Изобретение относится к области радиовидения и может быть применено для обнаружения в миллиметровом диапазоне (ММ) волн неоднородностей линейной формы в оптически непрозрачных средах (трещин, арматуры, электрических и оптоволоконных кабелей и т.д., скрытых в стенах).The invention relates to the field of radio imaging and can be used to detect in the millimeter range (MM) waves of linear inhomogeneities in optically opaque media (cracks, fittings, electrical and fiber optic cables, etc., hidden in the walls).
Радиоволновые методы широко применяются для неразрушающего контроля и основаны на том, что наличие неоднородностей в исследуемых объектах приводит к дополнительным отражениям электромагнитных волн, которые влияют на вид интерференционной картины (Ермолов И.Н. Методы и средства неразрушающего контроля качества. // Учеб. пособие для инж.-техн. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1988. - 368 с.; Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Ковалев А.В. и др. под ред. Клюева. В.В. Неразрушающий контроль и диагностика: справ. - М.: Машиностроение, 2005. - 656 с.).Radio wave methods are widely used for non-destructive testing and are based on the fact that the presence of inhomogeneities in the studied objects leads to additional reflections of electromagnetic waves that affect the type of interference pattern (Ermolov I.N. Methods and means of non-destructive quality control. // Textbook for Engineer-Technical Specialized Universities. - M .: Higher School., 1988. - 368 p .; Klyuev V.V., Sosnin F.R., Kovalev A.V. and others under the editorship of Klyuev. VV Non-Destructive Testing and Diagnostics: Ref. - M.: Mechanical Engineering, 2005. - 656 p.).
Эти методы наиболее эффективны для контроля в неметаллических, плохо проводящих электрический ток оптически непрозрачных средах. Общим недостатком радиоволновых методов является сравнительно низкая разрешающая способность устройств, реализующих эти методы.These methods are most effective for monitoring optically opaque media in non-metallic, poorly conducting electric currents. A common disadvantage of radio wave methods is the relatively low resolution of devices that implement these methods.
Наиболее близким аналогом можно считать способ обнаружения неоднородностей линейной формы в оптически непрозрачных средах, реализованный радиоволновым интроскопом, работающим в ММ диапазоне волн (Чигряй Е.Е., Хохлов Г.И., Игнатов Б.Г. и др. Радиоволновый интроскоп в миллиметровом диапазоне. // Электромагнитные волны и электронные системы, т.15, №1, 2010 г., стр.50-54).The closest analogue can be considered a method for detecting linear inhomogeneities in optically opaque media, implemented by a radio wave introscope operating in the MM wavelength range (Chigryay EE, Khokhlov GI, Ignatov BG, etc. Radio wave introscope in the millimeter range . // Electromagnetic waves and electronic systems, t.15, No. 1, 2010, pp. 50-54).
В соответствии с данным способом объект освещается плоско-поляризованной радиоволной и используется эффект деполяризации радиоволн при рассеянии на неоднородностях линейной формы. Под эффектом деполяризации подразумевается появление в отраженной волне составляющей с поляризацией ортогональной поляризации падающей волны при наличии угла рассогласования между вектором поляризации падающей волны и неоднородностью линейной формы. Однако данный эффект используется не для поиска неоднородностей, а только для того, чтобы избавится от мешающего влияния интерференции радиоволн, отраженных на границах разделов, т.е. для повышения контраста полезного сигнала. Параметры отраженной волны при изменении угла рассогласования в широком диапазоне не измеряются, что снижает надежность и точность способа.In accordance with this method, the object is illuminated by a plane-polarized radio wave and the depolarization effect of the radio waves is used when scattering from linear inhomogeneities. By the depolarization effect is meant the appearance in the reflected wave of a component with the polarization of the orthogonal polarization of the incident wave in the presence of a mismatch angle between the polarization vector of the incident wave and the linear shape inhomogeneity. However, this effect is not used to search for inhomogeneities, but only in order to get rid of the interfering influence of the interference of radio waves reflected at the interfaces, i.e. to enhance the contrast of the desired signal. The parameters of the reflected wave when changing the mismatch angle in a wide range are not measured, which reduces the reliability and accuracy of the method.
Технический результат изобретения заключается в том, что определяется точная форма линейных неоднородностей и повышается надежность их обнаружения при наличии мешающих факторов (интерференции радиоволн, отраженных на границах разделов, присутствии строительных материалов со структурной анизотропией и т.д.).The technical result of the invention lies in the fact that the exact shape of linear inhomogeneities is determined and the reliability of their detection is increased in the presence of interfering factors (interference of radio waves reflected at the interfaces, the presence of building materials with structural anisotropy, etc.).
Указанный технический результат в способе обнаружения неоднородностей линейной формы в оптически непрозрачных средах достигается тем, что исследуемый объект освещается плоскополяризованной радиоволной, для каждой элементарной площадки на поверхности исследуемого объекта проводят измерения ортогональной компоненты волны, отраженной от данной площадки, при которых угол поворота плоскости поляризации падающей волны к оси X принимает значения φ=180°·i/n, где i=0,…, n-1, n - число измерений, определяют зависимость величины ортогональной компоненты в отраженной волне от угла поворота u[φ], вычисляют разность Δu[φ]=u[φ+45°]-u[φ], определяют все элементарные площадки, для которых Δu[φ] имеет максимум, и по непрерывной цепочке таких площадок определяют форму неоднородности.The indicated technical result in the method for detecting linear inhomogeneities in optically opaque media is achieved by illuminating a test object with a plane-polarized radio wave, for each elementary site on the surface of the object under study, measure the orthogonal component of the wave reflected from this site, at which the angle of rotation of the plane of polarization of the incident wave to the X axis takes values φ = 180 ° · i / n, where i = 0, ..., n-1, n is the number of measurements, determine the dependence of the value of the orthogonal component The entrances in the reflected wave from the rotation angle u [φ] calculate the difference Δu [φ] = u [φ + 45 °] -u [φ], determine all elementary sites for which Δu [φ] has a maximum, and by a continuous chain such sites determine the shape of heterogeneity.
