CN115808139A - 一种基于空间相位差的微波损伤检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于空间相位差的微波损伤检测方法及系统，涉及损伤检测领域，方法包括获取被测对象不同检测单位位置的合成微波信号；根据不同检测单位位置的合成微波信号确定被测对象对微波产生的相移；根据所述相移确定被测对象的损伤位置。本发明可实现材料高精度的检测。

Description

一种基于空间相位差的微波损伤检测方法及系统

技术领域

本发明涉及损伤检测领域，特别是涉及一种基于空间相位差的微波损伤检测方法及系统。

背景技术

玻璃纤维增强复合材料、聚乙烯等非金属材料广泛应用于航空航天、航海、建筑、医学等各领域。随着非金属应用范围进一步扩大和其应用领域对安全性要求愈加严格，对其损伤和性能退化检测愈发受到重视。

期间国内外大量学者对非金属的无损检测展开了深入研究，检测技术包括超声检测技术、微波检测技术、X射线技术和红外热成像检测技术等。各类检测技术中，超声检测技术和微波检测技术的检测效率较高、范围较广。其中微波检测由于设备便携、操作简单、维护成本低，可实现实时、快速检测，且非接触，无需耦合剂，逐步得到了较好的应用。

被测对象的损伤对于反射波的影响包括了反射强度和相位的变化。反射强度的变化通常较为微弱，在发射测量中容易被发射信号淹没，这种检测方法也是目前常用的检测方法。为了提高检测灵敏度，需要获取相位信号。然而当前使用的矢量分析仪等通过准确获取全部微波波形，实现相位分析，存在系统复杂、体积大、设备昂贵等问题。

但是目前基于辐射强度的检测存在检测精度低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于空间相位差的微波损伤检测方法及系统，可实现材料高精度的检测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于空间相位差的微波损伤检测方法，包括：

获取被测对象不同检测单位位置的合成微波信号；

根据不同检测单位位置的合成微波信号确定被测对象对微波产生的相移；

根据所述相移确定被测对象的损伤位置。

可选地，根据不同检测单位位置的合成微波信号确定被测对象对微波产生的相移，具体包括：

根据不同检测单位位置的合成微波信号确定第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方；

根据所述第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和所述第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方的差确定被测对象对微波产生的相移。

可选地，所述被测对象对微波产生的相移的表达式为：

其中，||S0||(t,z1)为第一检测单位位置处合成微波信号，||S0||(t,z2)为第二检测单位位置处合成微波信号，Ae为发射强度，Ar为反射强度，ω为微波频率，c为光速，L为被测对象位置，

为相移，z1为第一检测单位位置，z2为第二检测单位位置，t为时间。

本发明还提供一种基于空间相位差的微波损伤检测系统，包括：

获取模块，用于获取被测对象不同检测单位位置的合成微波信号；

相移确定模块，用于根据不同检测单位位置的合成微波信号确定被测对象对微波产生的相移；

损伤位置确定模块，用于根据所述相移确定被测对象的损伤位置。

可选地，所述相移确定模块，具体包括：

幅度平方确定单元，用于根据不同检测单位位置的合成微波信号确定第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方；

相移确定单元，用于根据所述第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和所述第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方的差确定被测对象对微波产生的相移。

可选地，所述被测对象对微波产生的相移的表达式为：

其中，||S0||(t,z1)为第一检测单位位置处合成微波信号，||S0||(t,z2)为第二检测单位位置处合成微波信号，Ae为发射强度，Ar为反射强度，ω为微波频率，c为光速，L为被测对象位置，

为相移，z1为第一检测单位位置，z2为第二检测单位位置，t为时间。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明获取被测对象不同检测单位位置的合成微波信号；根据不同检测单位位置的合成微波信号确定被测对象对微波产生的相移；根据所述相移确定被测对象的损伤位置。利用微波对被测对象进行检测，通过相干波差分的方法确定被测对象的损伤位置，可实现材料高精度的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的损伤检测方法流程图；

图2为微波检测设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于空间相位差的微波损伤检测方法及系统，可实现材料高精度的检测。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于空间相位差的微波损伤检测方法，包括：

步骤101：获取被测对象不同检测单位位置的合成微波信号。

如图2所示，通过微波信号发射出连续微波信号，被测对象将会产生反射波。通过多个微波检测单元拾取微波检测信号。由于空间中同时存在发射波和反射波，且两个波形频率相同；微波检测单元读取的是两束相干波干涉后的信号。本发明中的两束相干波干涉后的信号即指的合成微波信号，微波检测单元为(如：喇叭天线)、检波器等。

步骤102：根据不同检测单位位置的合成微波信号确定被测对象对微波产生的相移。

步骤102，具体包括：根据不同检测单位位置的合成微波信号确定第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方；根据所述第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和所述第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方的差确定被测对象对微波产生的相移。

通过检波单元读取微波检测单位获取微波信号的包络，即幅度值。利用微波传输线理论，对空间中存在的微波信号进行分析。令微波发射单元到被测对象方向为z方向，其中微波发射单元处为0，被测对象处为L，检测单位位置为z1、z2；令发射单元发射的强度为Ae，微波频率为ω，光速为c；发射波Se在空间中的分布公式可描述为：

