Радиолокационный мониторинг (стр. 7 )

Рис. 3.16. Зависимость коэффициента отражения от толщины плоского слоя для двух диэлектриков: 1 - гипсобетон (e = 3,83; tg d = 0,01); 2 - оргстекло (e = 2,7; tg d = 0,01; l = 8,6 мм)

В наиболее распространенных методах толщинометрии сигнал, являющийся основой для градуировки индикаторного прибора в значениях геометрической толщины, является функцией двух переменных: геометрической толщины и диэлектрической проницаемости материала контролируемого изделия. Поэтому точность измерения толщины определяется степенью однородности материала: чем более однороден материал, тем выше точность измерения толщины.

При проведении измерений на сверхвысоких частотах необходимо иметь в виду, что для плоского однородного слоя, обладающего потерями, выражения для коэффициентов отражения и прохождения радиоволны при нормальном падении волны представляют собой осциллирующие функции с амплитудой, убывающей по мере возрастания толщины h или отношения hIl. Период этой функции определяется длиной волны l и показателем преломления измеряемого слоя, а степень убывания - коэффициентом затухания волны. На рис. 3.16 приведены зависимости коэффициента отражения при малом значении tg d от толщины двух материалов. Как видно, период обратно пропорционален диэлектрической проницаемости измеряемого слоя. Зависимость коэффициента прохождения от толщины для материалов с различным поглощением приведена на рис. 3.17. Таким образом, при взаимодействии плоской электромагнитной волны с плоским диэлектрическим слоем характер результирующего сигнала зависит от вида поляризации, значений e и tgd и определяется явлением интерференции падающей и отраженных от границ раздела волн.

Амплитудный метод применим в случае измерения однородных изотропных сред с постоянными рассеивающими свойствами поверхности и основан на измерении ослабления прошедшей сквозь материал электромагнитной волны.

При таком способе измерения получают наиболее точные результаты для материалов с большими потерями (tgd > 0,5). Когда tgd = 0,01... 0,5, приходится принимать меры для устранения неоднозначности измерений, связанных с наличием осциллирующего характера кривой. С этой целью измерения проводят как минимум в двух относительно образца положениях приемной части, сдвинутых друг относительно друга на l/2. Для материалов с малым поглощением этот метод практически неприменим.

Рис. 3.17. Зависимость коэффициента прохождения от толщины плоского слоя для значений tg d: 1 – tg d >l; 2 - tg d > 0,01; 3 - tg d < 0,5

Геометрический метод. В геометрическом методе информация о толщине содержится в геометрическом параметре 1. Если, используя контактные призмы из того же материала, вводить пучок в слой без преломления, а угол 9 выбрать равным arctg 0,5, то получится h = 1. Геометрический метод является абсолютным методом, позволяя контролировать толщину плоских слоев практически от нуля до значений, ограниченных заложенным в аппаратуре динамическим энергетическим диапазоном. При реализации геометрического метода важен выбор типа антенн, которые должны удовлетворять следующим основным требованиям:

―  поперечное сечение излучаемого пучка и его расходимость должны быть минимальными;

―  амплитудное распределение в поперечном сечении пучка должно иметь ярко выраженный максимум, совпадающий с направлением распространения;

―  площадь раскрыва и линейные размеры в плоскости падения электромагнитного пучка также должны быть минимальными.

Этим требованиям в значительной степени удовлетворяют диэлектрические стержневые антенны. Для повышения точности контроля необходимо применение согласования сред (для устранения более мощного отраженного от передней границы слоя пучка).

