JP3799524B2 - マイクロ波非破壊評価装置 - Google Patents
マイクロ波非破壊評価装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3799524B2 JP3799524B2 JP2001195213A JP2001195213A JP3799524B2 JP 3799524 B2 JP3799524 B2 JP 3799524B2 JP 2001195213 A JP2001195213 A JP 2001195213A JP 2001195213 A JP2001195213 A JP 2001195213A JP 3799524 B2 JP3799524 B2 JP 3799524B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wave
- microwave
- inspected
- measurement
- evaluation apparatus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を用いて被検査物の検査を非破壊で行う評価装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、航空機や船舶はもとよりロボットや電子パッケージに至るまであらゆる機械や構造物に対し、き裂やはく離の有無・形状を、被検査物を壊すことなく検査することが要求されている。従来、非破壊検査の手法として超音波やX線が広く用いられている。しかしながら、超音波は水等の伝達媒質を必要とし、X線は体積の小さいき裂の評価には不向きで、人体に有害であるため現場での使用には適していない。これらに対しマイクロ波を用いた非破壊検査法が脚光を浴びており、その応用が期待されている。マイクロ波は周波数帯域300MHz〜300GHzの電磁波で、誘電体を透過し金属表面で全反射する特性を有し、伝達媒質を必要とせず空気中を良好に伝播するため、非接触かつ接触媒質不要での材料非破壊検査に適切である。またマイクロ波は被検査物の密度ではなく電気物性に依存する評価を行うことができ、透過・反射・散乱・共振などを利用して様々な測定手法が構築できるためその幅広い応用が期待できる。
しかしながら、マイクロ波非破壊検査装置は一般的に大型・高価で、現場での使用には小型化・低価格化が必要不可欠である。
【0003】
従来のマイクロ波非破壊検査装置では、センサを走査しての測定が困難であり,装置に対しセンサを固定したセンサ固定型の走査方法が広く用いられている。これはセンサと装置の相対位置が変化すると、接続ケーブルが変形し位相歪が生じ正確な計測ができないことに起因する。このため、従来はセンサ固定型の測定法に限定され、大きな被検査物の非破壊検査には極めて不向きであった。
また、マイクロ波非破壊検査装置で用いているネットワーク・アナライザは、広い周波数帯域に対して測定を行うため、検波の際に使用周波数を一定の低周波数(IF)に変換する必要がある。このため、精度を維持するには、複数の付加信号源、信号増幅器、フィルタなどが必要となり、装置が大型かつ高価なものとなっている。また、従来のマイクロ波非破壊検査装置は使用周波数が装置により単一のものに制限され、2つ以上の周波数を用いた測定を行うことができない。
【0004】
従来のマイクロ波非破壊検査装置の例を図1に示す。図1は、シート状の試験材料のオンライン試験のためのミリ波反射測定システムを示している。バイアス制御のガン・ダイオード発振器(GDO)110は、固定周波数(約94GHz)である連続波の発振源として用いられている。電力分割器(power divider:PD)は、ミリ波の電力を2つのパスに分割している。その1つはアンテナ150へであり、材料を試験するために送信される。もう1つは直交IF混合器(qadrature IF mixer:QIFM)132の参照端子に入力する。通常、反射板(金属板)170が、試験対象の材料180の背後に用いられている。同じアンテナ150が、反射波の受信に用いられている。サーキュレータ126が、戻り信号をQFIM132のRF(高周波)端子に送り込んでいる。参照信号とRF信号とに基づき、直交IF混合器132は、2つの信号間の位相角のコサイン(同相分)およびサイン(直角分)に比例した直流レベル出力を供給する。GDO110のアイソレータ122や参照端子やRF端子のサーキュレータ130,128は、システムの動作に影響する、不必要な反射を低減するために用いられている。GDO110とアンテナ150を除く全ての回路要素は、均一のサイズで製作され、コンパクトなブロックに実装されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高精度の検波や、センサの移動を可能としたマイクロ波非破壊評価装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、マイクロ波を用いて、被検査物を非破壊で評価するマイクロ波非破壊評価装置であって、マイクロ波を発振する発振手段と、前記被検査物に向かってマイクロ波を送信し、前記被検査物側から反射された、又は、前記被検査物を透過したマイクロ波を受信する送受信手段と、該送受信手段を介して受信した測定波と前記発振手段からのレファレンス波とを、測定波及びレファレンス波の少なくともどちらか一方の位相を90度または180度ずらして合成し、それぞれ異なる4つの波を得る4波合成手段と、該4波合成手段からの4つの波を検波する検波手段と、該検波手段の出力信号から受信した測定波の振幅および/または位相を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。
【0006】
そして、前記発振手段は、複数の周波数を発振することができるとともに、発振した周波数を選択する選択手段を有し、複数の周波数のそれぞれで測定することもできる。さらに、位相および/または振幅を調整する校正手段とを備えるここともできる。
前記送受信手段との接続にフレキシブルな導波路を用いており、測定波導波路とレファレンス波導波路とを同様とし、レファレンス波導波路の端部をショートすることもできる。
