Радіохвильовий метод заснований на залежності минулого або відбитого радіовипромінювання, від параметрів і характеристик діелектричних матеріалів (пластмас, гуми, склопластиків, термоізоляційних матеріалів, фанери, зерна, піску тощо). У радіохвильовому методі використовується діапазон довжин хвиль, який називається діапазоном понад високі частоти. Електромагнітна хвиля є сукупністю електричного Е і магнітного Н полів, що поширюються у певному напрямку Z. У вільному просторі електромагнітні хвилі поперечні, тобто. вектори Е і Н перпендикулярні до напряму поширення.
Вектор Е визначає поляризацію електромагнітного поля (її амплітуду). Виходячи з цього, хвиля може бути плоско поляризована (лінійно поляризована), електрично поляризована, кругової поляризації (правої або лівої поляризації, права за годинниковою стрілкою, ліва проти годинникової стрілки). Напруженість магнітного поля Н перевіряється у її зміні за амплітудою залежно від магнітної проникності використовуваного матеріалу. Н може змінюватися від нуля до максимального значення, що використовується в методах парамагнітного електричного резонансу і в ядерних методах резонансу. Це дозволяє досліджувати слабкі взаємодії усередині речовини із застосуванням цих методів.
Принципи побудови радіохвильових
приладів неруйнівного контролю.
У радіохвильовому методі використовується діапазон довжин хвиль від 1 до 1 мм, який називають діапазоном надвисоких частот (НВЧ). При проходженні сигналу через контрольоване середовище остання впливає на його характеристики. Якщо контролюються діелектричні матеріали, то як характеристики використовують постійну діелектричну і тангенс кута втрат ; при контролі напівпровідникових матеріалів оцінюють діелектричну постійну та магнітну проникність; при контролі електропровідних матеріалів досліджують провідність. Прилади радіохвильового контролю можна поділити на фазові, амплітудно-фазові, поляризаційні, резонансні, спектральні, частотні, променеві, перетворювальні. Всі ці прилади засновані на використанні явищ відображення, проходження, поглинання, заломлення, поляризації та перетворення радіохвильового випромінювання. Для вимірювання рівня впливу середовища на сигнал застосовуються амплітудно-фазові прилади. Схема приладу наведено малюнку 1.
Прилади подібного типу містять випромінювальну антену 4 і приймальну антену 6, джерело генерації НВЧ1, вентиль 2, аттенюатор 3,7, за допомогою якого можна послабити випромінювання, детектор 8 блок обробки і видачі інформації 9. Після проходження випромінювання через об'єкт контролю 5 потужність сигналу оцінюватиметься за формулою:
Потужність радіовипромінювання, що пройшов через об'єкт контролю;
Площа випромінюючої антени 4;
Потужність випромінюючої антени 4;
Коефіцієнти проходження радіохвилі на межі розділу двох середовищ досліджуваного матеріалу та середовища в якому він знаходиться; , де
Довжина випромінюючої антени у поперечному перерізі;
Відстань від кромки випромінюючої антени до поверхні випробуваного виробу 5;
Відстань до кромки приймальної антени від поверхні виробу, що перевіряється після проходження радіовипромінювання;
Товщина виробу, що перевіряється;
Коефіцієнти відображення при падінні радіовипромінювання на поверхню виробу та при його виході з поверхні виробу; , де
Хвильове число;
Довжина хвилі радіовипромінювання.
З виразу 1 видно, що з заданої потужності можна визначити товщину контрольованого об'єкта чи фізичні параметри . Для виключення перевідбиття необхідно узгодити межі з приймальною та випромінюючої антеною, тобто. відстані. Радіохвильові прилади можуть бути побудовані на принципі прийому відбитого від дефекту сигналу. Схема приладу показано на рис.2.
Принцип роботи подібних приладів полягає в наступному: сигнал НВЧ генератора 1 через вентиль 2 і вузол поділу 3 подається на випромінювальну антену 4, відбитий від об'єкта 6 сигнал надходить в антену 5, детектується в елементі 7 і ідентифікується в системі 8. Особливістю приладів прийомі відбитих сигналів, є наявність зв'язку (напруженості електромагнітного поля радіовипромінювання) між випромінюючою та приймальними антенами. Цей зв'язок реалізується рахунок частини випромінювання антени 4 і є опорним сигналом, з яким підсумовуються відбиті сигнали . Сукупність всіх компонентів сигналу носить інтерференційний характер, що залежить від співвідношення між амплітудою та фазою відбитого сигналу та сигналу зв'язку. Вигляд інтерференційної картини залежить від відбитого сигналу, що несе інформацію про внутрішню структуру об'єкта, що контролюється, тобто. залежить від . Радіохвильові поляризаційні прилади ґрунтуються на залежності поляризації електромагнітної хвилі, тобто. від орієнтації вектора Е у просторі в міру поширення їх у контрольованому середовищі. По виду поляризації (плоска, кругова, електрична) можна будувати висновки про внутрішньої структурі матеріалу. Зазвичай прилад налаштовують так, що за відсутності внутрішніх дефектів в об'єкті сигнал у приймальній антені дорівнює нулю. За наявності дефекту або структурної неоднорідності змінюється площина або вид поляризації сигналу, що випромінюється, і в приймальній антені з'являється сигнал, що несе інформацію про дефекти.
У радіохвильових резонансних приладах стан контрольованого об'єкта визначається за впливом середовища на добротність, усунення резонансної частоти або розподіл поля в резонаторі. На малюнку 1 представлений циліндричний резонатор у вигляді схеми:
|
Зазвичай резонатор 1 циклічної форми діаметра, збуджується хвилі. Випробуваний зразок діаметра 2 міститься всередині резонатора. І тут має місце зміщення резонансної частоти. За величиною усунення визначається однорідність цього зразка та його суцільність. У разі несуцільності або будь-якого дефекту всередині об'єкта, що випробовується, зсув резонансної частоти збільшується. Цим і визначається контроль випробуваного зразка.
У разі (рис.1 б) виникають різнополяризовані радіохвилі. Одні з правою поляризацією, інші – з лівої. Якщо такий резонатор покласти на зразок, то за наявності дефектів у зразку відбудеться зміна в поляризації радіохвилі, і з'являться деякі складові величини цієї поляризації (на малюнку це показано як ). Вимірюючи положення цього значення можна знайти місце розташування цього дефекту та його протяжність.
