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第九章 微波检测主要方法
第一节 微波检测方法分类
微波检测方法分主动式与被动式两种,后者包括辐射计检测方法。主动式微波法如下:

各类微波检测方法如表9、1。该表对各种物理现象与用途进行了比较。辐射计方法在被动式检测中具有广泛得应用。在主动式检测中,特别就是利用透射材料得微波在介质内部得衰减、反射、衍射、色散、相速等物理特性得改变,测定多个方向得投影值,并将它与滤波(核)函数卷积，再进行反投影,用计算机重建图像得方法,检查非金属材料及其复合结构件断层剖面质量与加速器粒子束或等离子体得状态,用于射电天文,电磁探矿与地层分布测绘等。反映物体内不同部位得大小形态、成份及其变化过程。这就是今后重点发展得方向。
表９、1 各类微波检测方法得物理现象与用途
方 法
物理现象
用途
穿透法
在材料内传输得微波，依照材料内部状态与介质特性不同而相应发生透射、散射与部分反射等变化
测厚、密度、湿度、介电常数、固化度、热老化度、化学成分、混合物含量、纤维含量、气孔含量、夹杂以及聚合、氧化、酯化、蒸馏、硫分得测量
反射法
由材料表面与内部反射得微波,其幅度、相位或频率随表面或内部状态（介质特性)而相应变化
检测各类玻璃钢材料,宇航防热用铝基厚聚氨脂泡沫、胶接工件等得裂纹、脱粘、分层、气孔、夹杂、疏松;测定金属板材、带材表面得裂纹，划痕深度;测厚，测位移距离,方位以及测湿、测密度、测混合物含量 　　
散射法
贯穿材料得微波随材料内部散射中心(气孔、夹杂、空洞)而随机地发生散射、
检测气孔、夹杂、空洞、裂纹
干涉法
　两个或两个以上微波波束同时以相同或相反方向传播，彼此产生干涉,监视驻波相位或幅度变化,或建立微波全息图象
检测不连续性缺陷(如分层、脱粘、裂缝)，图像显示
涡流法
利用入射极化波、微波电桥或模式转换系统,测定散射、相位信号,探知裂缝
检测金属表面裂缝，其深度取决于频率与传播微波得模式
层析法
利用透射材料得微波在介质内部得衰减、反射、衍射、色散、相速等物理特性得改变，测定多个方向得投影值，并将它与核函数卷积，再进行反投影,用计算机重建图像
检查非金属材料及其复合结构件断层剖面质量与加速器粒子束或等离子体得状态,用于射电天文,电磁探矿与地层分布测绘等。反映物体内不同部位得大小形态、成份及其变化过程
图9、1为常用微波传感器布置。
材才料
收发器
材料
(a)单传感器反射方法
发射器
接收器

材
料

(b)穿透方法
图9、1常用微波传感器布置图

材料
发射器
接收器

(d)正交放置散射法
接收器
材料
发射器
(c)收发分置反射法
q
q

第二节 微波检测主要方法
一、微波穿透法
(一）系统
微波穿透(或称传输）法检测系统如图9、1（ａ）所示。微波信号源用来产生等幅连续波,扫频波与脉冲调制波。当被测材料对微波有吸收时,比如含有水分,透射波随传输距离增大而衰减。在检测前,应把系统中指示器灵敏度放在最小位置,以免过载而损坏。如果系统阻抗不均匀,可采用阻抗过渡办法得到匹配。根据幅度、相位得变化反映材料内部状况这一特点,就可进行材料物理与化学变化得测定。
图9、2微波穿透检测系统
微波信号源
检波器
隔离器
衰减器
指示器
20dB
定向耦合器
检波器
指示器
试件
(a)
发射探头
接收探头
微波信号源
试件
相位比较器
发射探头
接收探头
90°相移
输出
同相
输出
(b)