さらに、走査手段を有しており、該走査手段により、前記被検査物と少なくとも前記送受信手段とが相対的に動いて走査を行うこともでき、前記走査手段に同期した画像形成手段および画像表示手段を備え、被検査物の測定画像を表示することもできる。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図2は、本発明の実施形態であるマイクロ波非破壊評価装置の構成例である。図2において、第1発振器212および第2発振器214は、それぞれ異なる周波数のマイクロ波を発振している。スイッチ216では、第1発振器212で発生したマイクロ波と、第2発振器214で発生したマイクロ波とを選択することができる。選択されたマイクロ波はカップラ220で、アンテナ226へ送る測定波とレファレンス波とに、例えば、9:1の割合で分配している。測定波は、サーキュレータ232、フレキシブルな導波路222を介して、アンテナ226から被測定物に対して放射される。被測定物からの反射波は、同じアンテナ226で受信され、サーキュレータ232,減衰器242を介して、ハイブレッド・カップラ(HB−カップラ)254に印加される。
また、カップラ220から分配されたレファレンス波は、サーキュレータ234から、フレキシブル導波路224を介して、短絡端228で反射してフェーズ・シフタ244に入力される。フェーズ・シフタ244からのレファレンス波は、マジック−T246から、HB−カップラ252および256に入力する。フレキシブル導波路224は、測定波に用いられているフレキシブルな導波路222と同等のものである。フレキシブルな導波路222および224は、アンテナ226と短絡端228とを一体として、非破壊評価装置200に対して相対的に移動している被測定物に対して、走査できるように付加されている。
減衰器242は反射波の振幅を減衰させて、振幅を制限でき、フェーズ・シフタ244は、レファレンス波の位相をシフトすることができる。これらの働きについては、後で詳しく説明する。
ハイブレッド・カップラ(HB−カップラ)252,254および256は、例えば図3に示す構成である。このため、この構成のHB−カップラ252および256からは、反射波を4Asin(ωt−φ)とし、レファレンス波を4Bsinωtとすると、以下に述べる出力が出力される。
【数1】
これらの出力を入力することにより、検波器262,264,266および268は、入力した信号の直流分を出力するので、以下の出力d1〜d4を出力する。
【数2】
ここで、Kは、定数である。
これらの出力を用いて、例えば、式(1)−式(2),式(3)−式(4)を計算することにより、sinφおよびcosφの値が求まり、以下のように、arctanを計算することでφの値を求めることができる。
【数3】
また、レファレンス波の振幅Bは既知の定数であるため、振幅比A/Bを求めることができる。
【0008】
反射波の位相や振幅を測定することで、対象物の材質や形状の変化を定量的に検出することが可能である。例えば位相φは、被検査物により測定波の電気長が変化するとそれに従って変化している。このため、位相φを求めることで被検査物の特性を求めることができる。検出できるものとして具体的には、対象物の誘電率、亀裂、剥離、シート抵抗、湿度等が挙げられる。
さて、位相差φは、前述のように、検波器からの出力電圧dからarctanを用いて算出されるが、出力電圧dに対し、位相φが直線的かつ敏に変化する領域が存在する。この領域の出力dを用いて計算することにより、高い精度の測定が可能となる。このため、フェイズ・シフタを用いてφを対象物の測定基準面に対し調整を行うことにより、出力電圧に対して最適な領域近傍での測定が可能となる。また、検波器262,264,266,268の精度も出力する電圧領域によって変化する。このため、対象物の測定基準面に対し出力する電圧の範囲を減衰器により調整し、検波器を常に最適の領域で使用できるようにしている。
【0009】
図2に示した本実施形態の検波器出力dは、インターフェースを介して、コンピュータに入力して、上述の計算を行うことができる。また、このコンピュータを用いて、被検査物とマイクロ波の送受信部(アンテナ226)との間で、相対的に動く走査部を設けて、これに同調して測定値を収集することにより、被検査物に対応する測定された画像を表示することができる。この走査部としては、例えば、被検査物をベルトコンベア上で一方向に動かして、送受信部をそれと直角方向に動かす構成や、このマイクロ波非破壊評価装置全体を一方向に動かして、送受信部をそれと直角方向に動かす等の構成を有している。
送受信部(アンテナ226)を動かすことができるように、本実施形態では、フレキシブルな導波路222および224を用いている。これを図4に詳しく示している。図4において、フレキシブルな導波路として、対として構成した誘電体導波路を用いることを示している。このようにレファレンス波を測定波と等しい伝送線路を伝播させることで、送受信部を動かしたときに生じる2波の位相差をキャンセルすることができる。このため、送受信部が動くことによる位相歪の影響を無視でき、被検査物による位相変化のみの検出が可能となる。
ここで用いる送受信部としては、例えば、同軸ケーブル・センサ(「非破壊検査」Vol.49 No2 P121−126(2000年発行)等参照)を用いることができる。この同軸ケーブル・センサを用いることにより、口径を小さくすることができるので、空間分解能の向上が可能となる。
【0010】
上述の実施形態では、2つの発振器を用意し、スイッチにより測定に使用する周波数を切り替えられる構成としている。これは、対象物のパラメータによっては、複数の周波数に対する応答が異なるため、複数の周波数に対して測定を行うことにより、複数のパラメータの影響による位相差・振幅比を算出できる。
上述したように、本発明では、装置とセンサの間に新しくレファレンス線路を設け、レファレンス波と測定波を同様な伝搬線路を伝搬させることにより、センサ移動の際に生じる位相歪をキャンセルすることを可能にした。このことによりセンサ移動型の走査機能を実現し、大型構造物の現場での非破壊評価が初めて可能になり、多岐にわたるマイクロ波非破壊検査への応用の道を開いた。
一般的にRFの検波回路には、ミキサを用いた2路検波回路が用いられている。しかしながら、ミキサを用いた検波回路では定在波が生じ、精度が落ちる欠点がある。これに対し本発明では、3つの90度ハイブレッド・カップラとディテクタを用いて、高精度の4路検波回路を構築した。これにより高精度のRF検波が可能になった。
【0011】
