检测技术是以物理现象为基础的，回顾
一下世界无损检测技术的起源，都是一种物理 现象被发现后，随之进行深入研究并投入应用， 一般的规律往往首先是在医学领域、军工领域 应用，然后推广到工业领域应用。其中的微波 无损检测技术 在近些年来发展迅速，应用范 围也越来越广。
什么是微波？
微波是一种电磁波，它的频率范围约为3001VIHz一 300GHz，相应的波长为1m — 1mm。在此频率范围内，可 划分为X、K,Q，U，V, E、W等波段。按其波长 范围可分为分米波，厘米波和毫米波。微波无损检测是微波 技术的工业应用之一，它是以微波为传递信息的媒质，对被 检材料。构件或产品进行非破坏性检测，判断其内部是否存 在缺陷或测定其它物理参数。在微波无损检测中，常用X 波段(8.2~12.5GHz)和K波段(26.5一40GHz)，已发展 到W波段(56一100GHz)。
微波无损检测的基本方法
微波无损检测方法主要有穿透法、反射法，干 涉法、全息法以及 CT法等，下面逐一加以简单介 绍。
①穿透法
穿透法检测系统框图如下图所示。将发射和接收天线分 别放在试件的两边，通过检测接收的微波波束相位或幅值的 变化，可得到被检测量的情况。按入射波类型不同，穿透法 可分为三种形式，即固定频率连续波、可变频率连续波和脉 冲调制波。穿透法可用于透射材料的厚度、密度、湿度、化 学成分、混合物含量、固化度等的测量，可用于夹杂、气 孔、分层等内部缺陷的检测。
③干涉法
利用微波的干涉现象，可以使入射微波 和反射微波形成驻波。被检试件材料的物 理、化学性质的变化将会改变驻波的幅值、 相位，测定驻波幅值、相位的变化可以判 断试件材料性质的变化。
④微波全息技术
微波干涉法与光导全息照相技术结合可以形 成微波全息技术。利用微波能穿透不透光介质的 特性，摄取被检材料的微波全息图像，完整地记 录物体全部信息，并可在适当的光学系统下再现 图像。
(5)由于微波不能穿透金属和导电性能较好的复合材 料，因而不能检测此类复合结构内部的缺陷，只能检测金属 表面裂纹缺陷及粗糙度。
微波无损检测的原理
在微波检测中，微波与被检材料 (介质)相互作 用，介质的电磁特性和对微波场的影响 ,决定了微 波的分布状况和微波幅值、相位、频率等基本参 数的变化。通过测量微波基本参数的变化，即可 判断被测材料或物体内部是否存在缺陷以及测定 其它物理参数。