Схема роботи променевих приладів
На рис.2а) показано проходження радіопроменя через зразок. Зазвичай використовується промінь мілімітрового діапазону, та його проходження підпорядковується законам геометричної оптики. У результаті за величиною відхилення визначають показник заломлення і цим знаходять характеристику середовища. Якщо середовище однорідне, то промінь переломлюючись виходить з протилежного боку виробу, якщо середовище неоднорідне, то крім заломлення відбувається і відображення радіопроменя, як показано на малюнку 2б). У приладах цього фіксується радіозображення внутрішніх дефектів.
Радіохвильові товщиноміри.
Радіохвильові методи дозволяють контролювати товщину діелектричних матеріалів, шарів діелектриків на металі та металевих листах. Інформація про товщину може міститися в амплітуді, фазі, зсув резонансної лінії та резонансної кривої. Найбільш важливими параметрами об'єкта, що впливають на минулий або відбитий сигнал, є товщина і діелектрична проникність матеріалу. Чим однорідніший матеріал, тим точніше вимірюється товщина. Коефіцієнти відображення та проходження радіохвилі для плоского однорідного шару при нормальному падінні являють собою осцилюючі функції, що спадають при зростанні товщини і відношенні , де - Довжина хвилі радіопроменя.
Період цих функцій визначається довжиною хвилі та показником заломлення середовища. А ступінь зменшення – коефіцієнтом згасання хвилі. На малюнку 3 наведено графіки коефіцієнтів відбиття для двох діелектриків.
Ряд 1 - гіпсобетон (); ряд 2 - оргскло ( 
)
Рис.4
Ряд 1 – середнє згасання 
; ряд 2 - мале згасання; ряд 3 - велике згасання; - Кут втрат.
Видно, що період осциляції коефіцієнта відображення обернено пропорційний діелектричній проникності. Однозначний зв'язок між коефіцієнтом проходження та товщиною має місце при великому згасанні. Поява неоднозначності при малому згасанні ускладнює застосування товщинометрів, заснованих на хвилі. Як приклад розглянемо товщиномір для вимірювання товщини металевого листа, що прокочується.
Товщиномір для вимірювання товщини
металевого листа, що прокочується.
1- вузол для обробки сигналів та видачі їх на індикацію та керування
2- генератор НВЧ 10 -лінза
3- трійник 11 - об'єкт, що вимірювається
4- вентиль 12-лінза
7- підстроєний плунжер, що закоротює, 15 - плунжер, що закорочує
9- антена випромінююча (рупор) 17 - узгоджувальне навантаження
18 – вентиль
У приладах цього призначення має місце дзеркальне відображення електромагнітної хвилі від поверхні об'єкта, що контролюється, при цьому на самій поверхні встановлюється пучність струму і вузол напруги. При вимірі товщини об'єкта змінюється побудована картина поля, що відзначається приладом. Генеровані сигнали НВЧ через трійник 3 і вентилі 4 і 18 надходить на відгалуження 8 і 14, а потім на рупорні антени 9 і 13 з лінзами 10 і 12. Сигнали, відбиваючись від вимірюваного поверхні об'єкта 11, утворюють стоячі хвилі. Резонатори відбитих хвиль налаштовується в резонанс за допомогою короткозамкнутих плунжерів 7 і 15.
|
Радіохвильові вологоміри.
Методи вимірювання вологості матеріалів засновані на поглинанні та розсіювання радіохвиль молекулами води в області НВЧ. Інформативними параметрами є амплітуда, фаза та кут повороту площини поляризації електромагнітної хвилі. Відомо, що в області НВЧ має місце резонансне поглинання. Крім того, діелектрична постійна води у зазначеній області частот змінюється від 80 до 20, тоді як ця величина для інших матеріалів лежить в межах 2-9. Ця обставина дозволяє використовувати радіохвильовий метод для влаштування вологомірів різного призначення. На малюнку 6 наведено залежність діелектричних проникностей від частоти.
Ряд 1 - проникність, ряд 2 - проникність.
Для вимірювання з'єднання вологи використовується амплітудний вологомір, який заснований на ослабленні потужності сигналу, що пройшов через об'єкт, його схема наведена на малюнку 2. В області слабозв'язаної вологи коефіцієнт проходження сигналу пропорційний вмісту води.
Амплітудний вологомір.
1- генератор НВЧ 9 - пристрій управління перетвореннями
2- вентиль 10 – пристрій індикації
3-трійник хвилеводний 11 - детектор
4- антена випромінююча 12 - плунжер закорочений
5- антена приймальна 13 – підсилювач
6- перетворювач
7- плунжер закорочений
8- детектор
Амплітудно-фазовий вологомір.
1- Генератор НВЧ 5 - приймальна антена
2- Змінні перетворювачі 6 - пристрій узгодження навантаження
3- Трійник 7 – трійник хвилеводний
4- Антена випромінююча 8 – індикатор
9 – підсилювач 10 – детектор
Прилад працює на принципі порівняння сигналу, що пройшов через вологий об'єкт, і сигналу, що пройшов хвилеводним трактом. У хвилеводному трійнику 7 сигнали порівнюють по амплітуді та фазі. Різнистий сигнал по посиленню відображається на пристрої 8.
Радіохвильові дефектоскопи.
Ці прилади застосовуються контролю тріщин, повітряних включень, сторонніх включень, неоднорідностей, дефектів склеювання тощо. у діелектричних матеріалах. Радіохвильові дефектоскопи будуються на принципі пропускання або відображення хвилі, яка несе інформацію про товщину шарів та показник заломлення, тобто. про фізичні параметри шарів (щільність, пористість, вологість, склад і т.д.) на малюнку 9 як приклад наведено схему дефектоскопа з механічним скануванням.
Тема: Радіохвильовий вид неруйнівного контролю
Радіохвильовий методнеруйнівного контролю заснований на реєстрації змін параметрів електромагнітних хвиль радіодіапазону, що взаємодіють з об'єктом контролю. Зазвичай використовуються хвилі надвисокочастотного (НВЧ) діапазону з довжиною від 1мм до 100 мм. Контролюють вироби з матеріалів, де радіохвилі не дуже загасають: діелектрики (пластмаси, кераміка, скловолокно), магнітодіелектрики (ферити), напівпровідники, тонкостінні металеві об'єкти.
За характером взаємодії зОК розрізняють методи минулого, відбитого, розсіяного випромінювання і резонансний.
Якщо контрольована величина безпосередньо пов'язана з напруженістю поля (потужністю) відбитого, минулого або розсіяного випромінювання, використовується амплітудний метод контролю. Технічна реалізація методу проста, проте невисока завадостійкість обмежує його застосування. Більш надійні результати отримують, використовуючи фазовий та амплітудно-фазовий методи,засновані на виділенні корисної інформації, укладеної у змінах амплітуди та фази хвилі.