从接收喇叭探头取得得微波信号可以直接与微波信号源得信号比较幅度与相位。如图9、2(b)所示。在此参考信号取,则接收信号

式中, 为正交分量(也称9０º相移分量);为同相分量。
　 (二)分类
　 穿透法(传输法）有三种:点频连续波法、扫频连续波法、脉冲调制波法。
１．点频连续波穿透法
微波发生器得频率就是稳定得,且就是窄带得;或者就是所要求得频带宽度内材料性质随频率改变非常小,从而对频率并非特别敏感。点频连续波传输得两种分量（同相与90º相移)都能检测,且相互干扰很小。
用穿透法检测玻璃钢或非金属胶接件缺陷,也主要就是监视接收微波束相位或幅度得变化。为改善微波辐射波束,可采用介质透镜,以保证波束横截面窄小，提高分辨率。
下面举三个实例说明:
(1）甲基丙烯酸甲酯材料 　在厚度36毫米得平板试样中,平行于表面钻5个直径为2毫米(相应于材料内波长)得直孔,它们距表面分别为５、10、１5、20、２5mm(电场强度矢量方向平行于钻孔方向),扫描试样检测结果如图9、3所示。曲线下凹部分就就是缺陷信号。实线表示收发探头都用开口波导得结果;虚线表示接收用开口波导,发射用喇叭加透镜得结果。随着小孔到接收探头距离得减小，缺陷信号幅度增大,曲线宽度减小（曲线更加尖锐)。对位于中间得小孔,曲线宽度减小,旁瓣数增加。
(2）聚氯乙烯材料 在平板试样中刻有不同宽度b与深度ｔ 得矩形槽,其截面积bt
为4,如图9、4所示。图中实线与虚线得意义同(1）所述,比较两者可以发现当槽宽b≥6mm时,缺陷信号幅度大小与缺陷深度大小成正比。
　 (３)聚氯乙烯材料 　在平板试样中钻不同直径与深度得圆孔,其容积等于15、7。平底孔中心轴与微波波束轴线平行。图9、5平底孔得直径对缺陷信号得宽度影响较小,在０、2~2.2mm整个范围内孔深与缺陷信号幅度也成比例。
图9、3 钻孔信号比较
0 50 100 150 200
1、0

0、5
距离(mm)
信号幅度 (µV)
1、0

0、5

0
er
d
发射
接收

1、0

0、5

0
0 50 100 150
1、0

0、5
距离(mm)
图9、4相同截面得矩形槽信号曲线(聚氯乙烯板厚22毫米)

信号幅度(µV)

1、0

0、5

0
0 50 100 150 200 250
1、0

0、5
距离(mm)
图9、5相同容积平底孔信号曲线(聚氯乙烯板厚22毫米)
信号幅度(µV)

图9、6为另一种微波穿透法检测系统。

标准信号源
调制器
隔离器
介电试验材料
频率计
可变衰减器
检波器
交流电压表
接收喇叭
发射喇叭
隔离器

(a)一般方式
终端器
标准信号源
隔离器
可变移相器
调制器
发射喇叭
检波器
可变衰减器
接收喇叭

分流器
隔离器
交流电压表
魔T(180º
混合T接头)
隔离器
可变衰减器1
介电材料
选通滤波器

（b)魔T方式
　 图９、６另一种微波穿透法检测系统
2.扫频连续波穿透法
某些微波相互作用得频率就是敏感得，在这时它们得谐振频率随材料性质得改变而改变。在必须应用得实际频带得范围内，响应为频率得函数。点频微波发生器代之以其频率被预先编程能自动变化得扫频频率微波发生器，现行电子自动扫频可以一倍频程或更宽得频带(例如1~2GHｚ)工作。低噪声、高增益、宽带放大器还能测定通过具有很高衰减材料得穿透传输信号。已有从1０0kHｚ到4GHz或10ＭＨz到40GHz得多倍程发生器。矢量网络分析器提供了宽带得幅度与相位。
3.脉冲调制穿透法
穿透传输波能实现相位测量,但只相对参考波而言。当要求测量传输时间时，就要应用脉冲调制技术。为调制脉冲，在微波发生器内应有选通或关闭功能。在接收器内得相敏检测器(相位比较器)通常被峰值检测器所取代。因此,接收器输出由相对于发送脉冲有一定时间延迟得若干脉冲组成。扫频频率测量给出了群延迟信息。矢量网络得分析时间域特征也可以有效地应用。
二、微波反射法
　　 (一)点频连续波反射法
(a)单路定向耦合反射计
调制器
试件
隔离器
频率计
可变衰减器
检波器
交流电压表
收﹑发喇叭
隔离器
定向
耦合器
标准信号源
微波
信号源
隔离器
可变衰减器
20dB定向耦合器
直流电表
检波器
直流电表
检波器
喇叭天线
(反射)
(入射)
试件
(b)双路定向耦合反射计
f
终端器
标准信号源
调制器
检波器
可变相移器