Метод полного внутреннего отражения может эффективно применяться для контроля дефектов типа расслоений в относительно толстых изделиях и для измерения диэлектрических характеристик тонких листовых материалов. Основным элементом схем, реализующих метод, является симметрическая диэлектрическая призма, основание которой контактирует с исследуемым объектом. На двух боковых гранях устанавливаются идентичные рупоровые антенны, заполненные диэлектрическим материалом, аналогичным материалу призмы, для согласования ввода и вывода электромагнитной энергии от генератора к детектору. Чувствительность метода в значительной степени зависит от конкретных параметров и типа приемоизлучающих антенн, их взаимного расположения на боковых гранях призмы, а также от параметров призмы и объекта. При наличии связи между диэлектрической проницаемостью и плотностью метод может быть реализован в приборе по непосредственному измерению плотности материала.

Рис. 3.18. Структурная схема радиоволнового плотномера листовых диэлектрических материалов

На рис. 3.18 приведена структурная схема измерителя плотности. Принцип действия такой схемы заключается в следующем. Энергия от СВЧ-генератора 1 через электрически управляемый аттенюатор 2 поступает в излучающую антенну 3 и через диэлектрическую призму 4 направляется на границу раздела призмы 4 и контролируемого материала 5 под углом qо = 45°. Угол выбирается исходя из диэлектрической проницаемости материала призмы и диапазона изменения плотности контролируемого материала таким образом, чтобы он был равен или близок к критическому для максимального значения плотности контролируемого материала.

Отраженный сигнал принимается приемной антенной 6, расположенной неподвижно на боковой грани призмы в положении, соответствующем максимуму отраженного пучка при отсутствии контролируемого объекта. Сигнал детектируется детектором 8 и поступает на вход программного блока управления 9. Одновременно на второй вход блока управления поступает сигнал от датчика калибровки сигнала 7. Блок управления содержит микропроцессорную схему, в нем принимаемые сигналы обрабатываются по заданной программе, из него выдаются управляющие и информационные сигналы, поступающие на вход индикатора 10 в режиме измерения и на вход запоминающего блока 11 и блока 12 сравнения в режиме калибровки. Индикатор 10 проградуирован в значениях плотности г/см3. Перед началом измерения при отсутствии образца прибор калибруется. При этом устанавливается амплитуда принимаемого сигнала, которая записывается в запоминающий блок. В процессе измерений при каждом снятии преобразователя с контролируемого объекта на выходе датчика калибровки появляется сигнал, под воздействием которого блок управления подает на один из входов блока сравнения текущее значение сигнала, а на другой вход - сигнал с выхода запоминающего блока. При отклонении амплитуды текущего сигнала от записанного в режиме калибровки уровня на выходе блока сравнения появляется сигнал управления, поступающий на вход электрически управляемого аттенюатора до восстановления заданного уровня сигнала.

В режиме измерения при увеличении плотности материала амплитуда сигнала уменьшается и тем больше, чем выше плотность объекта. Значение плотности определяется по цифровому индикатору. Для уменьшения отражения передающая и приемная антенны преобразователя заполнены тем же материалом, что и материал призмы.

Амплитудно-фазовый метод использует функциональную связь между величиной коэффициента отражения от диэлектрического слоя и его толщиной. Изменение величины коэффициента отражения, как правило, контролируется с помощью введения дополнительного опорного сигнала той же длины волны. Поэтому, применяя высокочувствительные мостовые СВЧ-схемы, осуществляют одновременный контроль модуля и фазы коэффициента отражения, несущих информацию об изменении толщины слоя.

Измерение толщины может достоверно, с высокой чувствительностью производиться в пределах линейного участка осциллириующей кривой, а также при условии априорного знания области измеряемых толщин.

На рис. 3.19 приведены интерференционные кривые, снятые для материала, находящегося на металлической подложке. Из анализа этих кривых следует, что, подбирая определенную величину зазора, можно перекрыть весь диапазон изменения толщин от 2 до 16 мм. Для обеспечения высокой точности антенна должна иметь как можно больший коэффициент направленности, малые боковые лепестки, лучшее согласование.