ネットワーク・アナライザは、それ自体における校正は行えるが、非破壊検査の際に重要となる各々の被検査物に適した装置と被検査物を一体とした総合的な校正はできない。また、校正のための計算が必要となり、計測精度は計算モデルの影響を受ける。これに対し、本発明では、フェイズ・シフタおよびアッテネータ(減衰器)を適当に設置することで、装置と被検査物を含めての総合的な位相・振幅の校正を可能にし、各々の検査物に対して適した校正を可能にした。ここに校正のための計算も不要である。また、装置と被検査物を含めて総合的な校正を行うことで、検波器などの構成要素を最適の電圧領域で使用することができる。これにより被検査物に対し高精度の計測が可能になった。
本発明の構成により、2つ以上の固定周波数を用いたマイクロ波小型装置を実現し、例えば、2周波数評価法により現場での複数の未知量の非破壊評価が初めて可能になった。
【0012】
<他の実施形態>
上述の実施形態では、発振器は2つの場合で説明したが、必要に応じて発振器の数を増やすことにより、任意の数の周波数で測定することが可能である。また、広い周波数帯域を有する発振器を用いてもよい。
また、上述の実施形態では、送受信器を1つのアンテナで構成し、被検査物からの反射波を受けているが、送信器と受信器とを別々の構成として、被検査物の透過波あるいは散乱波を受信する構成としてもよい。
【0013】
【発明の効果】
上述した本発明の構成により、高精度の検波やセンサの移動を可能としたマイクロ波非破壊評価装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のマイクロ波非破壊検査装置の構成例を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施形態の構成例を示すブロック図である。
【図3】HB−カップラの構成を示す図である。
【図4】フレキシブル導波路を示す図である。
【符号の説明】
122 アイソレータ
132 直交IF混合器
126,128,130 サーキュレータ
150 アンテナ
180 材料
212 第1発振器
214 第2発振器
216 スイッチ
220 カップラ
222,224 フレキシブル導波路
226 アンテナ
228 短絡端
232,234 サーキュレータ
242 減衰器
244 フェーズ・シフタ
246 マジック−T
252,254,256 ハイブレッド・カップラ
262,264,266,268 検波器
Claims (6)
- マイクロ波を用いて、被検査物を非破壊で評価するマイクロ波非破壊評価装置であって、
マイクロ波を発振する発振手段と、前記被検査物に向かってマイクロ波を送信し、前記被検査物側から反射された、又は、前記被検査物を透過したマイクロ波を受信する送受信手段と、
該送受信手段を介して受信した測定波と前記発振手段からのレファレンス波とを、測定波及びレファレンス波の少なくともどちらか一方の位相を90度または180度ずらして合成し、それぞれ異なる4つの波を得る4波合成手段と、
該4波合成手段からの4つの波を検波する検波手段と、
該検波手段の出力信号から、受信した測定波の振幅および/または位相を検出する検出手段と
を備えることを特徴とするマイクロ波非破壊評価装置。 - 前記発振手段は、複数の周波数を発振することができるとともに、発振した周波数を選択する選択手段を有し、複数の周波数のそれぞれで測定することが可能であることを特徴とする請求項1記載のマイクロ波非破壊評価装置。
- さらに、位相および/または振幅を調整する校正手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の非破壊評価装置。
- 前記送受信手段との接続にフレキシブルな導波路を用いており、測定波導波路とレファレンス波導波路とを同様とし、レファレンス波導波路の端部をショートすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマイクロ波非破壊評価装置。
- さらに、走査手段を有しており、該走査手段により、前記被検査物と少なくとも前記送受信手段とが相対的に動いて走査を行うことを特徴とする請求項4に記載のマイクロ波非破壊評価装置。
- さらに、前記走査手段に同期した画像形成手段および画像表示手段を備え、被検査物の測定画像を表示することを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波非破壊評価装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001195213A JP3799524B2 (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | マイクロ波非破壊評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001195213A JP3799524B2 (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | マイクロ波非破壊評価装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003014658A JP2003014658A (ja) | 2003-01-15 |
JP3799524B2 true JP3799524B2 (ja) | 2006-07-19 |
Family
ID=19033232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001195213A Expired - Fee Related JP3799524B2 (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | マイクロ波非破壊評価装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3799524B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007017419A (ja) * | 2005-07-07 | 2007-01-25 | Semiconductor Res Found | ダイオード発振素子を用いた建材および建造物のイメージング方法およびイメージングシステム |
KR100835600B1 (ko) | 2007-05-29 | 2008-06-05 | 박승호 | 마이크로파용 임피던스 정합장치 |
GB201510234D0 (en) * | 2015-06-12 | 2015-07-29 | Univ Leuven Kath | Sensor for non-destructive characterization of objects |