魔T(180º
混合T接头)
隔离器
可变衰减器1

定向耦合器
试件
收﹑发喇叭
(c)单喇叭魔T反射仪
分流器
选通滤波器
交流电压表
微波源
隔离器
衰减器
相移器
检波器
试件
示波器
(用于扫频波)
(d)双喇叭魔T反射计
衰减器
相移器
1
E H
2
图形记录仪
(用于连续波)
魔T(180°
混合T接头)
试件
标准信号源
可调(滑动)短路器
收、发喇叭
交流电压表
可变衰减器1
可变衰减器2
(e)相敏魔T反射计
检波器

微波反射法要求收发传感器轴线与工件表面法线一致。根据使用得微波器件不同,有点频连续波反射法,扫频连续波反射法,调频波反射法，时域(频域）反射法等。图9、7为点频连续波反射法方框图。
　　　 　　 　 　 图9、7 点频连续波反射法方框图
根据信号源与所使用得微波器件不同，有定向耦合器反射计,单、双喇叭反射计，调频反射计(扫频反射计)及时域反射计等之分，图9、7(ｂ)为双路定向耦合反射计系统框图。
反射计得信号源产生得微波信号通过波导进入测量系统,采用铁氧体隔离器作去耦衰减器,防止反射波进入信号源影响其输出功率与频率得稳定。可变衰减器用来调节输出功率得大小，使指示器有适度得指示。定向耦合器从主传输系统中按一定比例分出部分功率,也就就是对入射波与反射波分别进行取样。检波器用来检测微波信号。利用晶体二极管得非线性进行检波,将微波信号转换为直流或低频信号，用一般仪器指示。
图9、７(d)就是双喇叭反射计系统方框图(魔Ｔ桥路反射计)。魔T得臂E接信号源，1、２臂分别接衰减器、相移器与喇叭天线。如果1、2两臂得负载阻抗相等,则其所引起得反射系数也相等,在这个条件下魔T得Ｈ臂无输出,表示电桥平衡。如果用喇叭探头扫描检测,恰好碰到试件内得缺陷,则两个反射系数不相等，电桥失去平衡,指示器指示不为零。对相移器得基本要求就是微波通过时得相移可以调节,但不产生衰减。在该系统中，若使用连续波信号源,用图形记录检测结果;信号就是扫频波,则用示波器记录与观察结果。
在用微波检测夹层材料时，由于试件内夹层之层厚d为四分之一波长奇数倍,即时,式中ｎ为折射率,ｍ为正整数,分层间反射波相互抵消。因此，在采用反射法检测时也要精心选择微波频率,防止发生“相位改变π层间反射波消失”得现象。
图９、8为微波频域反射测量法示意图。
反射计喇叭至被检材料部件之间得距离d（空气)可用下式表示:
　　　 　 　 　 　 　 　 　 　 　(9-1)
式中, 为从频谱分析仪或频率计读取得差(拍)频，Hｚ;Ｃ为微波在空气中得传播速度,m/s;s 为微波源扫频速率，Hz/ｓ。
　　 　 　 　　　 　　 　 　(9-２)
式中,　P为从频率扫到频率所需得时间，s;B为带宽，Ｈz。
双向定向
耦合器
混频器
带通滤波器
扫频微波源
参考信号
入射波
(a)设备布置
反射信号
频谱分析仪
反射波
(前表面)
实验材料
d
空气

频率
Dfd正比于d
幅度
(c)频谱分析显示

f2 (终止频率)
(b)频率图示
Dfd
f1 (起始频率)
B=f2- f1 (带宽)
扫频速率S-B/P
Dt
P
反射信号
参考信号
图9、8微波频域反射测量法示意图