令反射强度为Ar，材料对微波产生的相移为

反射波Sr在空间中的分布公式可描述为：

则，在空间中分布的合成微波信号S0可表示为

合成微波信号S0的幅度平方可表示为

在空间中微波信号分布进行信号提取。通过空间微波型号分析可知，微波检测单元的信号分别为

通常方法可将两个信号做差，该数值将基本不受反射信号强度影响，主要体现相位变化情况。

对两个信号做进一步分析

当：

时，其中N为整数，则所述被测对象对微波产生的相移的表达式为：

其中，||S0||(t,z1)为第一检测单位位置处合成微波信号，||S0||(t,z2)为第二检测单位位置处合成微波信号，Ae为发射强度，Ar为反射强度，ω为微波频率，c为光速，L为被测对象位置，

为相移，z1为第一检测单位位置，z2为第二检测单位位置，t为时间。

当L、z1、z2固定时，可以测量材料对微波产生相移

的变化。本发明中考虑的是发射强度和反射强度相等的情况。

步骤103：根据所述相移确定被测对象的损伤位置。

通过将微波发射和检测单元固定在一起形成检测单元，通过移动检测单元或者被测对象，可对被检对象整体的相移值进行扫描，找出材料可能产生损伤的位置。进行扫描检测，扫描过程中可以获得幅度和相位信号，幅度或相位信号不一样的位置就是损伤的位置。

当微波到材料上时会产生反射和折射；由于材料的微观结构变化、宏观损伤等(如：聚乙烯材料晶体结构和分子量状态、纤维复合材料分层等等)会造成材料整体微波响应的变化；通过测量反射波的变化可以检测出被测对象的微观或宏观损伤。具体来说，被测对象的损伤对于反射波的影响包括了反射强度和相位的变化。反射强度的变化通常较为微弱，在发射测量中容易被发射信号淹没，这种检测方法也是目前常用的检测方法。为了提高检测灵敏度，需要获取相位信号。然而当前使用的矢量分析仪等通过准确获取全部微波波形，实现相位分析，存在系统复杂、体积大、设备昂贵等问题。本发明提供的一种基于相干波差分的方法，实现材料对微波相位变化信息的提取。

本发明还提供一种基于空间相位差的微波损伤检测系统，包括：

获取模块，用于获取被测对象不同检测单位位置的合成微波信号。

相移确定模块，用于根据不同检测单位位置的合成微波信号确定被测对象对微波产生的相移。

损伤位置确定模块，用于根据所述相移确定被测对象的损伤位置。

作为一种可选地实施方式，所述相移确定模块，具体包括：

幅度平方确定单元，用于根据不同检测单位位置的合成微波信号确定第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方。

相移确定单元，用于根据所述第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和所述第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方的差确定被测对象对微波产生的相移。

作为一种可选的实施方式，所述被测对象对微波产生的相移的表达式为：

其中，||S0||(t,z1)为第一检测单位位置处合成微波信号，||S0||(t,z2)为第二检测单位位置处合成微波信号，Ae为发射强度，Ar为反射强度，ω为微波频率，c为光速，L为被测对象位置，

为相移，z1为第一检测单位位置，z2为第二检测单位位置，t为时间。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于空间相位差的微波损伤检测方法，其特征在于，包括：

获取被测对象不同检测单位位置的合成微波信号；

根据不同检测单位位置的合成微波信号确定被测对象对微波产生的相移；

根据所述相移确定被测对象的损伤位置。

2.根据权利要求1所述的基于空间相位差的微波损伤检测方法，其特征在于，根据不同检测单位位置的合成微波信号确定被测对象对微波产生的相移，具体包括：

根据不同检测单位位置的合成微波信号确定第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方；

根据所述第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和所述第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方的差确定被测对象对微波产生的相移。

3.根据权利要求1所述的基于空间相位差的微波损伤检测方法，其特征在于，所述被测对象对微波产生的相移的表达式为：

其中，||S0||(t,z1)为第一检测单位位置处合成微波信号，||S0||(t,z2)为第二检测单位位置处合成微波信号，Ae为发射强度，Ar为反射强度，ω为微波频率，c为光速，L为被测对象位置，

为相移，z1为第一检测单位位置，z2为第二检测单位位置，t为时间。

4.一种基于空间相位差的微波损伤检测系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取被测对象不同检测单位位置的合成微波信号；

相移确定模块，用于根据不同检测单位位置的合成微波信号确定被测对象对微波产生的相移；

损伤位置确定模块，用于根据所述相移确定被测对象的损伤位置。

5.根据权利要求4所述的基于空间相位差的微波损伤检测系统，其特征在于，所述相移确定模块，具体包括：

幅度平方确定单元，用于根据不同检测单位位置的合成微波信号确定第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方；

相移确定单元，用于根据所述第一检测单位位置处合成微波信号的幅度平方和所述第二检测单位位置处合成微波信号的幅度平方的差确定被测对象对微波产生的相移。

6.根据权利要求4所述的基于空间相位差的微波损伤检测系统，其特征在于，所述被测对象对微波产生的相移的表达式为：

其中，||S0||(t,z1)为第一检测单位位置处合成微波信号，||S0||(t,z2)为第二检测单位位置处合成微波信号，Ae为发射强度，Ar为反射强度，ω为微波频率，c为光速，L为被测对象位置，

为相移，z1为第一检测单位位置，z2为第二检测单位位置，t为时间。

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