Якщо товщина об'єкта перевищує довжину хвилі зондуючого випромінювання, що використовується, рекомендується для її вимірювання використовувати геометричний або тимчасовий метод. У першому випадку контрольований параметр пов'язаний із відхиленням положень відбитого променя у площині реєстрації щодо обраної системи координат, у другому - зі зміною затримки сигналу у часі.
Для контролю тонкоплівкових та анізотропних матеріалів застосовують поляризаційний метод, Заснований на аналізі змін площини або виду поляризації коливань після взаємодії випромінювання з ОК. Перед випробуваннями приймальну антену розгортають до того часу, поки сигнал її виході від зразкового ОК стане рівним нулю. Сигнали від ОК, що випробовуються, характеризують ступінь відхилення їх властивостей від зразкового.
Голографічний методдає добрі результати при контролі внутрішньої будови ОК, проте через складність його апаратурної реалізації метод має обмежене застосування.
Найбільш повну інформацію дає застосування багатоелементних антен, оскільки у разі вдається відтворити внутрішню структуру об'єкта.
Для підвищення роздільної здатності дефектоскопії використовують метод самопорівняння. Він реалізується за допомогою двох комплектів випромінюючих та приймальних пристроїв, максимально наближених один до одного. Результуючий сигнал визначається різницею амплітуд та фаз сигналів приймачів кожного каналу. Наявність дефекту призводить до зміни умов поширення хвилі в одному каналі та появі різницевого сигналу. Аналіз динаміки зміни сигналу під час періодичного проходження дефекту через зону контролю радіохвильового дефектоскопа дозволяє знизити поріг його чутливості.
Резонансний методрадіохвильового контролю заснований на введенні ОК в резонатор, хвилевід або довгу лінію та реєстрації змін параметрів електромагнітної системи (резонансної частоти, добротності, числа збуджуваних типів коливань тощо). Цим методом контролюються розміри, електромагнітні властивості, деформації та інші параметри. Успішно використовується резонансний метод контролю рівня рідин у резервуарах і параметрів руху різних об'єктів.
Радіохвильовий контроль застосовують для вирішення всіх типових завдань неруйнівного контролю: товщинометрії, дефектоскопії, структуроскопії та інтроскопії (контролю внутрішньої будови). Використовувана при цьому апаратура зазвичай побудована на базі стандартних або модернізованих елементів НВЧ. Спеціальним елементом при вирішенні конкретної задачі може бути джерело або приймач випромінювання, а також пристрій для кріплення та переміщення об'єкта.
Серед інших особливостей радіохвильового контролю порівняно з оптичним та радіаційним слід відзначити використання імпедансного методу для розрахунку параметрів сигналів та сумірність довжини хвилі випромінювання з розмірами радіохвильового тракту «джерело випромінювання - об'єкт контролю-приймач випромінювання».
Випромінювання НВЧ відносяться до області радіохвиль, які з моменту свого відкриття використовувалися для передачі інформації. Застосування хвиль НВЧ для цілей ПК вимагало створення теорії їхньої взаємодії з об'єктом контролю.
Радіохвильові засоби неруйнівного контролю - це датчики з чутливим елементом, В якому контрольована величина перетворюється на інформативний параметр; генератори НВЧ – джерела електромагнітних коливань; вторинні перетворювачі призначені для формування сигналів реєстрації та управління.
Класифікація приладів. Прилади радіохвильового контролю можуть бути класифіковані за різними ознаками.
За інформативним параметром розрізняють прилади:
- Амплітудні;
- Фазові;
– амплітудно-фазові;
- Поляризаційні;
- Резонансні;
- променеві;
- Частотні;
- Перетворювальні (вид хвилі);
- Спектральні.
За схемами розташування приймача та випромінювача енергії НВЧ щодо контрольованого
зразка можуть бути:
– на проходження (двосторонній доступ);
- На відображення (односторонній доступ);
- Комбіновані.
Розрізняють такі форми утворення сигналу:
– аналогову;
– дифракційну;
- Оптичну.
При використанні цього виду контролю наявність дефектів у досліджуваних виробах призводить до появи додаткових відображень електромагнітного поля, які змінюють інтерференційну картину та викликають додаткові втрати енергії. Цей метод застосовується в дефектоскопії діелектриків, а також при дослідженні стану поверхні тіл, що проводять.
Недоліком НВЧ методує порівняно низька роздільна здатність пристроїв, що реалізують цей метод, обумовлена малою глибиною проникнення радіохвиль в метали.
Методи проведення технічних експертиз
Для проведення технічних експертиз застосовують дві групи методів, що різняться між собою способами проведення необхідних досліджень та вимірювання основних характеристик:
· неруйнівні методи, коли всі вимірювання виробляються безпосередньо на об'єкті або конструкції без пошкодження елементів;
· руйнівні методи, пов'язані з відбором проб або зразків з конструкцій та порушенням суцільності матеріалу.
Неруйнівні методи контролюбудівельних конструкцій широко застосовуються у процесі проведення технічних експертиз будівель та споруд. Їх використовують при приймальному контролі конструкцій на заводі-виробнику, так і безпосередньо на об'єкті при проведенні експертизи.
За фізичними принципами досліджень ці методи можна класифікувати так:
1) механічні методи;
2) акустичні методи;
3) електрофізичні методи;
4) методи іонізуючого випромінювання;
5) радіохвильові методи;
6) теплові методи;
7) голографічні методи;
8) інші способи.
Механічні методи знайшли широке застосування у будівництві завдяки своїй простоті, зручності та можливості швидко виконати перевірку стану матеріалу в різних точках конструкції. Насамперед, це оцінка міцності бетону за допомогою еталонних молотків К.П.Кашкарова та ІЛ.Фізделя. По діаметру відбитків, отриманих при ударі молотком, за емпіричним графіком визначається міцність бетону. Для цих цілей широко застосовуються склерометри різних типів. У цих приладах про міцність бетону судять за величиною відскоку сталевого бойка. Найчастіше їх використовують у транспортному будівництві під час обстеження мостів.
Акустичні меТоді ґрунтуються на збудженні пружних механічних коливань. За параметрами цих коливань визначають фізико-механічні характеристики матеріалу, що досліджується. Залежно від частоти коливань ці методи поділяють на ультразвукові (частота 20 тис. Гц і від), звукові (до 20 тис. Гц) і інфразвукові (до 20 Гц).
Використовують акустичні методи, головним чином, для виявлення та дослідження дефектів конструкцій (тріщин, розшарування, порожнин), перевірки якості швів зварних з'єднань, дефектоскопії клейових з'єднань та стиків, визначення товщин виробів з металевих сплавів, а також для визначення міцності бетону по кореляційним залежностям .
