本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于金屬板件表面腐蝕缺陷檢測(cè)和評(píng)估的高效微波檢測(cè)探頭和相應(yīng)的腐蝕缺陷腐蝕量定量評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

金屬板件廣泛應(yīng)用于人類的生產(chǎn)生活當(dāng)中，尤其是在一些重要的機(jī)械結(jié)構(gòu)中起到核心和關(guān)鍵的作用。從早期檢測(cè)角度來(lái)看，對(duì)早期金屬板件表面的腐蝕缺陷檢測(cè)是很有必要的。常規(guī)的渦流檢測(cè)方法需要逐點(diǎn)掃描，對(duì)人力和財(cái)力都有很高的要求，代價(jià)極大。其他無(wú)損檢測(cè)方法，如漏磁法，紅外熱成像法等效率低下，超聲檢測(cè)需要耦合介質(zhì)比較麻煩。微波檢測(cè)具有不接觸檢測(cè)物體、檢測(cè)效率高等特點(diǎn)。這使得微波在金屬板件表面腐蝕缺陷檢測(cè)上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

雖然學(xué)者們?cè)缭?0世紀(jì)70年代就開(kāi)始了微波檢測(cè)的研究。但是直到近年，才出現(xiàn)使用帶金屬法蘭的矩形波導(dǎo)進(jìn)行近場(chǎng)檢測(cè)的研究。最近，掀起了一陣采用開(kāi)放式同軸傳感器微波檢測(cè)探頭檢測(cè)裂紋的研究熱潮，這種探頭靈敏度極高，甚至能檢測(cè)出閉合裂紋。研究者不僅將其應(yīng)用到近場(chǎng)檢測(cè)金屬板件表面腐蝕缺陷，還將其應(yīng)用到遠(yuǎn)場(chǎng)管道裂紋、管壁減薄、以及微生物識(shí)別的檢測(cè)、定位和定量評(píng)估中。由于微波可以在波導(dǎo)管中傳輸很長(zhǎng)一段距離，而只有很少的衰減。所以上述方法能夠大范圍地檢測(cè)金屬管道內(nèi)表面各種缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高微波檢測(cè)金屬板件的效率，本發(fā)明提出了一種金屬板件表面腐蝕缺陷檢測(cè)和評(píng)估的微波檢測(cè)探頭和相應(yīng)的腐蝕缺陷腐蝕量定量評(píng)估方法，利用該微波檢測(cè)探頭可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬板件表面腐蝕缺陷腐蝕量的定量評(píng)估；鑒于國(guó)內(nèi)對(duì)微波檢測(cè)金屬板件表面腐蝕缺陷檢測(cè)、定量評(píng)估方法尚不完善，本發(fā)明提出微波檢測(cè)探頭具很強(qiáng)的實(shí)用性和較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種金屬板件表面腐蝕缺陷檢測(cè)和評(píng)估的微波檢測(cè)探頭，包括無(wú)底面的長(zhǎng)方體金屬盒型的金屬罩1以及設(shè)置在金屬罩1的一個(gè)窄邊側(cè)面上相同的兩只射頻同軸連接器，分別為第一射頻同軸連接器T和第二射頻同軸連接器R。

所述探頭金屬罩1是由電導(dǎo)率不小于4.10×10⁷S/m的金屬材料制作。

所述金屬罩1內(nèi)壁上鍍金或銀。

所述兩只射頻同軸連接器在金屬罩1的一個(gè)窄邊側(cè)面兩短邊中點(diǎn)的連線上，關(guān)于該窄邊側(cè)面的中心對(duì)稱。

所述第一射頻同軸連接器T和第二射頻同軸連接器R是母轉(zhuǎn)公連接器，公頭在微波檢測(cè)探頭的金屬罩1內(nèi)側(cè)，母頭在微波檢測(cè)探頭的金屬罩1外側(cè)，用于連接同軸線電纜。

所述微波檢測(cè)探頭一次性檢測(cè)面積為l_waveguide×a的金屬板件區(qū)域，其中l(wèi)_waveguide為金屬罩1的長(zhǎng)度，a為金屬罩1的寬度。

探頭上金屬罩的設(shè)計(jì)使得在在檢測(cè)時(shí)，微波集中在微波檢測(cè)探頭和待測(cè)金屬板件組成的矩形波導(dǎo)管中傳播，提高了檢測(cè)效率和靈敏度。

所述的微波檢測(cè)探頭對(duì)金屬板件表面腐蝕缺陷檢測(cè)和定量評(píng)估的方法，具體步驟如下：

1)在n塊金屬板件上，制作腐蝕程度不同的腐蝕缺陷，檢測(cè)并標(biāo)定這n塊金屬板件的腐蝕量c₁,c₂,…,c_n；

2)搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要有微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、同軸線電纜和微波檢測(cè)探頭，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和同軸線電纜一端連接，同軸線電纜另一端與第一射頻同軸連接器T和第二射頻同軸連接器R連接；

3)檢測(cè)前，對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行電校準(zhǔn)；

4)采用微波檢測(cè)探頭檢測(cè)無(wú)腐蝕缺陷金屬板件和n塊腐蝕量不同的金屬板件；檢測(cè)時(shí)，將微波檢測(cè)探頭緊貼在金屬板件上表面，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生微波信號(hào)，通過(guò)微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀控制微波檢測(cè)探頭的掃頻范圍；微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)同軸線電纜和第一射頻同軸連接器T給微波檢測(cè)探頭提供微波信號(hào)，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)同軸線電纜和第二射頻同軸連接器R檢測(cè)微波信號(hào)；微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)同軸線電纜和第二射頻同軸連接器R檢測(cè)無(wú)腐蝕缺陷金屬板件的共振頻率f₀和n塊腐蝕程度不同的金屬板件共振頻率f₁,f₂,…,f_n；

5)根據(jù)無(wú)腐蝕缺陷金屬板件的共振頻率f₀和n塊腐蝕程度不同的金屬板件檢測(cè)的共振頻率f₁,f₂,…,f_n，通過(guò)共振頻移計(jì)算公式△f₁＝f₁‐f₀，△f₂＝f₂‐f₀，…，△f_n＝f_n‐f₀，得到這些腐蝕量已知的金屬板件的共振頻移△f₁,△f₂,…,△f_n；

6)通過(guò)這些共振頻移△f₁,△f₂,…,△f_n和腐蝕量c₁,c₂,…,c_n擬合共振頻移△f與腐蝕量c，得到共振頻移△f與腐蝕量c的關(guān)系，函數(shù)c(△f)；

7)檢測(cè)待測(cè)金屬板件的共振頻率f_t，檢測(cè)時(shí)，將微波檢測(cè)探頭緊貼在金屬板件上；

8)根據(jù)公式△f_t＝f_t‐f₀，計(jì)算待檢測(cè)金屬板件的共振頻移△f_t；

9)根據(jù)與參考金屬板件的共振頻移△f_t和步驟6)的共振頻移△f與腐蝕量c的關(guān)系，函數(shù)c(△f)，對(duì)金屬板件表面腐蝕缺陷腐蝕量進(jìn)行定量評(píng)估。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明設(shè)計(jì)的微波檢測(cè)探頭利用金屬罩將微波全部限制在金屬罩和待測(cè)金屬板件組成的矩形波導(dǎo)管中，使微波在矩形波導(dǎo)管中傳播。微波在金屬罩和待測(cè)金屬板件組成的矩形波導(dǎo)管傳輸時(shí)，微波在矩形波導(dǎo)管腔中傳播，矩形波導(dǎo)管內(nèi)壁表面存在電流，這樣檢測(cè)到的微波信號(hào)攜帶有與金屬板件表面腐蝕缺陷有關(guān)的信息。與傳統(tǒng)微波檢測(cè)金屬探頭相比，如同軸探頭、帶金屬法蘭的矩形波導(dǎo)探頭、帶金屬法蘭的開(kāi)放式同軸線傳感器探頭，這種封閉式探頭將微波限制于高電導(dǎo)率金屬罩和待測(cè)金屬板件表面組成的波導(dǎo)管中，提高了檢測(cè)效率和靈敏度。該微波檢測(cè)探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)便捷，檢測(cè)效率高，檢測(cè)精度高。微波檢測(cè)探頭對(duì)金屬板件的腐蝕缺陷檢測(cè)時(shí)，只要讓微波檢測(cè)探頭緊貼在金屬板件需要檢測(cè)區(qū)域的表面，微波檢測(cè)探頭金屬罩1覆蓋腐蝕缺陷，且腐蝕缺陷全部在金屬罩1的底面l_waveguide×a內(nèi)，即可進(jìn)行腐蝕缺陷檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)同軸線電纜和第一射頻同軸連接器T給微波就檢測(cè)探頭提供掃頻信號(hào)，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)同軸線電纜和第二射頻同軸連接器R檢測(cè)信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬板件表面腐蝕缺陷的定量評(píng)估。采用這種新型的微波檢測(cè)探頭檢測(cè)，一次性檢測(cè)平面金屬板件區(qū)域面積是l_waveguide×a。檢測(cè)時(shí)，微波在微波檢測(cè)探頭和待測(cè)金屬板件組成的波導(dǎo)管中傳播，具有較高的檢測(cè)效率和靈敏度。