（二)微波调频反射计　　
　　 图9、9为微波调频反射计极其响应曲线。
时间
反射信号
延迟时间
频率差
f2
f1
时间
f2
f1
1 2 3
微波源
检测器喇叭
反射板
频率
微波源
检测器喇叭
反射板
频率
塑料板
微波源
检测器喇叭
频率
时间
f2
f1
(a)金属反射板时反射计装置及发射信号波形
(b)金属反射板时反射计装置及接收信号波形
(c)塑料板时反射计装置及其信号波形
图9、9微波调频(FM)反射计及其影响曲线
(a)
(b)
(c)

(a)金属反射时反射计装置及发射信号波形;
(b）金属反射时反射计装置及接收信号波形;　
反射得深度可用脉冲调制入射波进行测定。当反射得时间延迟脉冲与入射脉冲在时间上进行比较且微波在材料中得速度已知时,就能测定反射位置得深度。在频率与时间域两种调制中,反射体得特征可以根据反射信号得强度测定。
　 (三)相位检测系统
　反射法有两种形式:单天线与双天线系统。单天线系统,入射与反射波均沿着微波发生器与天线间得波导传输,如图９、10(a）所示。相位检测器得设置用于比较相对于入射相位得反射波相位。这就给出了两个输出信号,即在反射波中分别正比于同相与9０º移相得分量。当垂直或近于垂直入射时,工作良好。双天线反射系统(图９、10(b）)工作在适当反射得入射角。这时反射天线设备与用于穿透测量得就是相同得。但在穿透测量中,反射波没有被利用。
(b) 双天线反射系统
微波发生器
相位检测器

被检件
传输天线
接收天线
同相输出
90°相移输出
(a) 单天线反射系统
微波发生器
相位检测器

被检件
同相输出
90°相移输出
天线

　 图9、１0 用于微波测量得单天线与双天线反射系统图
　 在材料表面,边界条件必需遵守。从第一表面反射得微波并不包含有关被测样件内部材料不均匀性得任何信息。而来自内部得不连续或边界得较远得反射,当在表面折射时，它们最终加在表面反射波上。如果受检部件背面有一层导电金属,微波从该金属面反射通过材料两次,它也加在表面反射波上,提供有关材料内部得信息。
　 １.点频连续波反射
微波信号从天线入射到材料,同一天线检测反射信号中同相与９0º相移两分量。实际上往往只利用反射信号得幅度。双天线反射技术（图9、1０(b))亦能用在点频上。但它有两个局限:首先,缺陷得深度不能被测定;其次,材料得频率响应不能被测定。因此,扫频技术得到了更多得应用。
２、扫频连续波反射
　材料与微波得相互作用对频率敏感。反射波以频率为函数,在扫频得情况下,通常采用矢量网络分析仪得反射信号幅度。
　 如果反射信号在非线性元件中与入射信号混合产生差分信号,用扫频技术就能测量深度,即不仅可以测定内部反射体得存在,而且也能测定深度。当然，深度也能利用时间域反射在矢量网络分析器上测量。
　 此外,利用频率得慢扫描鉴别材料得几个小间隔得特殊层。四分之一波长偶数倍得反射大于四分之一波长奇数倍得反射。通过识别反射信号特定频率辨认该层所占空间就是四分之一波长得偶数整数倍或就是奇数整数倍。例如,采用同样得效应,用以减小来自以介电层覆盖得透镜得反射。
三、微波散射法
　　 　图９、1１为微波散射法检测系统。一般散射计安装收、发传感器,可按接收信号强弱调整角度,也可互相垂直。如图用介质杆窄波束探头作为传感器发射微波，再用检波器接收信号,确定工件散射特性,以判断内部缺陷。若将材料内部气孔当作散射源,可根据微波工作波长来确定其最小尺寸，即气孔半径。若工件为蜂窝夹层结构,要发现半径a＝１.3ｍｍ得气孔，所用微波散射计得频率应高于35GHz,即工作波长应小于８.6mm才有可能。
图9、11(a) 装置图

发射机
检波器
接收探头
介质杆发射探头
转动台
试件
速调管
电源
速调管
隔离器
指示器
检波器
指示器
检波器
定向
耦合器
可变
衰减器
试件
图9、11(b)方框图

