现代微波测量技术(三)

微波检测技术及应用[摘要] 系统地介绍了微波无损检测的原理和微波无损检测技术在工程中的应用，指出了目前微波无损检测技术在应用中存在的问题，给出了今后研究工作的方向。

[关键字] 微波无损检测；复合材料；层间脱粘；裂纹裂缝缺陷；气孔缺陷。

Abstract: The principle and engineering uses of the microwave nondestracture testing technique are represented systematically in the paper.The problem of the microwave nondestracture testing technique is discussed.A future research work direction is given.Key words: microwave nondestracture testing; compound material; coming unglued between medium; cracks on metal surface; air bubbles in material.1.引言微波无损检测技术是随着微波测量技术的发展和对非金属复合材料的检测要求而产生的。

自60年代以来，随着非金属复合材料在工程中的广泛应用，传统的利用超声波、红外线、激光和X射线来检测这些复合材料中的裂纹、裂缝、气孔、粘扣等缺陷时遇到困难。

其主要原因是: 超声波在复合材料中衰减很大，光波不能穿透不透明的复合材料; X 射线检测平面缺陷时，由于射线的能量变化很小，导致底片对比度低，这在检测分层媒质的脱粘，层与层的错动时受到限制。

而微波对非金属复合材料具有较好的穿透性，适合于作为检测复合材料的射线。

另一方面，微波网络分析仪的可测频率越来越高，不仅可测反射波和散射波的振幅，而且可测波的相位变化。

输入或 输出信号
高速、高 分辨率
模拟部分 模拟信号
控制
用户接口 信息
ADC 或DAC
数字数据
处理器
包括RAM,ROM,I/O等
采用 标准 接口
系统接口
采用超大规模 集成电路、
物理包装
电源
采用DSP技
FPGA、EPLD 及专用集成电 路，实现复杂
外部电源
数字化仪器结构框图
术，多种测 量算法
、多功能 关键：高速A/D和D/A变换器
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1．2 微波与天线测量的基本任务
放大器测试 变频器件测量 无源器件测试 频综及振荡器测试 收发机测试 差分元器件测量方案 脉冲器件测试方案 毫米波太赫兹器件测试 器件在片测试 元器件现场测试
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微波测量仪器分类
微波毫米波测试仪
信号发生器
信号分析仪
合模 成拟 功 信信 率 号号 放 发发 大 生生 器 器器
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1．2 微波与天线测量的基本任务
阻抗测量仪 网络分析仪
阻抗
频率
振荡器、频率合成 器、变频器、倍频 器、滤波器等
矢量、标量 网络分析仪
频率计/功率计/ 频谱分析仪
功率
阻抗变换、阻抗 匹配、天线等
衰减器、功分器、耦合 器、放大器、开关等
1微波无源电路: 如金属谐振腔滤波器、介质腔体滤波器、微带滤波器、功率 分配器、耦合器、程控衰减器等。
(1)信号特性参数的测量：包括信号的频率和波长、场强和功率、 波形与频谱、振荡器的振荡特性和接收机的噪声系数等。
(2)网络特性参数的测量：主要有反射特性参数和传输特性参数。 前者包括网络散射参数反射系数、阻抗以及与反射系数模有关的插 入损耗和驻波比等；后者包括网络散射参数以及决定的衰减和相移 等。

2018/12/7
现代电子测量技术
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3.2.1随机误差的统计特性及减少方法(续）
1. 随机误差的分布规律 （1）随机变量的数字特征 ① 数学期望:反映其平均特性。其定义如下： X为离散型随机变量：
μ E(X) xi pi i 1
X为连续型随机变量：
E( X )
2018/12/7 现代电子测量技术 18
3.2.1随机误差的统计特性及减少方法(续）
规定使用算术平均值为数学期望的估计值，并作 为最后的测量结果。即：
1 x n
x
i 1
n
i
算术平均值是数学期望的无偏估计值、一致估计 值和最大似然估计值。 有限次测量值的算术平均 值比测量值更接近真值？
②用公式 ③实验偏差
i xi x 计算各测量值残差列于上表中
s( x ) 1 n1

i 1
n
i2 1.767( o C )
0.53( o C )
22
④ x 标准偏差
2018/12/7
s( x )
s( x ) n

1.767 11
现代电子测量技术
3.2.1随机误差的统计特性及减少方法(续
2
]
随机误差的数学期望和方差为：
E ( )



p( )d
2 exp( )d 0 2 2 2
1



同样测量数据X的数学期望E(X)＝
现代电子测量技术
2 D( ) E ( 0) 2 2 p( )d 2 exp( 2 )d 2 2 2
现代电子测量技术

R2T R1T
/ R2 / R1
2 1
K（2 g K（1 g
2 ) 1 )
（3-19）
第三章 电参量检测装置
现代检测技术
方法二:桥路补偿法 *补偿原理：桥路相临两臂增加相同电阻，对电
工作片
R1
R3
U0
F
R1
F
RB
R4
补偿片 RB
U
第三章 电参量检测装置
图3-7 桥路补偿方法
现代检测技术
电桥输出
第三章 电参量检测装置
现代检测技术
（2）非线性误差及其补偿
单臂电桥，即R1桥臂变化ΔR，理想的线性关系
U
' 0
U 4
R R
（3-28）
实际输出电压
U0
U
R 4R 2R
U 4
R 1 R
1 2
R 1 R
（3-29）
非线误差误差
L
U0
U
' 0
1 100%
1
1 2
R R
1
1
1 1 R 1 1 R 1 K 100%
电子秤
第三章 电参量检测装置
汽车衡 机械手夹紧
现代检测技术
汽车衡称重系统
第三章 电参量检测装置
现代检测技术
结构形式：柱式、悬臂梁式、环式和轮辐式等。
（a）柱式
(b)悬臂梁式
(c)薄壁环式
(d)轮辐式
第三章 电参量检测装置 图3-14 各种弹性体结构图
现代检测技术
电阻应变传感器的制作 弹性元件的制作加工。 应变片的正确粘贴。 应变片的连线接桥。
电阻丝电阻变化值
RT R0 K0T R0K0 (g S）T