附圖說(shuō)明

圖1為微波檢測(cè)探頭的立體圖。

圖2為微波檢測(cè)探頭的主視剖視圖。

圖3為微波檢測(cè)探頭的俯視剖視圖。

圖4為微波檢測(cè)探頭a×b右側(cè)面右視圖。

圖5為微波檢測(cè)探頭a×b右側(cè)面左視圖。

圖6為微波檢測(cè)探頭對(duì)金屬板件表面腐蝕缺陷檢測(cè)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1‐5所示，本發(fā)明一種金屬板件表面腐蝕缺陷檢測(cè)和評(píng)估的微波檢測(cè)探頭，包括電導(dǎo)率不小于4.10×10⁷S/m金屬材料制作的金屬罩1(無(wú)底面的長(zhǎng)方體金屬盒型)，以及金屬罩1的右窄邊側(cè)面上的兩只射頻同軸連接器(第一射頻同軸連接器T和第二射頻同軸連接器R)。金屬罩是由電導(dǎo)率不小于4.10×10⁷S/m的金屬材料制作，由于微波在波導(dǎo)管傳輸時(shí)，微波在波導(dǎo)管腔中傳播，波導(dǎo)管內(nèi)壁表面存在電流，與波導(dǎo)管本體材料基本無(wú)關(guān)，可在探頭金屬罩1內(nèi)壁上鍍金或銀，這樣減少微波傳輸過(guò)程中的損耗。鍍金或銀金屬罩1是無(wú)底面的長(zhǎng)方體金屬盒，金屬罩的長(zhǎng)l_waveguide、寬a、高b。在金屬罩a×b右側(cè)面上，第一射頻同軸連接器T和第二射頻同軸連接器R在金屬罩a×b兩短邊中點(diǎn)的連線上，關(guān)于金屬罩a×b右側(cè)面的中心對(duì)稱。第一射頻同軸連接器T和第二射頻同軸連接器R都是母轉(zhuǎn)公連接器，公頭在探頭內(nèi)側(cè)，母頭在探頭外側(cè)。檢測(cè)時(shí)，第一射頻同軸連接器T和第二射頻同軸連接器R連接微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，分別用于發(fā)射和檢測(cè)信號(hào)。

搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要有微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀4、第一同軸線電纜2、第二同軸線電纜3和微波檢測(cè)探頭，如圖6，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀4和第一同軸線電纜2一端連接，第一同軸線電纜2另一端與金屬罩1上的第一射頻同軸連接器T連接，同時(shí)，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀4和第二同軸線電纜3一端連接，第二同軸線電纜3另一端與金屬罩1上的第一射頻同軸連接器R連接。檢測(cè)金屬板件的長(zhǎng)L、寬W、高H。檢測(cè)時(shí)，將微波檢測(cè)探頭緊貼在金屬板件表面，這樣金屬罩和待測(cè)金屬板件構(gòu)成矩形波導(dǎo)管。