Електрофізичні методи обстеження ділять на магнітні, електричні та електромагнітні.
Магнітні методи застосовують визначення дефектів у металі, контролю якості зварних швів. Їх використання засноване на тому, що магнітний потік за наявності дефекту конструкції викривляється та розсіюється.
За допомогою електромагнітних методів можна визначити товщину металевих елементів, а також контролювати натяг арматури в залізобетонних конструкціях. Для виявлення положення та глибини залягання арматури у залізобетонних конструкціях використовуються прилади магнітно-індукційного типу.
Електромагнітний метод покладено основою визначення вологості деревини. За виміряним електричним опором можна будувати висновки про стан матеріалу в конструкції, користуючись відповідними залежностями між електропровідністю і вологістю даного сорту деревини.
Неруйнівний контроль за допомогою іонізуючого випромінювання ефективно використовують у процесі обстеження будівельних конструкцій для різних цілей. Переваги застосування іонізуючого випромінювання полягають у можливості швидкого та якісного отримання визначених характеристик.
Контроль рентгенівськими та гамма-випромінюваннямизастосовується для оцінки фізико-механічних характеристик матеріалів та якості конструкцій. Насамперед, з його допомогою здійснюють дефектоскопію зварних з'єднань, а також визначення пружної деформації складової металу. У бетоні та залізобетоні проводиться визначення щільності, контроль однорідності, а також визначення положення та діаметра арматури та товщини захисного шару бетону. Для просвічування деталей та конструкцій застосовують також джерела нейтронного випромінювання. Найбільш ефективним застосуванням нейтронів виявляється щодо вологості матеріалів - бетону, деревини та інших.
Великі перспективи застосування має радіохвильовий метод контролю (НВЧ). За допомогою приладів, розроблених на основі цього методу, можна оцінити такі характеристики, як вологість, щільність пористість будівельних матеріалів, товщину захисного шару в залізобетонних конструкціях.
Також ефективним є застосування радіохвильового методу при контролі пластмас, деревини (у тому числі і в клеєних конструкціях), бетону, залізобетону та інших матеріалів. Радіохвильовий метод дає можливість досліджувати як початкову стадію зародження вогнищ порушення суцільності конструкцій, так і перебіг подальшого розвитку дефектів.
Широкі перспективи під час обстеження огороджувальних конструкцій мають теплові методи, на основі яких розроблені спеціальні прилади – тепловізори. Вони дають змогу з високою точністю проводити теплофізичні дослідження будівельних конструкцій.
Принцип дії тепловізорів заснований на використанні інфрачервоного випромінювання від зовнішнього джерела, відбитого від матеріалу, що досліджується або пройшов крізь нього. Застосування тепловізорів дає можливість оцінити загальні тепловтрати будівлі, виявити усадку теплоізоляції конструкцій, що огороджують, дослідити температурні поля, знайти порожнечі в ізоляції, тріщини в конструкціях, що огороджують, Оцінити повітропроникність стикових з'єднань.
Перспективними для застосування є також голографічні методи, що дозволяють отримувати за зміни умов розгляду однієї і тієї ж знятої голограми об'ємні зображення такими, якими вони видно при різному положенні точки спостереження безпосередньому розгляді об'єкта.
Існують інші методи неруйнівного контролю. Найбільш ефективним є комплексне застосування різних методів, що базуються на різних фізичних принципах, що взаємно доповнюють один одного.
При всіх своїх перевагах неруйнівні методи не завжди дають досить повну характеристику об'єкта, що обстежується. З їх допомогою не завжди можливо встановити всі необхідні фізико-механічні властивості матеріалу конструкції, а також показники здатності, що несе, жорсткості, тріщиностійкості та ін.
Міністерство освіти Республіки Білорусь
Білоруський державний університет інформатики та
радіоелектроніки
кафедра РЕМ
«Радіохвильові, радіаційні методи контролю РЕЗІ. Методи електронної мікроскопії»
МІНСЬК, 2008
Радіохвильовий метод
Радіохвильові методи засновані на взаємодії електромагнітного поля в діапазоні довжин хвиль від 1 до 100 мм з об'єктом контролю, перетворення параметрів поля в параметри електричного сигналу та передачі на реєструючий прилад або засоби обробки інформації.
За первинним інформативним параметром розрізняють наступні НВЧ-методи: амплітудний, фазовий, амплітудно-фазовий, геометричний, часовий, спектральний, поляризаційний, голографічний. Область застосування НВЧ-методів радіохвильового виду неруйнівного контролю наведено у таблиці 1 та у ГОСТ 23480-79.
Радіохвильові методи неруйнівного контролю
| Назва методу | Галузь застосування | Фактори, що обмежують сферу застосування | Контрольовані параметри | Чутливість | Похибка | ||||||||
| Ампліт-тудний | Товщинометрія напівфабрикатів, виробів із радіопрозорих матеріалів | Складна конфігурація. Зміна зазору між антеною перетворювача та поверхнею контролю. | Товщина до 100 мм. | 1 – 3 мм | 5% | ||||||||
| Дефектоскопія напівфабрикатів, виробів та конструкцій з діелектрика | Дефекти: тріщини, розшарування, недопрес-совки | Тріщини понад 0,1 – 1 мм | |||||||||||
| Фазовий | Товщинометрія листових матеріалів та напівфабрикатів, шаруватих виробів та конструкцій з діелектрика. | Хвилястість профілю або поверхні об'єкта контролю при кроці менше 10L. Відбудова від впливу амплітуди сигналу | Товщина до 0,5 мм | 5 – 3 мм | 1% | ||||||||
| Контроль «електричної» (фазової) товщини | Товщина до 0,5 мм | 0,1 мм | |||||||||||
| Амплі-тудно-фазовий | Товщинометрія матеріалів, напівфабрикатів, виробів та конструкцій з діелектриків, контроль зміни товщини. | Неоднозначність відліку за зміни товщини понад 0,5А,Е Зміна діелектричних властивостей матеріалу об'єктів контролю величиною понад 2%. Товщина понад 50 мм. | Товщина 0 – | 0,05 мм | ±0,1 мм | ||||||||
| Амплі-тудно-фазовий | Дефектоскопія шаруватих матеріалів та виробів з діелектрика та напівпровідника завтовшки до 50 мм. | Зміна зазору між антеною перетворювача та поверхнею об'єкта контролю. | Розшарування, включення, тріщини, зміни щільності, нерівномірний розподіл складових компонентів | Вмикання порядку 0,05А,Е. Тріщини з розкривом порядку 0,05 мм. Різнощільність порядку 0,05 г/см3 | |||||||||