Величина ортогональной компоненты в отраженной волне максимальна, когда плоскость поляризации падающей волны повернута под углом 45° к неоднородности и минимальна, когда она параллельна или перпендикулярна. Поэтому, если некоторая элементарная площадка соответствует области, через которую проходит неоднородность, то разность между величиной ортогональной компоненты отраженной волны, измеренной для данной площадки, при угле поворота плоскости поляризации φ и при угле φ+45° достигнет максимума, когда φ соответствует направлению неоднородности или направлению, перпендикулярному неоднородности. Это позволяет обнаружить наличие неоднородности в области, соответствующей данной площадке, и дает дополнительную информацию о возможном направлении неоднородности.The magnitude of the orthogonal component in the reflected wave is maximum when the plane of polarization of the incident wave is rotated at an angle of 45 ° to the inhomogeneity and is minimal when it is parallel or perpendicular. Therefore, if a certain elementary site corresponds to the region through which the inhomogeneity passes, then the difference between the magnitude of the orthogonal component of the reflected wave measured for this site will reach a maximum at an angle of rotation of the plane of polarization φ and at an angle of φ + 45 ° when φ corresponds to the direction of heterogeneity or direction perpendicular to heterogeneity. This allows you to detect the presence of heterogeneity in the area corresponding to this site, and provides additional information about the possible direction of heterogeneity.
Способ может быть реализован аппаратурой, блок-схема которой показана на фиг.1. Аппаратура состоит из генератора линейно-поляризованного СВЧ излучения 1, поляризационной отражающей решетки 2, антенного блока с системой сканирования 3, приемника СВЧ излучения 4, аналого-цифрового преобразователя 5, блока управления и обработки результатов измерений 6. Поляризационная отражающая решетка 2 расположена под углом 45° к направлению распространения радиоволны, ее проводники параллельны электрическому полю падающей радиоволны 7 и полностью отражают ее в сторону объекта исследования 8, рассеянная волна ортогональной поляризации 9 не отражается, а пропускается к приемнику 4, сигнал от сенсоров приемника оцифровывается в АЦП 5 и передается на блок управления и обработки результатов измерений 6. Плоскость поляризации падающей волны 10 составляет угол φ с осью X.The method can be implemented by apparatus, a block diagram of which is shown in figure 1. The equipment consists of a linearly polarized microwave radiation generator 1, a polarizing reflecting array 2, an antenna unit with a scanning system 3, a microwave radiation receiver 4, an analog-to-digital converter 5, a control and processing unit for measurement results 6. The polarizing reflecting array 2 is located at an angle of 45 ° to the direction of propagation of the radio wave, its conductors are parallel to the electric field of the incident radio wave 7 and completely reflect it towards the object of study 8, the scattered wave is orthogonal polarization tion 9 is not reflected, but is passed to the receiver 4, the receiver of the sensor signal is digitized in the ADC 5 and transmitted to the processing and control unit 6. The measurement results of the polarization plane of the incident wave 10 makes an angle φ with the axis X.
Для вычисления точной формы неоднородности для каждой элементарной площадки последовательно проводится n измерений, при которых данная площадка освещается плоскополяризованной радиоволной, плоскость поляризации которой повернута под углом φ к оси X, а величина угла поворота принимает значения φ=180°·i/n, где i=0,…, n-1. Для каждого из n измерений определяется величина ортогональной компоненты в отраженной волне u[φ] и вычисляется разность Δu[φ]=u[φ+45°]-u[φ]. В случае отсутствия неоднородности на рассматриваемом участке Δu[φ] будет меняться только в пределах погрешности измерений, при наличии неоднородности Δu[φ] зависит от угла φ и достигнет максимума, когда угол φ соответствует направлению неоднородности или направлению, перпендикулярному к неоднородности. На поверхности объекта исследования определяются все площадки с неоднородностью и оставляются только те, которые образуют непрерывную цепочку, данная цепочка продемонстрирует точную форму неоднородности, как показано на фиг.2.To calculate the exact shape of the inhomogeneity for each elementary site, n measurements are performed sequentially, in which the site is illuminated by a plane-polarized radio wave, the plane of polarization of which is rotated at an angle φ to the X axis, and the rotation angle takes values φ = 180 ° · i / n, where i = 0, ..., n-1. For each of n measurements, the value of the orthogonal component in the reflected wave u [φ] is determined and the difference Δu [φ] = u [φ + 45 °] -u [φ] is calculated. In the absence of heterogeneity in the considered section, Δu [φ] will change only within the measurement error; in the presence of heterogeneity, Δu [φ] depends on the angle φ and reaches a maximum when the angle φ corresponds to the direction of the heterogeneity or the direction perpendicular to the heterogeneity. On the surface of the object of study, all areas with heterogeneity are determined and only those that form a continuous chain are left, this chain will demonstrate the exact shape of the heterogeneity, as shown in figure 2.