　 　 　 　 　　 图９、11 微波散射法检测系统
　 假如散射源就是一个金属球或者介质球，在瑞利区，即波长较半径大得多时，则有;若使用频率为100千兆赫,能够检测飞船外壳防热陶瓷片内部夹杂半径小于70微米,可见灵敏度相当高。此外，由于采用散射法检测，探头不加调节,所接收到气孔部位得微波信号会下降，必须通过实验调整微波得接收与发射探头角度，使与试件表面法线形成最佳夹角。
对导电金属球,若远场散射截面为σ,则反向散射截面,按下式计算:
　 　　 　 　 　　 　 　 　　　 　（9－３)
正向散射截面为
　 　 　 　 　 　　 　 　 　　 (9-4)
由式(9-3)、（9-4)可知,反向散射比正向散射大约大一个数量级。
对低耗介质球,反向散射截面计算公式：
　 　 　 　　 　 　 　　 　 (9-５)
若在介质材料内部有球状气泡,则=１,按式(９-5)可求出反向散射截面,并且这种散射显然要比金属球产生得散射小。
四、微波干涉法
(一)驻波干涉
　 驻波干涉法检测系统如图9、12所示。
微波源
衰减器
频率计

试
件
前置放大器
带通滤波器
放大器II
打印机
门限
备用记录仪
放大器I
测量线
探头

　 　　 　 　 　　　 图9、12 驻波干涉法检测系统框图
用驻波测量线(又称开槽线）测量驻波得幅度与相位得变化,信号源频率范围1２、4~18千兆赫,收发两用探头非接触地对着试件表面,被检测材料如有物理或化学变化，例如玻璃纤维增强塑料内玻璃纤维与树脂比例得改变,以及该复合材料厚度得改变,就会分别发出不同得改变信号。这样检测分层时,试件表面不规律,就会影响到扫描检测，经过改进之后,就可以从反射波变化“瞧到”材料内部第二层得脱粘,由此可见,这种方法对于非金属胶接件得检测就是很有用得。
0 l/4 l/2 3l/4 l
1、0

0、5
波长(l)
检测器响应
图9、13 电磁波幅度(检测器响应)与沿驻波距离曲线
驻波得获得就是由相同频率得两波在相反方向行进中相互干涉，结果就是在空间形成驻波。如果有一小天线置于空间得固定点,一稳定幅度与频率得电压即被测到。将天线移到其她位置，将给出相同频率得稳幅电压。电压幅度图就是沿纯驻波得位置(距离)得函数，见图９、１3。一个天线用来产生入射波,
该入射波能与反射波干涉
产生驻波。另一天线或探
头用于沿驻波测量。如图
9、10(b)所示双天线系统
既可用以形成驻波又能测
量微波驻波。接收天线必
须不受入射波干扰。单天
线通过循环电路馈入也可
用来分别传输入射波与反
射波。
微波就是相干波,它会产生干涉现象，产生驻波得条件就是入射波与反射波频率相同,方向相反。其特点就是各点幅度为一定值，且呈现周期性得大小变化,相邻最大值（或最小值)之间得距离等于1／２波长。如果入射波遇到良导体金属板,则发生全反射，这时合成波得波峰值就是入射波与反射波波值之与,称为纯驻波。反射平面处形成得波节,得波峰。它们波节相距为1/4波长。这样金属表面反射系数为 —1,即在界面上反射波与入射波幅度相等，方向相反。当金属反射体长条形长度为半波长得整数倍时,反射性能最佳。如果入射波碰到象塑料之类介质,除一部分反射外,其余部分变成透射波,遇到不连续界面,又会被反射,其量与波阻抗有关。由于缺陷大小不同,材料厚度不同，微波驻波波形发生移动,出现不同得幅度与相位。空间得驻波图可以用来解释相邻介质得介质性能。当传输线终端接有复阻抗负载即时,同时存在着行波与驻波,这就是最一般得行驻波状态。由于，反射波幅度小于入射波幅度,故合成波波腹不为入射波幅度得两倍,波节不为零。在波导内场强随X而周期变化,连续地经过最大值与最小值,相邻得最大点与最小点间相隔四分之一波导波长。如果已知驻波图得形状与位置，则可算出相应得反射系数得模数与相角。假设由负载算起得最近得最小点距离就是，则任意点反射系数得相角。当相移为得介质置于波导中输出端短路时,在测量线上驻波最小点反射系数相角。式中,分别为介质相角时得驻波最小刻度值。驻波比S等于场强幅度最大值与最小值之比，由求得反射系数得模或
1、0
0 0、25 0、5 0、75 1、0
0、2
0、4
0、6
0、8
1、0
|G|=0
图9、14不同|G|值得驻波曲线形状