| Геометричний | Товщинометри виробів та конструкцій з діелектриків: контроль абсолютних значень товщини, залишкової товщини | Складна конфігурація об'єктів контролю; непаралельність поверхонь. Товщина понад 500 мм | Товщина 0-500 мм | 1,0 мм | |||||||||
| Дефектоскопія напівфабрикатів та виробів: контроль раковин, розшарування, сторонніх включень у виробах з діелектричних матеріалів | Складна конфігурація об'єктів контролю | 1,0 мм | 1 –3% | ||||||||||
| Час- | Товщинометрія конструкцій та середовищ, які є діелектриками | Наявність "мертвої" зони. На-носекундна техніка. При- | Товщина понад 500 мм | 5-10 мм | 5% | ||||||||
| ної | Дефектоскопія серед діелектриків | зміна генераторів потужністю понад 100 мВт | Визначення глибини залягання дефектів у межах до 500 мм. | 5 - 10 мм | 5% | ||||||||
| Спектральний | Дефектоскопія напівфабрикатів та виробів із радіопрозорих матеріалів | Стабільність частоти генератора більше 10-6. Наявність джерела магнітного поля. Складність створення чутливого тракту в діапазоні перебудови частоти понад 10% | Зміни у структурі та фізико-хімічних властивостях матеріалів об'єктів контролю, включення | Мікродефекти та мікронеоднорідності значно менші за робочу довжину хвилі. | - | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||||||||
| Поляризаційний | Дефектоскопія напівфабрикатів, виробів та конструкцій з діелектричних матеріалів. | Складна конфігурація. Товщина понад 100 мм. | Дефекти структури та технології, що викликають анізотропію властивостей матеріалів (анізотропія, механічні та термічні напруження, технологічні порушення упорядкованості структури) | Дефекти площею понад 0,5 – 1,0 см2. | |||||||||
| Голографічний | Дефектоскопія напівфабрикатів, виробів та конструкцій з діелектричних та напівпровідникових матеріалів із створенням видимого (об'ємного) зображення | Стабільність частоти генератора більше 10-6. Складність створення опорного пучка чи поля з рівномірними амплітудно-фазовими характеристиками. Складність та висока вартість апаратури. | Включення, розшарування, різнотовщина. Зміни форми об'єктів. | Тріщини з розкривом 0,05 мм | |||||||||
Примітка: λ – довжина хвилі в контрольованому об'єкті; L – розмір розкриття антени у бік хвилястості.
Необхідною умовою застосування НВЧ-методів є дотримання таких вимог:
Відношення найменшого розміру (крім товщини) контрольованого об'єкта до найбільшого розміру розкриття антени перетворювача має бути не менше одиниці;
Найменший розмір мінімально дефектів, що виявляються, повинен не менше ніж у три рази перевищувати величину шорсткості поверхні контрольованих об'єктів;
Резонансні частоти спектра відбитого (розсіяного) випромінювання або напруженості магнітних полів матеріалів об'єкта та дефекту повинні мати відмінність, що визначається вибором конкретних типів пристроїв, що реєструють.
Варіанти схем розташування антен перетворювача щодо об'єкта контролю наведено у таблиці 1.
Методи цього виду контролю дозволяють визначати товщину та виявити внутрішні та поверхневі дефекти у виробах переважно з неметалічних матеріалів. Радіохвильова дефектоскопія дає можливість з високою точністю та продуктивністю вимірювати товщину діелектричних покриттів на металевій підкладці. У цьому випадку амплітуда зондувального сигналу є основним інформаційним параметром. Амплітуда випромінювання, що проходить через матеріал, зменшується через багато причин, у тому числі через наявність дефектів. Крім цього, змінюються довжина хвилі та її фаза.
Існують три групи методів радіохвильової дефектоскопії: проходження, відбиток і розсіювання.
Апаратура радіохвильового методу зазвичай містить генератор, що працює в безперервному або імпульсному режимі, рупорні антени, призначені для введення енергії у виріб і прийом хвилі, що пройшов або відбитої, підсилювач прийнятих сигналів і пристрої для вироблення командних сигналів, що керують різного роду механізмами.
При контролі фольгованих діелектриків проводять сканування поверхні зразка, що перевіряється спрямованим пучком мікрохвиль з довжиною хвилі 2 мм.
Залежно від інформаційно використовуваного параметра мікрохвиль дефектоскопи поділяють фазові, амплітудно-фазові, геометричні, поляризаційні.
Зміна щодо амплітуди хвилі відраховується на еталонному виробі. Амплітудні дефектоскопи найбільш прості з точки зору налаштування та експлуатації, але їх застосовують тільки для виявлення досить великих дефектів, що впливають на рівень прийнятого сигналу.
Амплітудно-фазові дефектоскопи дозволяють виявляти дефекти, що змінюють як амплітуду хвилі, так і її фазу. Такі дефектоскопи здатні давати досить повну інформацію, наприклад, якість заготовок фольгованих діелектриків, призначених виготовлення окремих шарів багатошарових друкованих плат.
У поляризаційних дефектоскопах фіксують зміну площини поляризації хвилі за її взаємодії з різними неоднорідностями. Ці дефектоскопи можуть бути використані для виявлення прихованих дефектів у різних матеріалах, наприклад, для дослідження діелектричної анізотропії і внутрішніх напруг в діелектричних матеріалах.
Радіаційні методи
Під радіаційними методами неруйнівного контролю розуміється вид контролю, що не руйнує, заснований на реєстрації та аналізі проникаючого іонізуючого випромінювання після взаємодії з контрольованим об'єктом. В основі радіаційних методів лежить отримання дефектоскопічної інформації про об'єкт за допомогою іонізуючого випромінювання, проходження якого через речовину супроводжується іонізацією атомів та молекул середовища. Результати контролю визначаються природою та властивостями використовуваного іонізуючого випромінювання, фізико-хімічними характеристиками контрольованих виробів, типом та властивостями детектора (реєстратора), технологією контролю та кваліфікацією дефектоскопістів.
Радіаційні методи неруйнівного контролю призначені для виявлення мікроскопічних порушень суцільності матеріалу контрольованих об'єктів, що виникають при їх виготовленні (тріщини, овали, включення, раковини та ін.)
Класифікація радіаційних МНК представлена на рис1.
Методи електронної мікроскопії (ЕМ)
Електронна мікроскопія ґрунтується на взаємодії електронів з енергіями 0,5 - 50 кеВ з речовиною, при цьому вони зазнають пружних та непружних зіткнень.
