Page 78 - 无损检测2024年第十期

高乾祥，等：

PE 管道外壁缺陷的微波可视化定量检测

图 2 仿真得到的 PE 管道外壁缺陷微波检测 S 11 信号曲线

无缺陷处的S 11 信号幅值（无量纲）差异明显；在 PE管道试件固定于旋转台上，矩形开口波导通过夹
具固定在平面扫查台上。平面扫查台与旋转台通过
32~34 GHz频段，2 mm深度缺陷与无缺陷处的S 11
信号幅值差异明显；在34.5~36 GHz频段，4 mm深 计算机的控制实现协同扫查运动，矢量网络分析仪发
度缺陷与无缺陷处的S 11 信号幅值差异显著。仿真 射的微波信号通过同轴电缆传输至开口矩形波导并
得到的不同裂纹缺陷深度下S 11 信号复数模与频率 辐射至PE管道试件，微波传播至异质界面时发生反

的关系曲线，如图2（b）所示，可以看出，在32.5~ 射，反射回来的微波信号通过开口矩形波导拾取并通
35 GHz频段，2 mm深度缺陷和6 mm深度缺陷与无 过同轴电缆传输至矢量网络分析仪，矢量网络分析仪
缺陷处的S 11 信号幅值差异明显；在27~29 GHz频段， 分析计算反射回来的微波信号并输出S 11 信号，再将
4 mm深度缺陷与无缺陷处S 11 信号幅值差异显著。 其传输给计算机进行储存与分析。管道预制缺陷类
型为外壁减薄与裂纹，管道尺寸和提离均与仿真时的
2 PE管道微波检测试验
一致，管长为300 mm，外壁减薄缺陷尺寸与仿真时的
2.1 微波检测试验平台搭建 一致，裂纹宽度a为2~6 mm，长度b均为30 mm，深
PE管道外壁缺陷微波检测系统如图3所示，该 度尺寸h与仿真时的一致。设置平面扫查台和旋转台
系统主要由Keysight N5224A型矢量网络分析仪、Ka 对试件进行旋转扫查，管道轴向扫查长度为200 mm，
波段矩形波导、吸波材料、平面扫查台、旋转台和PE 减薄缺陷扫查周向范围为管壁中心两侧126 mm，裂
管道试件等组成。矢量网络分析仪通过同轴电缆与 纹缺陷扫查周向范围为管壁中心两侧82 mm，扫描轴
开口矩形波导相连接，微波信号通过同轴电缆传输， 与旋转步进轴步长均为2 mm。

图 3 PE 管道外壁缺陷微波检测系统
2.2 试验数据处理 要对杂波进行抑制来提高信号的信噪比。基于奇异
2.2.1 信号特征提取及缺陷成像 值分解的杂波抑制技术属于一种子空间算法，其主
试验采集减薄和裂纹缺陷不同深度中心处与无 要将信号向量空间分解为目标信号主导和噪声信号
缺陷处的S 11 信号如图4所示，可以看出，试验过程 主导的两个子空间，并通过去除噪声主导子空间的
信号向量分量来抑制杂波 [14-15] 。经过奇异值分解抑
中杂波的影响导致无缺陷处与不同深度缺陷处的S 11
信号差异不明显，特别是裂纹检测的S 11 信号，故需 制杂波后的PE管道外壁减薄缺陷与裂纹的S 11 信号

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2024 年 第 46 卷 第 10 期
无损检测