Войти
Микроволновая визуализация - это наука, которая возникла из старых методов обнаружения / локации (например, радар ) для оценки скрытых или встроенных в конструкцию (или среду) объектов с использованием электромагнитных (ЭМ) волн в микроволновом режиме (т.е. ~ 300 МГц - 300 ГГц). Инженерная и прикладная микроволновая визуализация для неразрушающего контроля называется микроволновое тестирование, см. Ниже.
Методы микроволновой визуализации можно разделить на количественные и качественные. Методы количественной визуализации (также известные как методы обратного рассеяния) дают электрические (то есть распределение электрических и магнитных свойств) и геометрические параметры (то есть форму, размер и местоположение) отображаемого объекта путем решения нелинейной обратной задачи. Нелинейная обратная задача преобразуется в линейную обратную задачу (то есть Ax = b, где A и b известны, а x (или изображение) неизвестно) с помощью приближения Борна или искаженного Борна. Несмотря на то, что для решения проблемы инверсии можно использовать методы прямого обращения матрицы, это будет очень дорого, когда размер проблемы настолько велик (то есть, когда A - очень плотная и большая матрица). Чтобы решить эту проблему, прямое обращение заменяется итеративными решателями. Методы этого класса называются прямыми итеративными методами, которые обычно требуют много времени. С другой стороны, качественные методы микроволнового изображения вычисляют качественный профиль (который называется функцией отражательной способности или качественным изображением) для представления скрытого объекта. Эти методы используют приближения для упрощения проблемы визуализации, а затем используют обратное распространение (также называемое обращением времени, фазовой компенсацией или обратной миграцией) для восстановления неизвестного профиля изображения. Радар с синтезированной апертурой (SAR), георадар (GPR) и алгоритм миграции частотно-волнового числа являются одними из самых популярных методов качественной микроволновой визуализации.
В общем, система формирования изображений в микроволновом диапазоне состоит из аппаратных и программных компонентов. Аппаратное обеспечение собирает данные с тестируемого образца. Передающая антенна посылает электромагнитные волны в направлении испытуемого образца (например, человеческого тела для получения медицинских изображений). Если образец сделан только из однородного материала и имеет бесконечный размер, теоретически электромагнитная волна не будет отражена. Введение любой аномалии, которая имеет другие свойства (например, электрические / магнитные) по сравнению с окружающей однородной средой, может отражать часть электромагнитной волны. Чем больше разница между свойствами аномалии и окружающей среды, тем сильнее будет отраженная волна. Это отражение улавливается той же антенной в моностатической системе или другой приемной антенной в бистатической конфигурации.
Общий вид системы микроволновой обработки изображений. (http://hdl.handle.net/10355/41515 )Для увеличения разрешения системы формирования изображений по всему диапазону необходимо распределить несколько антенн по области (которая называется областью выборки) с расстояние между ними меньше рабочей длины волны. Однако взаимная связь между антеннами, которые расположены близко друг к другу, может ухудшить точность собираемых сигналов. Кроме того, система передатчика и приемника станет очень сложной. Для решения этих проблем, одна сканирующая антенна используется вместо нескольких антенн. В этой конфигурации антенна сканирует всю область выборки, и собранные данные отображаются вместе с координатами их положения антенн. Фактически, синтетическая (виртуальная) апертура создается путем перемещения антенна (аналогично принципу радара с синтезированной апертурой). Позже собранные данные, которые иногда называют необработанными данными, передаются в программное обеспечение для обработки. В зависимости от применяемого алгоритма обработки, микроволновая печь Методы визуализации можно разделить на количественные и качественные.
Микроволновая визуализация используется в различных приложениях, таких как неразрушающий контроль и оценка (NDT E, см. Ниже), медицинская визуализация, обнаружение скрытого оружия на контрольно-пропускных пунктах, состояние конструкций мониторинг и визуализация через стену.
Микроволновая визуализация для медицинских приложений также приобретает все больший интерес. Диэлектрические свойства злокачественной ткани значительно изменяются по сравнению со свойствами нормальной ткани (например, ткани груди). Эта разница выражается в контрасте, который может быть обнаружен методами микроволнового изображения. Например, несколько исследовательских групп по всему миру работают над разработкой эффективных методов микроволнового изображения для раннего обнаружения рака груди.
Трехмерное изображение арматурных стержней с коррозией, полученное с помощью микроволнового изображения, http: // hdl. handle.net/10355/41515 Старение инфраструктуры становится серьезной проблемой во всем мире. Например, в железобетонных конструкциях коррозия их стальной арматуры является основной причиной их износа. Только в США затраты на ремонт и техническое обслуживание из-за такой коррозии составляют около 276 миллиардов долларов в год.
В последнее время микроволновая визуализация продемонстрировала большой потенциал для использования для мониторинга состояния конструкций. Низкочастотные микроволны (например, <10 GHz) can easily penetrate through concrete and reach objects of interest such as reinforcement bars (rebars). If there is any rust on the rebar, since rust reflects less EM waves in comparison with sound metal, the microwave imaging method can distinguish between rebars with and without rust (or corrosion). Microwave imaging also can be used to detect any embedded anomaly inside concrete (e.g., crack or air void).
Эти применения микроволнового изображения являются частью неразрушающего контроля (NDT) в гражданском строительстве. Подробнее о микроволновом изображении в неразрушающем контроле описано ниже.
При микроволновом тестировании используются научные основы микроволнового изображения для проверки технических деталей безвредными микроволнами. Микроволновое тестирование является одним из методов неразрушающего контроля (NDT). Он ограничивается испытаниями диэлектрика, то есть непроводящего материала. Его можно использовать для проверки компонентов также во встроенном состоянии, например, встроенных невидимых прокладок в пластмассовых клапанах.
B-сканирование a сэндвич пена-стеклопластик на частоте 100 ГГц. Показание при x = 120 мм обусловлено влажностью пены на глубине примерно 20 мм ниже поверхности DUT. (Becker, Keil, Becker Photonik GmbH: Jahrestagung DGZfP 2017, Beitrag Mi3C2) 
Стенка трубы из стеклопластика. C-скан. В центре: указание на дефект глубиной 60 мм, 24 ГГц микроволновые частоты простираются от 300 МГц до 300 ГГц, что соответствует длинам волн от 1 м до 1 мм. Участок от 30 ГГц до 300 ГГц с длинами волн от 10 мм до 1 мм также называется миллиметровыми волнами. Микроволны соответствуют размеру тестируемых компонентов. В разных диэлектрических средах они распространяются по-разному быстро и на поверхностях между ними отражаются. Другая часть распространяется за пределы поверхности. Чем больше разница в волновом сопротивлении , тем больше отраженная часть.
Для обнаружения дефектов материала испытательный датчик, прикрепленный или находящийся на небольшом расстоянии, перемещается по поверхности тестируемого устройства. Это можно сделать вручную или автоматически. Тестовый зонд передает и принимает микроволны.
Изменения диэлектрических свойств поверхностей (например, усадочные полости, поры, включения посторонних материалов или трещины) внутри тестируемого устройства отражают падающую микроволновую печь и отправляют ее часть обратно на испытательный зонд, который действует как передатчик и как приемник.
Электронная оценка данных приводит к отображению результатов, например. грамм. как B-скан (вид в разрезе) или как C-скан (вид сверху). Эти методы отображения заимствованы из ультразвукового контроля.
NIDIT через передаваемое изображение задней кромки лопасти ротора с искусственно распределенным клеем Помимо метода отражения возможен также метод сквозной передачи, в котором используются отдельные передающая и приемная антенны. Задняя сторона тестируемого устройства (DUT) должна быть доступна, и метод не дает информации о глубине дефекта в DUT.
Микроволновые испытания возможны с постоянной частотой (CW ) или с постоянно настраиваемой частотой (FMCW ). FMCW полезен для определения глубины дефектов в DUT.
Тестовый зонд, прикрепленный к поверхности DUT, дает информацию о распределении материала ниже точки контакта. При перемещении по поверхности исследуемого устройства точка за точкой много такой информации сохраняется, а затем оценивается для получения общего изображения. На это нужно время. Процедуры прямой визуализации выполняются быстрее: микроволновые версии либо электронные, либо используют планарный микроволновый детектор, состоящий из фольги, поглощающей микроволны, и инфракрасной камеры (процедура NIDIT).
Датчик FSC для неразрушающего измерения толщины краски на углепластике, здесь, на пилотажном самолете Микроволновые испытания - это полезный метод неразрушающего контроля диэлектрических материалов. Среди них пластмассы, стеклопластики (GFRP), пенопласт, дерево, древесно-пластиковые композиты. (WPC) и большинство видов керамики. Могут быть обнаружены дефекты внутри ИУ и на его поверхности, например. грамм. в полуфабрикатах или трубах.
Специальными областями применения микроволновых испытаний являются неразрушающие
микроволновые испытания используются во многих отраслях промышленности:
В последние годы потребность в неразрушающем контроле в целом возросла, особенно в диэлектрических материалах. По этой причине, а также из-за того, что микроволновая техника все больше и больше используется в потребительских товарах и, таким образом, становится намного дешевле, неразрушающий контроль с помощью микроволн увеличивается. Признавая это растущее значение, в 2011 году был основан Комитет экспертов по процедурам микроволнового и ТГц диапазона Немецкого общества неразрушающего контроля (DGZfP), а в 2014 году - Комитет по микроволновому тестированию Американского общества неразрушающего контроля (ASNT). Работа по стандартизации находится в начале.