Розглянемо основні способи використання електронів при контролі тонкоплівкових структур (див. рис.2)
Таблиця 1 -
Схеми розташування антен перетворювачів стосовно об'єкту контролю.
| Схема розташування антен перетворювача | Можливий метод контролю | Примітка |
| 1 | 2 | 3 |
| Амплітудний, спектральний, поляризаційний | - | |
|
| Фазовий, амплітудно-фазовий, часовий, спектральний | - |
|
| Амплітудний, геометричний, спектральний, поляризаційний | - |
|
| Фазовий, амплітудно-фазовий, геометричний, часовий, спектральний | - |
|
| Амплітудний, спектральний, поляризаційний. | - |
|
| Амплітудний, поляризаційний, голо-графічний. | Як приймальна використовується моноелементна антена. |
|
| Амплітудний, голографічний. | Як приймальня використовується багатоелементна антена. |
|
| Амплітудний, амплітудно-фазовий, тимчасовий, поляризаційний | - |
|
| Амплітудний, фазовий, амплітудно-фазовий, спектральний. | Функції передавальної (випромінюючої) та при- емної антен поєднані в одній антені. |
Позначення: - антена перетворювача;
Навантаження. 
1 – НВЧ-генератор; 2 – об'єкт контролю; 3 – НВЧ-приймач; 4 – лінза до створення (квазі) плоского фронту хвилі; 5 – лінза для формування радіо-зображення; 6 – опорне (еталонне) плече мостових схем.
Примітка: допускається застосування комбінацій схем розташування антен перетворювача щодо об'єкта контролю.
Растрова електронна мікроскопія (РЕМ). Сфокусований пучок електронів 1 (рис. 2) діаметром 2-10 нм за допомогою системи відхилення 2 переміщається по поверхні зразка, (або діелектричної плівки З1, або напівпровідника З-11.) Синхронно з цим пучком електронний пучок переміщається по екрану електронно-променевої трубки . Інтенсивність електронного променя моделюється сигналом, що надходить із зразка. Рядкова та кадрова розгортка пучка електронів дозволяють спостерігати на екрані ЕЛТ певну площу досліджуваного зразка. Як модулюючий сигнал можна використовувати вторинні та відбивні електрони.
Рисунок 1 – Класифікація радіаційних методів
Рисунок 2 – Режими роботи растрової електронної мікроскопії
а) контраст у минулих електронах; б) контраст у вторинних та відбитих електронах; в) контраст у наведеному струмі (З11 – умовно винесений за межі приладу). 1 – сфокусований промінь; 2 – система, що відхиляє; 3 – об'єкт дослідження – діелектрична плівка; 4 - детектор вторинних та відбитих електронів; 5-підсилювач; 6 – генератор розгортки; 7 - ЕЛТ; 8 – сітка детектора; 9 -відбиті електрони; 10 – вторинні електрони.
Електронна мікроскопія (ПЕМ), що просвічує, заснована на поглинанні, дифракції електронів взаємодії з атомами речовини. При цьому сигнал, що пройшов через плівку, знімається з опору, що включається послідовно зі зразком З1. Для отримання зображення на екрані використовуються потужні лінзи за зразком. Сторони зразка мають бути плоскопаралельними, чистими. Товщина зразка повинна бути набагато меншою за довжину вільного пробігу електронів і повинна становити 10.. 100 нм.
ПЕМ дозволяє визначити: форми та розміри дислокацій, товщину зразків та профіль плівок. Нині існують ПЕ мікроскопи до 3 МеВ.
Скануюча електронна мікроскопія (СЕМ).
Зображення формується за рахунок вторинних електронів, і за рахунок відбитих електронів (рис. 2). Побічні електрони дозволяють визначити хімічний склад зразка, а відбиті – морфологію його поверхні. При подачі негативного потенціалу - 50 В відбувається замикання малоенергетичних вторинних електронів і зображення на екрані стає контрастним, оскільки грані, розташовані під негативним кутом до детектора, взагалі не проглядаються. Якщо на сітку детектора подати позитивний потенціал (+250), то вторинні електрони збираються з поверхні всього зразка, що пом'якшує контрастність зображення. Метод дозволяє отримати інформацію про:
Топології досліджуваної поверхні;
геометричному рельєфі;
Структурі досліджуваної поверхні;
Коефіцієнт вторинної емісії;
Про зміну провідності;
Про місцезнаходження та висоту потенційних бар'єрів;
Про розподіл потенціалу по поверхні та поверхні (за рахунок заряду по поверхні при опроміненні електронами) при попаданні скануючого променя на поверхню напівпровідникових приладів у ній наводяться струми та напруги, які змінюють траєкторії вторинних електронів. Елементи ІМС із позитивним потенціалом порівняно з ділянками, що мають нижчий потенціал, виглядають темними. Це обумовлюється наявністю уповільнювальних полів над ділянками зразка з позитивним потенціалом, які призводять до зменшення сигналу вторинних електронів. Потенційно-контрастні вимірювання дають тільки якісні результати через те, що уповільнюючі поля залежать не тільки від геометрії та напруги плями, а й від розподілу напруги по всій поверхні зразка;
Великого розкиду швидкостей вторинних електронів;
Потенційний контраст накладається на топографічний та на контраст, пов'язаний з неоднорідністю складу матеріалу зразка.
Режим наведеного (індукованого електронно-променевого струму).
Електронний промінь з великою енергією фокусується на невеликій площі мікросхеми і проникає через кілька шарів її структури, в результаті в напівпровіднику генеруються електронно-діркові пари. Схема включення зразка представлена (рис.2, в). При відповідних зовнішніх напругах, прикладених до ІМС, вимірюються струми, зумовлені новонародженими носіями заряду. Цей метод дозволяє:
Визначити периметр р-n переходу. Форма периметра впливає на пробивні напруги та струми витоку. Первинний електронний промінь (2) (рис. 3 і 4) рухається поверхнею зразка (1) у напрямах х, і залежно від напрямку переміщення змінюється значення індукованого струму в р-n переході. За фотографіями р-n переходу можна визначити спотворення периметра р-n переходу (рис.5).
Визначити місця локального пробою р-n переходу. При утворенні локального пробою р-n переходу в місці пробою утворюється лавинне множення носіїв струму (рис.6). Якщо первинний пучок електронів (1) потрапляє в цю область (3), то генеровані первинними електронами електронно-діркові пари також множаться в р-n переході, в результаті чого в цій точці буде зафіксовано збільшення сигналу і поява світлої плями на зображенні. Змінюючи зворотне зміщення на р-n переході, можна виявити момент утворення пробою, а провівши виявлення структурних дефектів, наприклад, за допомогою селективного травлення або з ПЕМ, можна зіставити область пробою з тим чи іншим дефектом.