-
2001
- 2001-06-27 JP JP2001195213A patent/JP3799524B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003014658A (ja) | 2003-01-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9081045B2 (en) | High frequency analysis of a device under test | |
JP2019053075A (ja) | ベクトルネットワークアナライザ | |
US8035400B2 (en) | High-resolution, nondestructive imaging of dielectric materials | |
JP6214917B2 (ja) | 内部欠陥検査装置及び内部欠陥の検査方法 | |
CN104914115B (zh) | 土壤墒情测定仪及其测定方法 | |
US7230564B2 (en) | Microwave method and system for material inspection | |
JP3799524B2 (ja) | マイクロ波非破壊評価装置 | |
JP3787615B2 (ja) | 複素誘電率の非破壊測定方法及び装置 | |
EP1017996B1 (en) | Nondestructive testing of dielectric materials | |
Ghodgaonkar et al. | Microwave nondestructive testing of composite materials using free-space microwave measurement techniques | |
Moradi et al. | Measuring the permittivity of dielectric materials using STDR approach | |
JP7458598B2 (ja) | 材料特性測定装置 | |
Xiao et al. | The Quiet Zone Performance Evaluation of the Microwave Anechoic Chamber and the Uncertainty Estimation | |
US20220146663A1 (en) | Microwave imaging using a radially-polarized probe | |
CN113075657B (zh) | 一种散射源高度的测试方法及检测装置 | |
Das et al. | NDT using open-ended waveguides | |
Hasar et al. | Low-Cost Permittivity Determination of Liquid Materials Using Transmission-Only Measurements | |
Dvorsky et al. | Detection of surface-breaking cracks in metals using a radially-polarized microwave probe | |
Huang et al. | Permittivity Measurement Using the Normalized Euclidean Distance Based on Dispersion of Spoof Surface Plasmon Polaritons | |
Mirjahanmardi et al. | Characterization of Low-Dispersive Materials based on Transmitted Power | |
Mo et al. | Design of microwave near-field imaging probe based on substrate integrated cavity | |
Baskakova | Nové Mikrovlnné Komponenty pro Měření Vzdálenosti a Zobrazování | |
Kudryavtsev et al. | Circuit analyzers with probe measuring converters | |
CN114599964A (zh) | 传感器装置和水分含量测量装置 | |
Bramanti et al. | Experiments on some particular permittivity sensors in nondestructive testing of dielectric materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060104 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060302 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060404 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060412 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090512 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100512 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100512 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110512 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120512 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120512 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130512 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |