СВЧ-ДЕФЕКТОСКОП Советский патент 2006 года по МПК G01N22/02 

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано для дефектоскопии диэлектрических материалов, в частности для поиска зон, свободных от армирования в железобетонных строительных конструкциях.

Известен СВЧ-дефектоскоп, состоящий из СВЧ-генератора, подключенного через блок обработки отраженного сигнала к приемопередающей микрополосковой антенне, при этом выход блока обработки отраженного сигнала соединен с индикатором.

Недостатком известного СВЧ-дефектоскопа является сложность контроля гетерогенных диэлектриков типа строительных конструкций из железобетона, кирпича, дерева и т.д. Это связано, во-первых, с разбросом диэлектрической проницаемости строительных материалов, во-вторых, с невозможностью селекции сигналов, отраженных от наполнителя или от арматуры в железобетонных строительных конструкциях.

Параметры микрополосковой антенны зависят от диэлектрической проницаемости материала, на который антенна нагружена, что приводит к снижению чувствительности дефектоскопа. Для селекции сигналов от локальных или протяженных включений необходимо контролировать поляризационные параметры отраженного сигнала при повороте плоскости поляризации излучения на угол не менее 180°.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение чувствительности СВЧ-дефектоскопа при контроле строительных конструкций и поиске зон, свободных от армирования.

Указанная цель достигается тем, что в СВЧ-дефектоскоп, состоящий из СВЧ-генератора, подключенного через блок обработки отраженного сигнала к приемопередающей микрополосковой антенне, при этом выход блока обработки отраженного сигнала соединен с индикатором, с рабочей стороны микрополосковой антенны помещен согласующий блок, состоящий из двух диэлектрических пластин, первая из которых закреплена на антенне и имеет выступ в виде диска толщиной, равной толщине второй пластины, а диаметром, не превышающим линейные размеры микрополосковой антенны, диск установлен по скользящей посадке в центре второй пластины, причем геометрические центры антенны, диска и отверстия расположены на одной оси, при этом суммарная толщина согласующего блока не превышает величины , а его диэлектрическая проницаемость ε_п выбирается из условия ε_τ≤ε_п≤ε_м (где λ_o - длина волны излучения; ε_τ - диэлектрическая проницаемость подложки микрополосковой антенны, ε_м - диэлектрическая проницаемость контролируемого объекта).

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать выводы о соответствии критерию "существенные отличия".

На чертеже изображена функциональная схема СВЧ-дефектоскопа.

Дефектоскоп состоит из СВЧ-генератора 1, подключенного через блок обработки отраженного сигнала 2 к приемопередающей микрополосковой антенне 3. Выход блока обработки 2 соединен с индикатором 4. На рабочей стороне микрополосковой антенны 3 закреплена первая согласующая диэлектрическая пластина 5, имеющая в центре дисковый выступ, который установлен по скользящей посадке в отверстие в центре второй диэлектрической пластины 6, которая расположена на поверхности исследуемой строительной конструкции 7.

Дефектоскоп работает следующим образом. СВЧ-энергия от генератора 1 проходит через блок обработки отраженного сигнала 2 и излучается микрополосковой антенной 3 через диэлектрическое покрытие толщиной h в строительную конструкцию 7. Отраженный от внутренних неоднородностей исследуемой конструкции СВЧ-сигнал улавливается микрополосковой антенной 3 и поступает в блок обработки отраженного сигнала 2, из которого он после предварительной обработки подается на индикатор 4. По показаниям последнего судят о наличии или отсутствии дефектов в исследуемой конструкции.

Наличие между микрополосковой антенной и исследуемым материалом согласующего покрытия с фиксированной диэлектрической проницаемостью ε_п значительно снижает влияние диэлектрической проницаемости ε_м исследуемого материала на параметры микрополосковой антенны. Для оптимального согласования необходимо, чтобы диэлектрическая проницаемость согласующего покрытия лежала в пределах ε_τ≤ε_п≤ε_м (где ε_τ - диэлектрическая проницаемость подложки микрополосковой антенны). Так как ε_м заранее неизвестна, то при выборе материала согласующего покрытия ориентируются на минимально возможную диэлектрическую проницаемость исследуемого материала. Например, для микрополосковой антенны, изготовленной на подложке из материала ФАФ-4Д с диэлектрической проницаемостью 2,5, при контроле железобетонных строительных конструкций с минимальной диэлектрической проницаемостью 4,0, можно использовать в качестве согласующего покрытия оргстекло с диэлектрической проницаемостью 2,65. Предлагаемый согласующий слой отличается от известного четвертьволнового согласующего (просветляющего) покрытия тем, что он служит не для устранения отражения от передней границы исследуемого материала, а для стабилизации параметров микрополосковой антенны. Поэтому толщину слоя h не рекомендуется выбирать больше величины (где λ_о - длина волны излучения), так как при большей толщине слоя в нем может возникнуть паразитное боковое излучение, что приведет к возникновению помех и снижению реальной чувствительности дефектоскопа.