Рисунок 3 – Схема проходження електронного променя
Рисунок 4 – Зображення торцевого р-п-переходу з метою
визначення його периметра
1 - торцевий р-n перехід; 2 – електронний промінь;
3 - область генерації електронно-діркових пар.
Рисунок 4 – Зображення планарного р-п-переходу з метою
визначення його периметра
1 – планарний р-n перехід; 2 – електронний промінь;
3 - область генерації електронно-діркових пар.
Рисунок 5 – Спотворення периметра планарного p-n-переходу зверху
Спостерігати дефекти. Якщо в області р-n переходу знаходиться дефект (4) (рис. 6), то при попаданні первинного пучка електронів в область дефекту деяка частина генерованих пар рекомбінує на дефекті, і відповідно до межі р-n переходу дійде менше носіїв, що зменшить струм у зовнішньому ланцюзі. На фотографії р-n переходу ця область виглядатиме темнішою, ніж решта фону. Змінюючи співвідношення між глибиною залягання р-n переходу та проникненням первинних електронів можна зондувати електричну активність дефектів, що розташовуються на різній глибині. Спостереження дефектів можна проводити при зворотних та прямих зсувах р-n переходу.
Електронна ожеспектроскопія (ЕОС).
Вона полягає в отриманні та аналізі спектра електронів, що випускаються атомами поверхонь при дії на нього електронним променем. Такі спектри несуть інформацію:
Про хімічний (елементний) склад та стан атомів поверхневих шарів;
Про кристалічну структуру речовини;
Про розподіл домішок по поверхні та дифузійних шарах; Установка для оже-спектроскопії складається з електронної гармати, енергоаналізатора оже-електронів апаратури, що реєструє, і вакуумної системи.
Малюнок 6 – Зображення планарного p-n-переходу з метою визначення пробою та виявлення дефекту.
1 – еелектронний промінь; 2 – планарний р-п-перехід; 3 – металева домішка; 4 – дефект.
Електронна гармата забезпечує фокусування електричного пучка на зразку та його сканування. Діаметр пучка в установках із локальним оже-аналізом становить 0,07...1 мкм. Енергія первинних електронів змінюється в межах 0,5...30 кев. У установках оже-спектроскопії зазвичай як енергоаналізатора використовується аналізатор типу циліндричного дзеркала.
Реєструючий пристрій за допомогою двокоординатного самописця фіксує залежність , де: N - Число електронів, що потрапляють на колектор;
Е к - Кінетична енергія оже-електронів.
Вакуумна система установки ЕОС повинна забезпечувати тиск не більше 107 – 108Па. При гіршому вакуумі залишкові гази взаємодіють із поверхнею зразка та спотворюють аналіз.
З вітчизняних установок ЕОС слід відзначити растровий оже-спекто-рометр 09 ІОС - 10 - 005 Оже-локальністю в растровому режимі 10 мкм.
На (рис. 7) показаний оже-спектр забрудненої поверхні GaAs з якого видно, що поряд з основними спектрами GaAs, в плівці присутні домішкові атоми S, Про і С. значення з табульованими визначають хімічну природу атомів, з яких ці електрони були емітовані.
Малюнок 7 – Ожеспектр забрудненої поверхні GaAs
Примітка: метод отримав свою назву на ім'я французького фізика П'єра Оже, який у 1925 р. відкрив ефект випромінювання електронів атомами речовини внаслідок порушення їхнього внутрішнього рівня рентгенівськими квантами. Ці електрони одержали назву оже-електронів.
Емісійна електронна мікроскопія (ЕЕМ).
За особливих умов поверхню зразка може випускати електрони, тобто. бути катодом: під час застосування сильного електричного поля до поверхні (автоелектронна емісія) або під дією бомбардування поверхні частинками.
В емісійному мікроскопі, показаному на рис. 8 поверхня зразка є електродом системи, що утворює з анодом електронну лінзу.
Застосування ЕЕМ можливе для матеріалів, які мають невелику роботу виходу. Досліджуваний виріб є складовою частиною електронно-оптичної системи ЕЕМ, і в цьому його принципова відмінність від РЕМ.
ЕЕМ використовують для візуалізації мікрополів. Якщо р-п-перехід (1) (рис. 9) помістити в однорідне електричне поле (2) і подати на нього замикаючу напругу, то поле, створюване р-п-переходом (3) (при великих струмах витоку), буде викривляти Лінії основного поля.
Викривлення ліній дозволяє визначити розподіл потенціалу поверхнею зразка.
Електронно-відбивна спектроскопія (ЕОС).
В ЕОС поверхню зразка, що спостерігається, підтримується при такому потенціалі, що всі або більша частина опромінюючих електронів не потрапляють на поверхню зразка.
Принцип його роботи показано на рис. 10. Колімований електронний промінь спрямований на поверхню зразка перпендикулярно до неї. Електрони,
Рисунок 8 – Принцип роботи емісійного мікроскопа
Рисунок 9 – Візуалізація p-n-переходу за допомогою ЕЕМ
P-n-перехід, включений у зворотному напрямку; - електронні
траєкторії поля р-п-переходу.
Пролетіли через останню апертуру лінз, швидко сповільнюються і повертаються назад у точці, що визначається потенціалом поверхні зразка щодо катода та напруженістю електричного поля на поверхні зразка. Після повороту електрони знову прискорюються, пролітаючи через лінзи, і збільшене зображення проектується на катодолюмінесцентний екран. Додаткове збільшення можна отримати, відокремлюючи вихідний пучок від входить у слабкому магнітному полі і використовуючи додаткові збільшувальні лінзи на шляху пучка, що виходить.
Контрастність у виходить пучку визначається топологією поверхні та змінами електричного потенціалу та магнітних полів на ній.
Напруга на зразку
Рисунок 10 – Принцип роботи електронного відбивного мікроскопа
ЛІТЕРАТУРА
1. Глудкін О.П. Методи та пристрої випробування РЕМ та ЕВС. - М.: Вищ. школа., 2001 – 335 з
2. Випробування радіоелектронної, електронно-обчислювальної апаратури та випробувальне обладнання / за ред. А.І.Коробова М.: Радіо та зв'язок, 2002 - 272 с.
3. Млицький В.Д., Бегларія В.Х., Дубицький Л.Г. Випробування апаратури та засоби вимірювань на вплив зовнішніх факторів. М.: Машинобудування, 2003 - 567 з
4. Національна система сертифікації Республіки Білорусь у. Мн.: Держстандарт, 2007
5. Федоров В., Сергєєв Н., Кондрашин А. Контроль та випробування у проектуванні та виробництві радіоелектронних засобів - Техносфера, 2005. - 504с.