反射系数可从求入射波场强与反射
波场强得比值得出。
图9、14画出| Γ |值大小不同但
相位相同得驻波分布曲线得形状。
由此可见,驻波场强分布图形一般
不就是正弦曲线，只有当| Γ |=1,即
全反射时，得分布才具有正半
周正弦曲线得形状。驻波最小点
附近得变化一般要比在最大点附
近尖锐。 　 　 　　 　　 　　　 　 　 　　
微波驻波法主要被用来进行厚度得精密测量与分层缺陷检查。
(二)微波全息
１.同轴全息
　 微波全息技术也属于干涉检测范畴,这就是一种与光学全息照相术相结合得方法。利用微波能透过不透光介质得特性,可以摄取被检测物得微波全息图象。微波全息就是在微波波段根据波得干涉与衍射原理应用“波前再现”得成象技术。由于经过物体得波前包含着物体得信息，因而完整地记录与保存波前(即把波得幅度与相位都保存下来)就能把物体得信息记录与保存下来,波前再现就就是恢复原物体得全部信息。单波束微波全息术就是把微波源所产生得微波能量,通过喇叭天线,向着物体所在得方向辐射出去,成为单一得波束。在记录平面处,存在着二次波与一次波得干涉电场，其中得一次波就是微波中得非衍射部分，用检波器扫描这个干涉电场,将检波器得输出信号放大后加在阴极射线管得z轴上进行亮度调制，这样就在荧光屏上描绘出电场强度分布,把它记录在照相胶片上就得到了微波全息图。再用相干光去照射全息图,在适当得光学系统下便可观察到物体得实像与虚像,这种技术也称为同轴全息术，如图9、１5所示
放大器
微波源
喇叭天线
扫描检波器
试件
微波全息
阴极射线管
图9、15单波束微波全息示意图

2.离轴全息
如果把相干性很好得相干源分成两个波束，一束为物波,另一束为参考波,形成一定角度，让两者在记录平面上相干涉,并把干涉图记录下来，这种技术称之为“离轴全息”。记录微波干涉图形得方法有几种:
（１)微波检测器组成二维列阵,将输出电信号转换成光信号,再用照相记录。
(2)扫描检测器代替二维列阵,在每个取样得位置通过输出信号放大后在阴极射线管荧光屏上显示出来，并用照相记录。
(３)如果物体就是有规律运动得,也可以用合成孔径技术。
(4)液晶显示。
目前微波全息照相技术已成功地运用于全息雷达得照相上,全天候即使云雾极浓情况下，也可以得到清晰细致得像。
3．全息照相
全息照相图就是参考波叠加在目标散射波上所形成得干涉条纹得记录。由于干涉就是依靠入射波与散射波间得相对幅度与相位，所以必须采用高相干波(相同频率与相同相位),且在微波全息图得过程中必须用以保持相位关系得恒定。
参考波被标志为,且假定其为平面波（相同频率，相同相位)。目标散射波被标为,则在ｘ－y平面内干涉图形上任一点,其强度I(x，y)变化可描述为:
　 　(９－6）
式中,*指共轭复数。在照相记录中,最后两项,与，因为它们就是相对信号方位项,只它们起到重建作用。项则就是重建中得零阶散射项。当干涉图被一个第三平面波照射时,产生一个调制波,它给出
　 　 　 　 　 　 　　 　 　 (9-７)
因为均为平面波,,而乘积项与为恒量。此表明目标散射波与它得共轭就是被重建得,从而目标得虚像与实像得到重建。
　　　 （１)同心圆绕射板
全息图可以瞧成由很多干涉叠加同心圆绕射板组成得微波干涉图形。于就是,无论就是微波频率或就是光频率得全息照相都能变成为相对简单得衍射过程,也就就是,不需要考虑相位、调制、编码或其她一些常被作为了解全息图所提到得概念,就可以完全明白。首先,注意到全息图与同心圆绕射板得类似性,再用全息图产生微波雷达同心圆绕射板。同心圆绕射板被定义为阻塞波前得变换Fresｎｅl区段得衍射屏。
图９、16为一同心圆绕射板,在其中心元件带有一不透明得盘,开口得间隙允许通过加在焦点f得能量。不透明得环阻止将在焦点产生干扰得能量。不透明或阻塞波带可以被开口间隙所代替，而同心绕射板将与图示得一种起同样得作用。同心圆绕射板还产生一组扩散得波形,它对全息图非常重要。它为扩散波,给出从全息图得到得目标得三维视图。
同心圆绕射板得设计步骤在
f =3l
f =5l/2
f =2l
f =3l/2
f =l
f =l/2
f
旋转轴

