摘要：系统地介绍了微波无损检测的原理和微波无损检测技术在工程中的应用，指出了目前微波无损检测技术在应用中存在的问题，给出了今后研究工作的方向。
关键词：微波无损检测；复合材料；层间脱粘；裂纹裂缝缺陷；气孔缺陷
1.引言
微波无损检测技术是随着微波测量技术的发展和对非金属复合材料的检测要求而产生的。自60年代以来，随着非金属复合材料在工程中的广泛应用，传统的利用超声波、红外线、激光和X射线来检测这些复合材料中的裂纹、裂缝、气孔、粘扣等缺陷时遇到困难。其主要原因是：超声波在复合材料中衰减很大，光波不能穿透不透明的复合材料；X 射线检测平面缺陷时，由于射线的能量变化很小，导致底片对比度低，这在检测分层媒质的脱粘，层与层的错动时受到限制。而微波对非金属复合材料具有较好的穿透性，适合于作为检测复合材料的射线。另一方面，微波网络分析仪的可测频率越来越高，不仅可测反射波和散射波的振幅，而且可测波的相位变化。这使微波测量在非金属复合材料的质量检测中得到广泛应用。并且在其它领域，如压力容器表面的裂纹和裂缝，石油管道中的裂纹、裂缝和阻塞的检测中得到广泛应用。
2.微波检测技术原理及特点
2.1 微波检测原理
微波是指波长范围在1mm——100mm，频谱范围在300MHz至3000GHz之间的电磁波。微波可以分为三个波段：首先第一波段是分米波、其次是厘米波、接着是毫米波。微波的本质都为电磁波。微波无损检测技术是将在330MHz ~ 3300GHz中某段频率的电磁波照射到被测物体上，通过分析反射波和透射波的振幅和相位的变化，波的模式的变化，通过对散射波的分析，从而了解被测样品中的裂纹、裂缝、气孔等缺陷，分层媒质的脱粘，夹杂等的位置和尺寸，复合材料内部密度的不均匀程度的技术。
3.微波检测主要方法
有微波穿透法，微波涡流法，微波干涉法，微波反射法。本文仅就其中的散射法做简要讨论。
微波散射法：
一般散射计安装收、发传感器，可按接收信号强弱调整角度，也可互相垂直。
4.微波检测技术的研究方向与发展趋势
4.1微波无损检测的理论研究方向
进一步研究微波在非均匀介质中的传播和在非均匀介质中的散射规律是十分有价值的。在非均匀介质中，如果得到散射波相位和振幅对位置和媒质的非均匀性的关系，则就建立了对该种非均匀媒质的断层扫描关系，也就是得到了该种非均匀媒质的断层扫描算法。比如我们建立了人体对微波的散射波相位和振幅对位置和人体结构的关系，则我们就得到了微波人体断层扫描算法；如果我们得到了桥梁等大型建筑对微波的散射关系，则我们就可以对这些大型建筑进行微波断层扫描；反过来，如果对大地进行微波断层扫描，将接收到的散射波，根据相似理论，然后进行小模型分析，可以分析出在微波断层扫描范围内的每个区域中的矿藏分布。建立非均匀介质对多微波源的散射理论。无论是金属表面上的裂纹、裂缝检测还是非均匀介质中的缺陷的检测，如果在不同位置设置多个频率不同的微波源，且这些源的相对位置是已知的，则在确定的坐标系中，可建立非均匀介质缺陷对多微波源的散射关系。其中，散射波的相位包含散射源的位置关系，同时，微波从各不同方向照射到缺陷上，可避免由缺陷形状引起的漏检。
对于管道和压力容器内表面上长裂纹、裂缝，目前所用的传播波法和反射波法不能确定其缺陷的位置，只能确定是否存在缺陷。解决问题的办法为先用调制波作为传播波，可通过检测缺陷对调制波的反射来确定缺陷的位置。调制波理论不仅可以从理论上解决管道内表壁上缺陷的位置问题，而且可解决非均匀介质中缺陷的位置和大金属平面表面上的缺陷的位置问题。
4.2微波无损检测的实验研究方向
关于微波的传播、反射和散射理论，目前只能对一些规则边界条件进行求解。在实际问题中，大多数缺陷的形状是不规则的，不可能求出其解析表达式，只能通过实验的方法来求出其关系。
（1）对媒质的非均匀性检测，无论是用反射波法还是散射波法，由于缺陷对微波的反射和散射与其本身的形状、尺寸、取向有关，而且与波的频率也有关。在实际工程中，材料的性质主要取决于材料不均匀的程度，因此，可通过检测散射波的功率来实现。在实测中，应采集从不同入射角度、在不同频率下的反射波功率和散射波功率。
（2）一般说来，频率越高，检测的精度也越高。但对脱粘检测来说，该结论不成立。由于散射波相位与频率具有周期关系，当检测频率太高时，可能散射波的相移反而较小，用相敏法测脱粘时，应用扫频源寻找一个最佳频点。
5.总结
微波检测作为常规无损检测方法的补充，它适用于检测增强塑料、陶瓷、树脂、玻璃、橡胶、木材以及各种复合材料等，也适用于检测各种胶接结构和蜂窝结构件中的分层、脱粘、金属加工工件表面粗糙度、裂纹等。随着很多无损检测工程师及技术人员对微波检测能力及局限性的精通，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。
参考文献：
[1] 刘贵民 马丽丽.无损检测技术.北京：国防工业出版社，2006，346-352
[2] 周在杞 周克印.微波检测技术.北京：化学工业出版社，2007
[3] 沈玉娣 曹军义.现代无损检测技术.西安，西安交通大学，2012，303-317
[4] 张俊哲.无损检测技术及其应用.北京：科学出版社，1993，363-369
论文作者:李荣耀
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/6
标签：微波论文; 缺陷论文; 复合材料论文; 检测技术论文; 均匀论文; 裂纹论文; 媒质论文; 《基层建设》2017年第24期论文;