РЕЗУЛЬТАТ ПАТЕНТНОГО ПОШУКУ
Було зроблено патентний пошук глибиною 14 років за матеріалами патентів Росії. Джерелом служив основний індекс МПК. В результаті пошуку було знайдено наступний патент:
Пристрій для вимірювання параметрів діелектриків.
Реєстраційний номер заявки: 2066457.
Дата публікації: 10.09.1996.
Країна публікації: Росія.
Основний індекс МПК: G01R27/26.
Використання: техніка вимірювань НВЧ параметрів матеріалів та антенних обтічників.
Сутність винаходу: у пристрої, для вимірювання параметрів діелектриків вздовж усієї утворює антенного обтічника, досягається висока точність вимірювань за рахунок виконання приймально-передавальної антени у вигляді дзеркальної двофокусної антени, узгодженої з вільним простором використання модульованого відбивача, що містить модулюючий і диод поглинач, розміщеного всередині досліджуваного антенного обтічника у будь-якій його частині.
ПОСТАНОВКА ЗАВДАНЬ ПРОЕКТУВАННЯ
У діапазоні надвисоких частот (НВЧ) застосовуються різноманітні за своїм призначенням та принципом дії прилади, призначені для народного господарства, військової справи та наукових досліджень. Існує ряд пристроїв НВЧ, в яких використовуються діелектричні матеріали. Приклад таких пристроїв є:
· Антенні обтічники та антенні вікна літальних апаратів авіаційної, ракетної та космічної техніки;
· НВЧ антени (лінзові, діелектричні, поверхневих хвиль тощо);
· герметизуючі вікна, оболонки малих розмірів, вставки, заглушки у каналах ненаправлених випромінювачів;
· генераторні пристрої, пристрої управління електромагнітним полем, фазообертачі, обмежувачі потужності, що не відображають навантаження;
· Індикаторні антени, зонди, контактні індикатори комплексів для різних фізичних досліджень.
Необхідним методом забезпечення якості діелектричних виробів, що застосовується, є їх радіохвильовий контроль (РВК). За умовами дипломного проекту контроль параметрів радіопрозорих зразків (стінок) повинен здійснюватися при односторонньому підході через неможливість розміщення приймальної антеної системи позаду досліджуваного зразка. У зв'язку з цим, одним із завдань дипломного проекту є вибір методу РВК та схеми елементної бази. Також, ґрунтуючись на обраному методі, необхідно розробити структурну та принципову електричну схеми, провести конструктивно-електричний розрахунок основних функціональних пристроїв НВЧ тракту.
Основною метою дипломного проекту є розробка конструкції НВЧ модулюючої частини пристрою, що відбиває, з метою мінімізації похибок контролю в порівнянні з існуючими методами.
МЕТОДИ РАДІОХВИЛЬОВОГО КОНТРОЛЮ НА СВЧ
Загальні відомості про радіохвильовий контроль
Радіохвильовий контроль - це визначення методами та засобами вимірювальної техніки на надвисоких частотах фактичних характеристик та параметрів об'єкта контролю. Інформація, що при цьому отримує, дає можливість об'єктивно судити про фактичний стан досліджуваних виробів і матеріалів.
Фізичною основою радіохвильового контролю на НВЧ є взаємодія електромагнітних хвиль діапазону НВЧ з об'єктом контролю. Тому можливості та обмеження РВК залежать від виду та відносної інтенсивності такої взаємодії, яка може бути встановлена експериментально методами та засобами вимірювань на НВЧ.
Усі виміри на НВЧ при РВК - це непрямі виміри, оскільки характеристики та параметри об'єкта контролю визначаються відповідними додатковими обчисленнями через вимірювані радіотехнічні характеристики електромагнітного поля або радіохвилі.
Радіохвильові методи ґрунтуються на використанні взаємодії радіовипромінювань з матеріалами контрольованими виробами. Ця взаємодія може мати характер взаємодії тільки падаючої хвилі (процеси поглинання, дифракції, відбиття, заломлення), що відносяться до класу радіооптичних процесів або взаємодії падаючої та відбитої хвиль (інтерференційні процеси). Діапазон довжин хвиль, які у РВК, становить 1…100 мм (у вакуумі), що він відповідає частотам 300…3 ГГц.
Окремі пристрої радіохвильового контролю можуть працювати на частотах f, що виходять за межі цього діапазону, проте найчастіше для контролю, що не руйнує, використовують трисантиметровий діапазон (fср? 10 ГГц) і восьмиміліметровий діапазон (fср? 35 ГГц). Ці два діапазони найбільш освоєні та забезпечені гарним набором елементів та вимірювальною апаратурою.
Особливості радіохвиль НВЧ діапазону:
· НВЧ діапазон забезпечений великим перепадом потужностей генерованих хвиль, що дозволяє контролювати матеріали та середовища різного ступеня прозорості;
радіохвилі НВЧ можуть бути генеровані у вигляді когерентних поляризованих гармонійних коливань (хвиль), а це дає можливість забезпечувати високу чутливість і точність контролю, використовуючи інтерференційні явища, що виникають при взаємодії когерентних хвиль з діелектричним шаром;
· За допомогою радіохвиль НВЧ можна здійснити безконтактний контроль якості при односторонньому розташуванні апаратури по відношенню до об'єкта;
· радіохвилі НВЧ можуть бути гостро сфокусовані, що дозволяє забезпечити локальність контролю, мінімальний крайовий ефект, завадостійкість по відношенню до близько розташованих предметів, виключити вплив температури об'єкта контролю на вимірювальні датчики;
· інформація про внутрішню структуру, дефекти та геометрію міститься у великій кількості параметрів НВЧ зондуючого сигналу: амплітуді, фазі, коефіцієнті поляризації, частоті;
· Застосування радіохвиль НВЧ забезпечує дуже малу інерційність контролю, що дозволяє спостерігати та аналізувати швидкопротікаючі процеси;
· апаратура НВЧ діапазону може бути виконана досить компактною та зручною в експлуатації.
З погляду теоретичної електродинаміки завдання контролю середовищ методами НВЧ може бути сформульована у вигляді граничного завдання у взаємодії конкретних типів електромагнітних хвиль певного виду поляризації з обмеженими або напівобмеженими в просторі обсягами цих середовищ, що мають різноманітні геометричні форми, властивості поверхні та діелектричні властивості, що змінюються при змінах структури середовищ. Результати взаємодії залежать від геометрії об'єктів контролю від значень їх діелектричної проникності та тангенсу кута діелектричних втрат, які, у свою чергу, визначаються кристалічною структурою, ступенем однорідності, вмістом вологи вмістом матеріалу об'єкта контролю та ін .
Схожі статті