Для устранения неоднозначности контроля применяют следующие способы:

―  непрерывное измерение коэффициента отражения и определение числа максимумов (минимумов) результирующей интерференционной кривой;

―  использование двух волн различной длины, на одной из которых толщина определяется грубо, на другой - более точно;

―  применение фазовой модуляции полезного сигнала с целью определения крутизны линейного участка интерференционной кривой.

Точность измерения амплитудно-фазовым методом может быть весьма высокой, но не выше предела, обусловленного относительной величиной разброса диэлектрических свойств материала слоя. Относительная погрешность измерения толщины для достаточно однородных диэлектриков составляет 1-3 %.

Рис. 3.19. Зависимость отраженного сигнала от толщины диэлектрического слоя, находящегося на металле, для различных расстояний (мм) между излучающей антенной и металлом

Входной импеданс структур измеряется, как правило, по фазе и минимуму амплитуды стоячей волны с помощью измерительной линии. Контроль полупроводниковых структур производится однопараметровым и двухпараметровым способами, при этом погрешность контроля на длине волны 7,5 мм не превышает ±15 %.

Амплитудно-фазовый метод широко применяют для бесконтактного автоматизированного контроля толщины металлических лент, полос, проката при двустороннем расположении антенн датчика относительно объекта контроля (рис. 3.20). Излучение СВЧ-генератора проходит одинаковый путь при номинальной толщине листа до схемы сравнения с опорным сигналом той же длины волны. В таком устройстве проявляются все преимущества СВЧ-метода: точность измерений не зависит от толщины листов; за счет бесконтактности процесса контроля могут подвергаться испытаниям листы, нагретые до высокой температуры; применение широких пучков устраняет влияние неровностей поверхности листа.

Применение рупорно-линзовых антенн позволяет получить значения КСВ около 120 и обеспечить точность до 1 % в диапазоне длин волн 3,см при поперечных перемещениях листа.

Частотно-фазовый метод основан на периодическом изменении частоты СВЧ-генератора. Устройство одержит перестраиваемый по частоте СВЧ-генератор, узел разделения падающего и отраженного сигнала (симметричный направленный ответвитель), узел обработки отраженного сигнала, приемно-передающую антенну и индикатор.

Рис. 3.20. Схема контроля толщины металлического листа: 1 - генератор; 2 - вентиль; 3 - аттенюатор; 4 - двойной тройник; 5 - направленный ответвитель; 6 - приемно-передающая антенна; 7 - нагрузка; 8 - фазовращатель; 9 - детекторная секция; 10 - усилитель; II — индикатор; 12 - прокатываемый металлический лист

Метод переменной частоты может быть реализован и по двухантенной схеме (рис. 3.21а). Если изменить частоту СВЧ генератора и регистрировать разность частот, соответствующую ближайшим экстремальным значениям отраженного от диэлектрического слоя сигнала, то можно определить толщину материала.

Рис. 3.21. Частотно-фазовый метод в двухантенном (а) и одноантенном (б) вариантах: 1 - перестраиваемый СВЧ-генератор; 2 - модулятор; 3 - симметричный направленный ответвитель; 4- волномер; 5 - прием но-передающая антенна; 6 - передающая антенна; 7 - приемная антенна; 8 - объект контроля; 9 - нагрузка; 10 - аттенюатор; 11 - двойной тройник; 12 - детекторная секция; 13 - усилитель; 14 - индикатор

Чтобы исключить из выражения диэлектрическую проницаемость, необходимо провести измерения при новом значении толщины, дающем новую разность частот.

Частотно-фазовый метод позволяет производить абсолютные измерения толщины диэлектрических сред в широком интервале изменений толщины с погрешностью 3..6%. Следует отметить, что ошибка измерения в значительной степени определяется точностью измерения частоты.

Толщину диэлектрического слоя, нанесенного на проводящую основу, можно контролировать резонансным радиоволновым методом по изменению резонансной частоты измерительного резонатора.