При решении задачи поиска зон, свободных от армирования, в железобетонных строительных конструкциях необходимо в результате контроля определить, находятся ли под микрополосковой антенной, установленной через согласующие покрытие на поверхность исследуемой конструкции, протяженные металлические включения. Для этого согласующее покрытие выполнено в виде блока, состоящего из двух пластин, первая 5 из которых жестко закреплена на микрополосковой антенне 3 и имеет выступ в виде диска диаметром, не превышающим линейных размеров микрополосковой антенны 3, а вторая 6, установленная на поверхности исследуемой конструкции 7, имеет отверстие, в которое по скользящей посадке установлена первая пластина.

Такая конструкция согласующего блока позволяет поворачивать микрополосковую антенну 3 и соответственно плоскость поляризации электромагнитного излучения над исследуемой зоной строительной конструкции 7. Диаметр исследуемой зоны равен диаметру отверстия во второй пластине 6.

Отраженный сигнал, поступающий в микрополосковую антенну, представляет собой векторную сумму сигналов, отраженных от передней и задней границ исследуемой конструкции и от ее внутренних неоднородностей. При повороте плоскости поляризации излучения над выбранной зоной контроля сигналы от передней и задней границ исследуемой конструкции не изменяются, сигналы от локальных включений типа воздушных раковин и наполнителя в бетоне также не изменятся. Изменение суммарного отраженного сигнала, при повороте плоскости поляризации излучения, может произойти только в случае, если под приемопередающей антенной будет находиться протяженное включение (арматура, инженерные коммуникации, электропроводка и т.д.). Это связано с тем, что при совпадении вектора Е-поляризации с осью протяженного включения отражение от последнего будет максимальным.

Амплитуда отраженного сигнала фиксируется индикатором 4. Следовательно, только при повороте микрополосковой антенны над зоной, содержащей протяженные включения, на индикаторе будет зафиксировано изменение отраженного сигнала.

Экспериментальная проверка предложенного технического решения показала возможность определения зон, свободных от арматуры в железобетонных строительных конструкциях. При этом чувствительность дефектоскопа возрасла не менее чем в 2 раза.

Изобретение относится к области радиоизмерений. Техническим результатом является повышение чувствительности СВЧ-дефектоскопа при обнаружении протяженных металлических включений. СВЧ-дефектоскоп содержит СВЧ-генератор, подключенный через развязывающий блок к приемопередающей микрополосковой антенне. На излучающей поверхности микрополосковой антенны размещена диэлектрическая пластина, которая снабжена выступом в форме диска, соосного с геометрическим центром антенны. Диаметр диска не превышает линейных размеров антенны, а толщина его равна толщине второй диэлектрической пластины. Диск установлен в отверстии, выполненном во второй диэлектрической пластине. Приведена зависимость величин диэлектрических проницаемостей материала диэлектрических пластин, материала подложки микрополосковой антенны и материала контролируемого объекта. 1 ил.

СВЧ-дефектоскоп, содержащий СВЧ-генератор, подключенный через развязывающий блок к приемопередающей микрополосковой антенне, и индикатор, подсоединенный к выходу отраженного сигнала развязывающего блока, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности при обнаружении протяженных металлических включений, введены две диэлектрические пластины, примыкающие одна к другой, причем одна диэлектрическая пластина размещена на излучающей поверхности микрополосковой антенны и снабжена выступом в форме диска, соосного с геометрическим центром микрополосковой антенны, диаметр которого не превышает линейных размеров микрополосковой антенны, а толщина равна толщине второй диэлектрической пластины, и установленного в отверстии, выполненном во второй диэлектрической пластине, причем суммарная толщина диэлектрических пластин не превышает а их диэлектрическая проницаемость ε_п выбрана из условия ε_τ≤ε_п≤ε_м, где λ_о - длина волны излучения, ε_τ - диэлектрическая проницаемость подложки микрополосковой антенны, ε_м - диэлектрическая проницаемость материала контролируемого объекта.