Процесс прохождения (отражения) радиоволн ОК3. Ермолов И. Н., Останин Ю. Я. Методы средства неразрушающего контроля качества: Учеб. пособие для инженерно-техн. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1988. – 368 с. Радиоволновой вид неразрушающего контроля однородности объектов Таможенного досмотра и поиска Введение
Радиоволновой вид неразрушающего контроля может быть использован для решения сложной задачи таможенного досмотра – обнаружения различных предметов (металлических и неметаллических), пустот и других неоднородностей, находящихся под поверхностью твердых. Максимальная разрешающая способность, реализуемая прибором «Зонд» (радиолокационный прибор подповерхностного зондирования) составляет 20 мм. Это достаточно для обнаружения крупных сокрытий, но для надёжного обнаружения средних и мелких сокрытий необходима более высокая разрешающая способность аппаратуры. В данном случае может быть применена аппаратура, используемая для дефектоскопии изделий, работающая в режиме «на прохождение» (РНП) или «на отражение» (РНО) амплитудным методом. Информативным параметром для данного метода контроля является коэффициент отражения, который зависит от диэлектрических характеристик контролируемого участка объекта контроля (ОК) (диэлектрической проницаемости ε, тангенса диэлектрических потерь tg δ;) и толщины h контролируемого участка ОК.
Задание на работу
Целью настоящей работы является использование радиоволнового метода неразрушающего контроля для оценки аномальной области ОК (места заложения сокрытия). Рассмотреть связь между коэффициентом отражения и диэлектрическими параметрами ОК. В качестве ОК рассматривается бетонная плита толщиной h = 50 мм. Рабочая длина волны излучателя в воздухе λ;0 = 3 см. В работе требуется установить зависимость R = f (ε, tg δ;). Исходные данные для проведения расчётов приведены в таблице 1. По полученным значениям R рассчитать коэффициент контрастности (выявляемости). В процессе выполнения работы необходимо: рассмотреть процесс прохождения (отражения) радиоволн ОК; изучить выражение для определения коэффициента отражения от ОК и вывести окончательное расчётное выражение; провести анализ зависимости коэффициента отражения R от диэлектрических характеристик контролируемого участка ОК; построить график зависимости К = f (R n).
Таблица 1
Процесс прохождения (отражения) радиоволн ОК Рассмотрим амплитудный метод контроля для РНП И РНО. Для РНП метод заключается в определении внутреннего состояния объекта контроля по воздействию среды на электромагнитную волну, проходящею через него. Основой метода является наличие двух антенн (излучающей и приёмной), находящихся по разные стороны объекта контроля, и, как правило, соосных. Принципиальная схема метода приведена на рис. 1.
1 – излучающая антенна, 2 – приемная антенна, 3 – изделие, 4 – дефект.
На рисунке 1 приняты следующие обозначения: l1 – расстояние от края излучающего рупора до первой поверхности, l2 – расстояние от второй поверхности до края приёмного рупора, r1,2 – коэффициенты отражения от первой и второй границ, g1,2 – коэффициенты прозрачности первой и второй границ, E1 – излучённая волна, E2 – волна внутри объекта контроля, E3 – принимаемая волна. Изменяя расстояния l1, l2, для данной толщины объекта контроля, добиваются максимального (минимального) значения сигнала на качественном участке контролируемого объекта. Изменение расстояний позволяет настраивать прибор на максимальную чувствительность. Для РНО (см. рис. 2) метод заключается в определении внутреннего состояния объекта контроля по воздействию среды на электромагнитную волну, отражённую от дефекта (аномалии) или поверхности объекта контроля. Основой метода является наличие двух антенн (излучающей и приёмной) или одной совмещенной (приёмно-излучающей), находящихся (находящейся) по одну сторону объекта контроля.
 
r2, g2 Рис. 2. Схема амплитудного метода в РНО 1 – излучающая антенна, 2 – приемная антенна, 3 – изделие, 4 – дефект.
На рисунке 2 приняты следующие обозначения: l1 – расстояние от края излучающего рупора до первой поверхности; r1,2 – коэффициенты отражения от первой и второй границ; g1,2 – коэффициенты прозрачности первой и второй границ; E1 – сигнал связи приёмной и излучающей антенн; E2 – волна, отражённый от первой границы, E3 – волна, отражённая от второй границы; E4 – волна, отражённая от дефекта. Изменение расстояния l1, как и в приведённом выше рассмотрении приводит к аналогичному эффекту. Существует две разновидности приборов, работающих в РНО: одно-антенный и двух антенный. Основной особенностью приборов является существование конструктивной связи между излучающим и приёмным трактами. В одно-антенном варианте связь существует за счёт попадания части мощности генератора в детекторную секцию по внутренним волноводным трактам. В двух антенном варианте связь наблюдается за счёт попадания части излучённой мощности из излучающей антенны в приёмную антенну, величина которой (E1) зависит от конструктивного исполнения антенн. Для различных задач эта связь может быть полезной или мешающей. При использовании её, конструктивная связь рассматривается как опорный сигнал, с которым суммируется отражённый сигнал. Такой подход позволяет увеличивать чувствительность прибора. В случае, когда необходимо регистрировать сигнал от дефекта (аномального участка) другие компоненты общего сигнала (в первую очередь от рассматриваемой связи – E1 и E2) должны быть исключены. Тогда выявляемость дефекта зависит только от чувствительности приёмника и на показание прибора не влияет изменение расстояния l1 от образца до антенны, которое может приводить к изменению E2.
3 Получение расчётного выражения Затухание электромагнитной волны, прошедшей сквозь слой диэлектрика толщиной h c потерями в первом приближении определяется по известной формуле: I=I0·e-k·h, (1) где: I0 – интенсивность падающей волны, k – коэффициент поглощения среды. Рассмотрим связь между коэффициентом отражения и диэлектрическими параметрами ОК. В качестве ОК рассмотрим бетонную плиту толщиной h = 50 мм. Рабочая длина волны излучателя в воздухе λ0 = 3 см. В случае контроля при одностороннем доступе к изделию в РНО регистрируется излучение, отражённое от объекта, численно характеризуемое энергетическим коэффициентом отражения. Для нормального падения на плоский диэлектрик толщиной h в воздухе энергетический коэффициент имеет вид:
где:
b = (2· π·k)/ λ;0, (4) a = (2· π·n)/ λ;0, (5)
где: ε – диэлектрическая проницаемость (действительная часть), tg δ – тангенс угла диэлектрических потерь, λ;0– длина волны в воздухе. Наличие аномалий в материале изделия, которые проявляются через изменение ε; и tg δ; приводит к изменению амплитуды коэффициента отражения. Коэффициент контрастности рассчитывается по формуле: К = | R 1– Rn | / R 1, (8) где: R 1– коэффициент отражения для участка ОК без аномалий, Rn – коэффициент отражения для аномального участка ОК.
|
l1 E1 r1, g1
EE
E3
l1 E1 E2 r1, g1
(2)
(3)
(6) 
. (7)