Толщину тонких пленок целесообразно контролировать эллипсометрическим радиоволновым методом, при этом толщина тонких металлических пленок на диэлектрических подложках определяется по величине азимута, а толщина диэлектрических покрытий на металле - по величине эллиптичности отраженной СВЧ-волны. При отражении от указанных систем измеряется только один поляризационный параметр, а другой остается постоянным в пределах точности измерений.

3.3. Радиоволновая дефектоскопия

Физические свойства сред и дефектов. При решении задач дефектоскопии и структурометрии с применением СВЧ, как правило, используют одни и те же методы и средства. Выбор методов и приборов во многом определяется физическими свойствами сред (материалов) и дефектов. Из числа физических свойств материалов главными являются диэлектрические. Взаимодействие СВЧ-волн со средой, определение мощности излучения и чувствительности приемного устройства, точность измерений и разрешающая способность, оценка результатов эксперимента и их оптимизация требуют знания электрических параметров сред - диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

Максимальной точностью измерений обладают резонаторные методы. Из волноводных методов практическую применимость имеет способ измерения постоянной распространения в измерительной линии, заполненной образцом, так как он позволяет определить электрические параметры и оценить степень неоднородности среды в выбранном направлении. Для оценки параметров плоскослоистых изделий (брусьев) больших габаритов целесообразно использовать простой метод измерения смещения наклонно падающего пучка.

Изделия и конструкции из диэлектриков и полупроводниковых материалов могут иметь дефекты следующих типов:

―  нарушения сплошности (расслоения, отслоения, непроклеи, воздушные включения, трещины и Т. п.);

―  инородные включения (металлические и диэлектрические с отличными от основного материала диэлектрическими свойствами), имеющие разнообразные формы и размеры;

―  структурные неоднородности (изменения плотности и пористости, отсутствие или недостаток связующего, неравномерное распределение вещества - негомогенность состава или смеси, технологические или эксплуатационные проявления анизотропии и Т. д.).

Дефекты разделяют на:

―  локальные, по размеру соизмеримые или меньшие длины волны;

―  протяженные, размеры которых больше длины волны.

Классическим примером локального дефекта является воздушный пузырь в диэлектрической стенке, протяженного - расслоение с размерами в несколько длин волн.

Неоднородность любого типа вызывает деформацию поля волн, прошедших через материал или отраженных от него. При этом меняются амплитуда, фаза, поляризация волны, коэффициенты отражения, преломления. Структурные дефекты обнаруживают, используя явления рассеяния, дифракции и интерференции. Если размеры неоднородностей невелики по сравнению с рабочей длиной волны, то основную роль при их обнаружении играют рассеяние и дифракция. Чувствительность дефектоскопа определяется, прежде всего, рабочей длиной волны. Теоретически чем короче длина волны, тем вероятнее выявление более мелких структурных элементов. Однако практически выбор рабочей длины волны определяется не только этим, но и другими факторами: при более коротких длинах волн возрастают поглощение (рассеяние) в среде и относительная допустимая неоднородность материала. Поэтому оптимальную рабочую длину волны находят теоретически и экспериментально.

Чувствительность также зависит от выбранного метода и схемы прибора, реализующего метод, от типа и размеров антенн и Т. д. При прочих равных условиях повышение надежности контроля связано с применением в дефектоскопии методов корреляционного анализа и синхронного накопления, а также методов многопараметрового контроля.

Для априорной оценки возможности выявления конкретных дефектов в средах с известными свойствами, как правило, производят математическое моделирование процесса взаимодействия СВЧ-излучения со средой. При этом радиодефектоскоп, контролируемое изделие, окружающая среда рассматриваются как единая система. Составляя математическую модель системы, необходимо учитывать свойства среды и материала изделия, их распределение в трех направлениях, характер и свойства дефекта.

Протяженный дефект (например, расслоение) рассматривается как появление в системе дополнительного промежуточного слоя с отличными от основной среды свойствами. В этом случае задача обнаружения дефекта решается путем нахождения модуля и фазы коэффициента отражения или прохождения для системы с (n+1) слоем. Ясно, что если электрофизические параметры дефекта мало отличаются от свойств среды и размер в направлении распространения волны также мал, то такой дефект практически будет чисто фазовым и определяющую роль в его обнаружении будет играть измерение изменения фазы.

Локальный дефект рассматривается, как правило, в качестве источника рассеяния и дифракции. Рассеивающие свойства объекта характеризуются эффективной поверхностью рассеяния. Заключение о наличии дефекта в объекте контроля выносится по пороговой величине изменения интенсивности принимаемого результирующего сигнала.

При диэлектрической или иной анизотропии величина сигнала в приемной антенне зависит от угла между плоскостью поляризации излученной электромагнитной волны и направления главных осей тензора диэлектрической проницаемости в данной точке образца. После прохождения волной анизотропного слоя получаем в общем случае волну, поляризованную по эллипсу, которую представляем в виде суммы двух волн, поляризованных по кругу вправо и влево с разными амплитудами.

На основе изложенных принципов строится математическая модель, производится априорный расчет возможности обнаружения дефектов и осуществляется выбор методов и средств дефектоскопии и структуроскопии.

Методы и средства дефектоскопии при контроле на отражение. Для контроля изделий способом на отражение используют ряд СВЧ-методов: амплитудный, фазовый, амплитудно-фазовый, поляризационный, геометрический и поверхностных волн. Так как реальные изделия имеют допустимые неоднородность диэлектрических свойств и разнотолщинность, а при сканировании контролируемой поверхности может изменяться зазор между срезом антенны и поверхностью контролируемого изделия, то достижимая в действительности чувствительность дефектоскопа ограничена. Влияние изменения толщины контролируемого слоя определяется осциллирующей функцией толщины слоя и диэлектрической проницаемости. При малых скоростях контроля влияние изменения зазора можно исключить, если датчик энергии СВЧ устанавливать на опоры и перемещать его по поверхности изделия. Изменение толщины контролируемого слоя исключить значительно сложнее.

Поляризационные дефектоскопы (рис. 3.22), фиксирующие изменение поляризации СВЧ-волн, пригодны для обнаружения различных деполяризующих дефектов в изотропных материалах, но наиболее перспективно их применение для контроля диэлектрической и технологической анизотропии, а также внутренних действующих или остаточных напряжений в диэлектрических изделиях.

Чувствительность поляризационных дефектоскопов зависит от расположения дефекта, например, по отношению к вектору падающей волны. Поэтому применение волны с переменной (круговой) поляризацией является более надежным и достоверным способом, позволяющим определить все рассеивающие свойства дефектов независимо от формы и расположения на фоне флюктуирующих помех. При появлении дефекта происходит изменение характера поляризации отраженной волны — возникает эллиптически поляризованный сигнал, баланс схемы нарушается и на выходе появляется сигнал разбаланса, соответствующий дефекту. К достоинствам схемы следует отнести малое влияние на форму дефектограммы изменений амплитуды и частоты генератора СВЧ. Надежность схемы повышается за счет того, что она позволяет вести запись трех независимых параметров.

Рис.3.22. Схема поляризационного дефектоскопа с использованием падающих волн круговой поляризации: 1 - СВЧ-генератор; 2 - развязывающий элемент; 3 - поляризатор; 4 - передающая антенна; 5 — приемная антенна; 6 - анализатор поляризации (турникетное соединение волноводов); 7, 8 и 9 - элементы балансовой схемы; 10 - детекторная секция; 11 - индикатор; 12 - усилитель

Рис. 3.23. Схема дефектоскопа на основе геометрического метода: I - согласующая пластина; 2 - объект контроля; 3 –дефект

Дефектоскопы на основе геометрического метода целесообразно использовать для обнаружения и локализации дефектов. На рис. 3.23 показана схема реализации указанного метода с применением согласующих пластин, устраняющих отражения от границ раздела объекта контроля. Сигнал от дефекта будет выделяться в «чистом» виде, давая наиболее точную информацию о его геометрии, пространственном положении и глубине залегания. Суть метода в том, что если оптические оси приемной и передающей антенн направить под одинаковым углом к поверхности объекта контроля и датчик сканировать по поверхности, то максимум сигнала при наличии дефекта будет при таком положении датчика и антенн, когда их оптические оси (после преломления лучей) сходятся на дефекте. За счет сканирования определяются глубина залегания и форма объекта. При использовании в антеннах датчика контактных призм из того же материала, что и объект контроля, отпадает необходимость применения согласующей пластины на передней границе раздела.

Резонансный радиодефектоскоп миллиметрового диапазона. В резонансных радиодефектоскопах сочетаются методы радиодефектоскопии для получения пространственной характеристики дефекта (положение в контролируемом изделии, геометрические размеры и форма) с методами радиоспектроскопии для получения информации о свойствах дефектов. Методы радиодефектоскопии основаны на использовании резонансных эффектов максимального поглощения энергии падающего электромагнитного излучения на определенных критических частотах и в ряде случаев в присутствии внешнего магнитного поля. Основными резонансными эффектами являются:

―  ядерный магнитный (ЯМР);

―  ядерный квадрупольный (ЯКР);

―  электронный парамагнитный (ЭПР);

―  ферромагнитный;

―  антиферромагнитный;

―  эффект динамической поляризации ядер (эффект Оверхаузена).

Возможности выявления дефектов при резонансных методах радиодефектоскопии в полупроводниках, ферритах и диэлектриках определяются потенциальной и реальной чувствительностью. Поскольку для выделения сигнала, несущего информацию о дефекте при резонансных методах радиодефектоскопии (РМРД), нет принципиальной необходимости в пространственной локализации излучения при обнаружении дефектов (если не ставится задача определения их координат и геометрии), то РМРД позволяют выявить существенно меньшие дефекты, чем другие радиометоды.

При использовании резонансных частот миллиметрового диапазона РМРД приобретают следующие принципиально новые возможности по сравнению с длинноволновыми приборами:

1. Спектроскоп миллиметрового диапазона позволит производить изотопический анализ с высоким разрешением большого числа молекул. Частоты вращательного спектра молекул в этом диапазоне обратно пропорциональны моментам инерции молекул, поэтому резонансные частоты меняются по тем же законам, что и изотопические массы молекул. Существенным преимуществом радиоспектроскопического метода определения изотопических масс по сравнению с масс-спектральным является более высокая точность, обусловленная отсутствием фона от других ядер или радикалов с одинаковой массой. Практически удается измерить отношение ядерных масс в пределах 0,1 - 0,005 с точностью 1%.

2. Возможность сочетать обнаружение микронеоднородностей с детальным анализом их химического состава. Расчеты показывают, что при имеющейся в настоящее время стабильности аппаратуры диапазона 0,5-10 мм можно определять до положений спектральных линий и идентифицировать болеевеществ.

3.4. Радиоволновая структуроскопия

Неразрушающий контроль внутренней структуры радиопрозрачных промышленных изделий, а также текстуры материалов осуществляют с помощью радиоинтроскопии. Для этих целей могут быть применимы обычные средства радиоволновой дефектоскопии в режиме сканирования, но наиболее эффективно задачи структуроскопии решаются с помощью специально созданных радиоструктуроскопов и радиоинтроскопов.

Информация о внутренней структуре содержится в амплитуде, фазе и характере поляризации отраженной или прошедшей волны. В зависимости от свойств изделия и характера имеющихся в них структурных элементов применяются амплитудный, фазовый или поляризационный методы.

Информацию о внутренней структуре можно использовать как для дефектоскопии промышленных изделий на различных стадиях их производства, так и для контроля технологического процесса, а также при создании изделий с заданной или оптимальной структурой.

Особо следует выделить направление исследования диэлектрической анизотропии тел, непрозрачных для света. На основе радиополяризационного метода могут быть получены фотографии основных характеристик анизотропного состояния: изоклин и линий равной степени анизотропии - путем применения волн круговой поляризации, просветляющих покрытий и телевизионной техники.

Радиополяризационный метод применяется для исследования остаточных напряжений, напряженно-деформированного состояния, неоднородной поляризации изделий из пьезокерамики и текстур. Текстура - организованная структура, образующаяся при формировании промышленных изделий. Неправильно сформированная текстура является причиной растрескивания при обжиге изделий из керамики, появления остаточных напряжений, плохого качества изделий в целом. Применение просветляющих покрытий, дифракционных решеток и экранов при диагностике изделий с большим коэффициентом отражения (пьезокерамика, сегнетоэлектрики) способствует получению качественной информации об их внутренней структуре.

Одной из форм получения информации об объекте контроля в процессе исследования его внутренней структуры является представление сигнала в виде яркостного светового изображения. Оно может быть получено на экране осциллографа, на фотохимической бумаге, фотобумаге или фотопленке, телевизионном экране и Т. п.

Существует несколько вариантов получения видимого изображения контролируемого изделия с помощью радиоволн.

1. Механическое сканирование одиночным зондом. С помощью механических сканирующих систем обеспечивается последовательное перемещение одиночных зондов по законам разложения кадра. Используя системы синхронизации (перемещения светового луча, электронного луча, ножа фототелеграфного аппарата и Т. п.) и подавая сигнал от детектора на модулирующее устройство, получают изображение исследуемого объекта в соответствующем масштабе.

2. С помощью линейных антенных устройств. Антенные устройства выполнены в виде линейки одиночных приемных и излучающих элементарных антенн, образующих строку кадра. На рис. 3.25 приведена принципиальная схема такой антенны и ее расположение относительно объекта контроля. Вторую координату можно получить за счет перемещения антенных устройств относительно образца или наоборот. Принцип действия заключается в синхронном подключении строго ориентированных относительно друг друга излучающих и приемных каналов с помощью соответствующих коммутирующих устройств СВЧ.

Рис. 3.24. Закон сканирования датчика

Такой способ контроля позволяет получать практически такую же разрешающую способность, как и при одиночном сканировании, обеспечивая увеличение производительности контроля за счет быстродействующего коммутатора СВЧ.

Рис. П3.25. Принципиальная схема линейной антенны: 1 - блок питания клистрона; 2 - клистрон; 3 - проходная детек­торная секция; 4 - передающая антенна; 5 - накладная излучающая антенна; 6 - объект контроля; 7 - накладная приемная антенна; 8 - приемная антенна; 9 - детекторная секция; 10 - блок усиления и индикации; 11 - осциллограф; 12 - блок управления; 13 - датчик кадровой синхронизации; 14 - вращающееся сочленение (СВЧ-коммутатор); 15 - система линейного перемещения

3. С помощью матричных антенн. Антенны выполнены в виде матричного набора одиночных приемных элементов. Съем информации с такой системы может осуществляться различными способами: коммутирующими системами при одновременном преобразовании всего радиоизображения в видимое, с помощью специальных электронно-лучевых трубок или люминесцентных панелей. Отличительной особенностью этого способа является наличие коммутирующего устройства, обеспечивающего равномерное облучение объекта контроля или контролируемой площади. Быстродействие таких систем определяется инерционностью индикаторных устройств и может достигать 106 кадров в секунду.