在檢測(cè)原理方面，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)同軸線電纜和第一射頻同軸連接器T給微波檢測(cè)探頭提供微波信號(hào)，使微波在探頭內(nèi)傳播。同時(shí)，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)同軸線電纜和第二射頻同軸連接器R檢測(cè)微波信號(hào)。傳輸?shù)轿⒉z測(cè)探頭內(nèi)的行波在探頭中有兩種傳輸路徑：一種是由第一射頻同軸連接器T直接到第二射頻同軸連接器R；另外一種是由第一射頻同軸連接器T到波導(dǎo)的終端被反射回來(lái)再到第二射頻同軸連接器R。當(dāng)兩種行波的傳播路程之差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，發(fā)生共振，幅值最大處對(duì)應(yīng)的頻率稱為共振頻率。若金屬板件表面存在腐蝕缺陷，則導(dǎo)致探頭與被測(cè)金屬板構(gòu)成的波導(dǎo)管體積發(fā)生變化。與無(wú)腐蝕缺陷金屬板件表面組成的波導(dǎo)管相比，這種情況下的波導(dǎo)管體積的變化，影響波導(dǎo)腔內(nèi)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布，進(jìn)而導(dǎo)致共振頻率發(fā)生變化。微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀4通過(guò)第二同軸線電纜3和第二射頻同軸連接器R檢測(cè)共振頻率。通過(guò)微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀4將微波檢測(cè)探頭工作頻率設(shè)置適當(dāng)?shù)膾哳l范圍，根據(jù)共振頻移對(duì)腐蝕缺陷的腐蝕量進(jìn)行定量評(píng)估。

1)如圖1‐5所示，制作微波檢測(cè)探頭，主要包括高電導(dǎo)率金屬罩1(可在探頭金屬罩1內(nèi)壁上鍍金或銀)和固定在金屬罩的a×b右側(cè)面上的兩只射頻同軸連接器(第一射頻同軸連接器T和第二射頻同軸連接器R)。

2)在n塊金屬板件上，制作腐蝕程度不同的腐蝕缺陷，檢測(cè)并標(biāo)定這n塊金屬板件的腐蝕量c₁,c₂,…,c_n；

3)搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，上面已描述，不在贅述；

4)檢測(cè)前，對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行電校準(zhǔn)；

5)采用微波檢測(cè)探頭檢測(cè)無(wú)腐蝕缺陷金屬板件和n塊腐蝕量不同的金屬板件；檢測(cè)時(shí)，將微波檢測(cè)探頭緊貼在金屬板件上表面，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生微波信號(hào)，通過(guò)微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀控制微波檢測(cè)探頭的掃頻范圍；微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)同軸線電纜和第一射頻同軸連接器T給微波檢測(cè)探頭提供微波信號(hào)，微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)同軸線電纜和第二射頻同軸連接器R檢測(cè)微波信號(hào)；微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過(guò)同軸線電纜和第二射頻同軸連接器R檢測(cè)無(wú)腐蝕缺陷金屬板件的共振頻率f₀和n塊腐蝕程度不同的金屬板件檢測(cè)的共振頻率f₁,f₂,…,f_n；

6)根據(jù)無(wú)腐蝕缺陷金屬板件的共振頻率f₀和n塊腐蝕程度不同的金屬板件檢測(cè)的共振頻率f₁,f₂,…,f_n，通過(guò)共振頻移計(jì)算公式△f₁＝f₁‐f₀，△f₂＝f₂‐f₀，…，△f_n＝f_n‐f₀，得到這些腐蝕量已知的金屬板件的共振頻移△f₁,△f₂,…,△f_n；

7)通過(guò)這些共振頻移△f₁,△f₂,…,△f_n和腐蝕量c₁,c₂,…,c_n擬合共振頻移△f與腐蝕量c的關(guān)系，得到共振頻移△f與腐蝕量c的關(guān)系，函數(shù)c(△f)；

8)檢測(cè)待測(cè)金屬板件的共振頻率f_t，檢測(cè)時(shí)，將微波檢測(cè)探頭緊貼在金屬板件上；

9)根據(jù)公式△f_t＝f_t‐f₀，計(jì)算待檢測(cè)金屬板件的共振頻移△f_t；

10)根據(jù)與參考金屬板件的共振頻移△f_t和步驟6)的共振頻移△f與腐蝕量c的關(guān)系，函數(shù)c(△f)，對(duì)腐蝕缺陷腐蝕量進(jìn)行定量評(píng)估。