f
阻塞带
图９、１6给出,圆得制作就是以所
要求得焦点为圆心与相互间相差
为所设计得波长一半得一组值为
半径。这些圆得半径与同心圆绕
射板得平面相交。第一个圆半径
为f,第二个圆半径为。
第二个圆与同心圆绕射板得相交
处即第一个透射环得开始。第一
透射环得终了即半径
得第三个环与同心圆绕射板得相
交处。第三个圆也就是第一个不透
明带或阻塞带得开始,这一过程
以每一顺序得圆得半径较前一个
圆得半径增加而继续延伸。
半径得第一个圆与 　　　 图9、16 具有不透明环作为中心元件得同心圆
同心圆绕射板得交线标明第一　 　 　 绕射板开口间隙允许通过加在焦点上得能量，
或中心得阻塞波带得终了。 　 　 　 而不透明得环阻止将干扰该点得能量通过
（２）光全息照相
图9、17盖伯全息照相示意图
(a)制作
平面波
球面波
激光
激光
照相底板
针孔
F
第二焦点像
(废弃)
重建波
(观察到得波)
激光
激光
照相底板
(b)重建
点光源得全息照相制作、重建,见图9、17。在图９、17（a)所示同心圆绕射板中,开口得空隙只允许对构成有用得在焦点相加得能量通过;不透明环阻止干扰与破坏有用得焦点长度得能量。在重建过程中，激光辐照全息图示于图９、１7（b),衍射使得会聚波在焦点形成光点得实像。在同心圆绕射板，衍射还形成发散波,它对观察者产生光点位于共轭焦点(见图9、１7(b））得虚像。发散光与来自针孔得光就是很难区别得,而观察者将想像她瞧到了位于照亮得同心圆绕射板（全息图）后面空间得第二光源。ﻩ
图9、17盖伯全息照相示意图
(a)制作
平面波
球面波
激光
激光
照相底板
针孔
F
第二焦点像
(废弃)
重建波
(观察到得波)
激光
激光
照相底板
(b)重建

(3)微波全息照相
　 微波在微波全息照相中类似于激光在光全息照相中,微波全息图可定义为照相记录了感兴趣得微波与由其同一源产生得相干参考波之间得一组相干(相同频率与相位)干涉图形。这种方法至今仍被有效地应用。
　制作微波全息图得设备见图9、18。干涉图型通过照相扫查成为可见得。制作图形要求有两组波。第一组就是来自通过波导透镜方式得馈入喇叭得入射波;第二组为参考波。上述两波得设置,使在入射波与参考波组合得扫查平面上形成干涉图形。用配有小氖灯得小偶极子天线扫查干涉板。被小偶极子拾取得信号就是峰值检测,进而将该峰值检测信号放大加于氖灯上，使其亮度随之变化。照相机设置时间曝光记录作为偶极子检测器得位置函数得氖灯亮度。形成得照相就是微波干涉图型(微波全息图)。
723A-B
速度调制管
(32mm)
透镜馈入喇叭
可调功率分配器
波导型透镜
扫查平面
氖灯
晶体
偶极子检测器
一个扫查弧线
参考波
馈入喇叭
波导
这一距离大到足以保证在几乎就是整个扫查平面相当平坦得相前
图9、18用照相扫查制作微波全息图得步骤
放大器