4. С помощью непрерывно преобразующих систем. Этот способ отличается от предыдущего тем, что в качестве приемнопреобразующего элемента используют устройства, основанные на явлениях управления теми или иными физическими эффектами с помощью градиента температур, создаваемого при поглощении части радиоволновой энергии резистивным элементом. К таким устройствам относятся жидкокристаллические материалы, материалы, меняющие цвет люминесценции, смещающие край поглощения, предварительно проявленные материалы и Т. п. Эти устройства обеспечивают разрешающую способность, заложенную в радиоволновом изображении, и обладают инерционностью тепловых процессов.

5. С помощью активного зонда. Производительность этого метода очень мала, однако в настоящее время он применяется при исследовании полей большой площади, создаваемых антенными системами или радиоголографическим способом. Этот метод носит название активного зондирования, так как зонд или принимает часть энергии, или излучает, а приемным устройством является исследуемый объект.

6. С помощью реактивного зонда. Метод основан на приеме возмущений (рассеяния) электромагнитной энергии, создаваемых реактивным зондом в любой точке исследуемого поля и перемещаемого по полю анализа.

Принципиальная схема одноканального интроскопа показана на рис. 3.26. Сверхвысокочастотные электромагнитные колебания, образуемые в генераторе 2 и модулированные по низкой частоте, через фидерный тракт подводятся к излучающей антенне 9. Соосно с ней расположена приемная антенна 10. Они образуют канал, зондирующий объект 1. Принятый сигнал после детектирования и усиления по низкой частоте поступает в блок 13 и управляет интенсивностью свечения лампочки (обычно точечная модуляторная газосветная лампочка ТМН-2) или интенсивностью электронного пучка в осциллоскопической трубке. Отличительной особенностью таких интроскопов является то, что одновременно зондируется небольшой по площади элемент объекта, а многоэлементный отбор информации достигается за счет механического сканирования объекта или антенн. Датчик 15 обеспечивает сканирование лампочки или электронного пучка синхронно с антеннами.

Одноканальные интроскопы имеют преимущества:

―  они просты в изготовлении и эксплуатации;

―  в них отсутствуют аберрации, связанные с однородностью преобразования по полю анализа.

Выбрав антенну соответствующего типа, можно получить более высокую разрешающую способность.

В качестве генераторов сверхвысокочастотных колебаний могут быть использованы маломощные клистроны, выпускаемые промышленностью со стандартными блоками питания и модуляции. Благодаря наличию одного канала можно использовать всевозможные темы усиления, преобразования и индикации, дающие возможность решать ряд сложных задач интроскопии.

Все это обеспечивает высокое качество изображений на экранах или фотографиях, а также сравнительно простое осуществление голографических методов интроскопии.

Недостаток одноканальных интроскопов – значительное время считывания изображений.

Для того, чтобы сохранить впечатление непрерывности изображения (кадра) не только вдоль оси х, но и вдоль оси у, шаг сканирования h должен быть меньше dу.

Рис. 3.26. Принципиальная схема одноканального СВЧ-интроскопа с механическим сканированием: 1 - исследуемый объект; 2 - СВЧ-геиератор электромагнитных колебаний; 3 - блок его питания; 4 - модулятор низкой частоты (НЧ); 5 - аттенюатор; 6 - ответвитель; 7 - детектор в цепи контроля работы генератора; 8 - контрольный осциллограф; 9 - излучающая антенна; 10 - приемная антенна; 11 - детектор; 12 - усилитель НЧ; 13 - блок визуализации; 14 - автомат движения образца (механизм сканирования); 15 - датчик управления лучом

При тонком объекте и небольших расстояниях между срезами зондов шаг сканирования h не должен превышать 0,72l, а в отдельных случаях 0,08l. Однако уменьшение шага сканирования связано с увеличением времени получения кадра (обзора поля зрения) tо.

Полученное изображение может быть получено оператором с помощью интерактивного измерителя характеристик. При этом оператор может измерить сигнал в точке изображения, оценить количественно линейные размеры и площади участков, степень анизотропии. Запись изображения можно получить также на специальной электрохимической или электротермической бумаге и на экранах электронно-лучевых трубок.