Page 80 - 无损检测2022年第五期

回沛林,等:
埋地聚乙烯管线外部土壤空穴的微波无损定量检测

预测值与实际值的对比结果如表 1 所示。由表 1 可

知, 4~5GHz微波对土壤距离检测的平均相对误
差为 5.5% , 最大绝对误差为 8mm 。由此可见, 结合
C 波段( 4~5GHz ) 微波同轴探头对 PE 管外部土壤

空穴实施无损定量检测是可行的, 其定量精度小于

±8mm , 满足当前工程中对空穴尺寸 的 定 量 精 度
要求。
表 1 4 个空穴尺寸预测值与实际值对比
空穴尺寸 空穴尺寸 相对 绝对
空穴编号
预测值 / mm 实际值 / mm 误差 / % 误差 / mm
1 60 68 11.76 8
2 83 86 3.49 3

图 6 X 波段 5cm 与 15cm 处的 S 11 信号对比 3 133 128 3.91 5
4 141 145 2.84 4
3 结语

研究了微波反射法对 PE 管线外部土壤空穴无
损定量检测的可行性。结合所搭建试验平台, 首先
对 PE 管外壁土壤包裹性的微波检测进行了探究。
结果表明, 利用微波反射法可区分 PE 管外壁有 / 无
空穴的情况。在此基础上, 利用检测信号作差, 确定
了最佳微波检测波段, 即 C 波段 4~5GHz 。试验

幅值均
结果表明, 通过多组实测数据所建立的 S 11
幅
值 - 空穴尺寸映射关系曲线具备单调特性, 即 S 11
值均值随空穴尺寸增大而增大。结合所建立映射关

图 7 C 波段 10cm 与 20cm 处的 S 11 信号对比
系曲线对 4 个空穴尺寸进行反算得到的预测值与实
进行数值拟合, 获取映射关系函数。余下的 4 组数 际值吻合度较高, 绝对误差小于 8mm , 满足当前工

据( 对应 PE- 土壤距离为 6.8 , 8.6 , 12.8 , 14.5cm ) 用

程中对空穴尺寸的定量精度要求。
于验证所获拟合曲线及其对应函数在空穴尺寸定量
幅值均值 - 空穴尺寸映 参考文献:
评估中的准确度。所得 S 11
射关系曲线如图 8 所示。
[ 1 ] 袁伟 . 无损检测技术在天然气管道中的运用[ J ] . 工程
技术研究, 2021 , 6 ( 5 ): 119-120.
[ 2 ] 陈鹏, 徐希军, 梁宁, 等 . 相 控 阵 超 声 技 术 在 PE 管 电
熔焊接检测的应用[ J ] . 煤气与热力, 2021 , 41 ( 3 ): 24-
27 , 30 , 96.
[ 3 ] 王卓, 张云伟, 喻勇, 等 . 主动热激励式红外热成像管
道缺 陷 深 度 检 测 [ J ] . 光 学 学 报, 2018 , 38 ( 9 ): 201-
图 8 S 11 幅值均值 - 空穴尺寸映射关系曲线 208.
[ 4 ] 胡中泽 . 当前无损检测自动化技术的研究进展及展望
幅值均值越
由图 8 可见, 土壤距离越远则 S 11
[ J ] . 电子技术与软件工程, 2018 ( 6 ): 142-143.
大, 这是因为微波遇到土壤时的反射率低于遇到空
[ 5 ] 董仁杰 . 油轮管系及石油储运管道微波无损检测研究
气时的反射率, 因此空穴尺寸越大反射能量越强, 这
[ D ] . 大连: 大连海事大学, 2020.
一现象与前述计算结果相符。对前述 4 个空穴对应 [ 6 ] 胡金花, 李勇, 谭建国, 等 . 玻璃纤维增强复合 材 料 局
幅值均值进行反算, 求取其空穴尺寸预测值,
的S 11 部减薄损伤的微波无损定量检测[ J ] . 传感器与微系
将反求数值结果与空穴实际大小作对比, 以评估空 统, 2020 , 39 ( 3 ): 113-116.
穴尺寸微波定量检测的精度。求取所得的空穴尺寸 ( 下转第 52 页)
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2022 年 第 44 卷 第 5 期
无损检测