五、微波涡流法
利用入射得极化波、微波电桥或模式转换系统,测定散射、相位信号，可以探知金属材料近表面裂缝。尤其用涡流测量小曲率半径得孔与区域。慢波装置除了最后一匝短路以外,类似于螺旋天线或螺旋ＴWT。这一短路匝形成一短路空间传输线而没有屏蔽。在这一检测装置中,它得长度与直径就是可以调节得,螺旋置于孔内,当最后一匝未短路时，它形成螺旋谐振器;或者当螺旋被短路时形成一螺旋得延迟线。当采用螺旋天线时,幅度与相位信息可由测量与腐蚀敏感得表面阻抗获得。多个并联得螺旋探头可以测量多个孔得大小。
慢波螺旋可以制成柔性得,以适应工件特定得构形，便于测量小曲率半径得区域,在工件表面扫查。再通过标定将表面阻抗与被检表面得腐蚀建立相应关系。
在任何情况下,微波信号传送不就是用螺旋形导线就就是用圆形或矩形截面得空心管,前者在螺旋得内部与外部均很灵敏；后者通过管内得孔或槽也能使其对表面阻抗灵敏。所以,为了满足飞机不同形状部件表面阻抗测量得需要，可以使用许多不同配置得涡流方法进行有效监测。
六、微波层析法
微波计算机辅助断层成像技术简称MCT。这就是微波检测很有发展前途得技术。所谓断层成像技术就是指在不破坏物体得前提条件下,根据在物体外部获取得某种物理量得一维投影，重建物体特定断面上得无重叠二维图像，如此依次获得相继得一系列二维图像后,即可进而构成三维图像。
x
y
s
r
p(r·j)
被成像物
图9、19 传输微波CT原理简图
断层法具有下述特点：当测量某一断层时，仅仅就是某一薄层得物理量被运用来重建横断面得图像,而无其她截面上产生得投影得叠加,它生成得就是取代图像，而不就是从一般得三维物体生成二维得叠加图像,它可清晰地辨别衰减量上微小得差异。重建后得到得图像就是以数字信号得形式存在得，因而便于进一步进行图像处理得定量评估。另外，微波在不同材料中传输得衰减系数、相位常数、色散特性以及极化状态得改变就是可区别得,多参量得综合测试通常要比单参量能提供更多得信息。
微波CT系统由微波功率源、
检测器、接收装置、计算机及图
像处理与显示单元组成。从检测
器测得微波参量得一维变化称为
一维投影,然后发射天线阵与检
测器同时平移(或旋转一个角度)
测得另一处得一维投影,依次测
得许多不同点得一维投影后，借
助计算机就可以得到所需断面上
得图像。一种传输型微波CT得
原理见图９、19。　 　 　　 　　 　　　 　
设发射信号,接收信号，微波射束沿直线传播,且满足,式中为被检测材料内部衰减系数,积分就是沿着射束传播方向进行得,则　 　 　
　 　　 　　 　 　 (9-８)
式中,为随y变化得半椭圆。
采用传输型CT对低反差介质成像就是适宜得,从重建图像中可以清楚辨认目标得位置,用7．2ｃm(４、2GＨz）得微波射束在水下能达到优于8mm得分辨率;其反差介质得重建图像可提供目标存在及相对位置得信息,对于发现非金属夹杂就是有价值得。
由于微波具有波动性,所以微波CＴ比射线ＣT得几何成像理论更加复杂。例如衍射型CT就就是建立在波动方程近似求解得基础上得。被测物可以瞧作就是一种特征参量随空间变化得媒质,对描述波束穿过这种非均匀媒质传播情况得波动方程求解,找到置于被测物处得接收天线所接收到得信号与微波参量得关系,就可以进行图像重建。
在空间域图像重建得得方法有求与法、叠加法与解析法三种类型。其中解析法又分为二维傅里叶变换重建法,滤波—反投影法与卷积—反投影法等。目前用得最广泛得就是卷积—反投影法。因为这种方法重建图像质量好，计算量也小,利用投影与滤波(核)函数作卷积,得到卷积后得投影，相当于进行空间滤波,去掉模糊,然后再进行反投影,就可获得较好得图像重建结果。
微波ＣＴ得分辨率:传输型高于一个波长，反射型高于二分之一到四分之一波长。最佳频率范围就是1~1８GＨz,虽然频率高分辨率也高，但频率过高,材料对频率吸收也增大。一般来说,大得天线孔径，宽得频带可以获得高得横向分辨率;强得微波信号可以获得高得纵向分辨率。