導(dǎo)行波檢測新技術(shù)專題（五）——導(dǎo)行波檢測新技術(shù)一百問

周在杞，周 宇

（1.蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004；2.蘇州阿爾斯通高壓電氣開關(guān)有限公司，蘇州 215129）

問題69 檢查直徑為114 cm 管道的管導(dǎo)儀，其成套的GT 系統(tǒng)具有什么特點？

答：GT 系統(tǒng)的特點包括：頻率范圍50 MHz～4GHz；動態(tài)范圍60dB；頻率準確±5ppm；測量速度5ms／點（定位）；自動信號分析與變換；先進的快速傅里葉變換；對帶通傳輸響應(yīng)結(jié)果的顯示；帶通模式適合于時域反射測試；開路和短路的測量；開路全反射為同相，端口反射系數(shù)為1；短路全反射為反相，端口反射系數(shù)為－1等。

問題70 管導(dǎo)儀的信號發(fā)生器是檢測系統(tǒng)中的功率提供部件，其使用什么器件產(chǎn)生電磁振蕩？

答：導(dǎo)行波檢測系統(tǒng)需要射頻信號發(fā)生器，過去是使用速調(diào)管來產(chǎn)生電磁波信號，現(xiàn)在可以采用雪崩管或體效應(yīng)管等半導(dǎo)體管產(chǎn)生射頻電磁振蕩發(fā)生器，本檢測系統(tǒng)主要使用掃頻信號源作為GT 的信息載體電磁波的波源。

問題71 導(dǎo)行波信號發(fā)生器的工作頻率是如何設(shè)置的？

答：通常根據(jù)被檢測管件的規(guī)格尺寸來設(shè)置。如果采用標準化系列化的傳感器，那么與之相對應(yīng)的導(dǎo)行波信號發(fā)生器的工作頻率就要符合管件國標系列。一般是，管內(nèi)徑越粗，使用的工作頻率越低。如檢測外徑20mm 的傳熱管，可以使用頻率范圍11.6～15.9GHz的H11型波進行檢測。

問題72 為什么信號源要按照被測對象及缺陷定量化分析的需要，選擇不同方式的比較設(shè)計？

答：根據(jù)檢測對象及缺陷定量化要求，可以采用點頻連續(xù)波信號源或掃頻信號源，還可采用調(diào)制或調(diào)頻方式的信號源。不同的對象和要求，選擇不同的設(shè)計，才能滿足不同管徑檢測的需要。

問題73 導(dǎo)行波檢測將來如何通過數(shù)據(jù)收集和信號分析，實現(xiàn)圖像處理及可視化？

答：可視化是今后的發(fā)展目標，其分析過程包含前處理、求解和后處理三個步驟。其首先需對待處理的傳感器信號加以識別，去偽存真，留下可用信號，并且進行信號增強及其顯示；再通過譜域重建算法重建目標物體函數(shù)。該法利用了近似條件使得非線性的散射積分方程線性化，在空域求解非線性散射積分方程變換為直接求解線性逆源問題，進而求得目標物體函數(shù)。

問題74 為什么說利用數(shù)字示波器主要目的是尋找時域反射波形的分布規(guī)律？

答：因為導(dǎo)行波技術(shù)在管子腐蝕減薄測量時，主要是通過圓柱形同軸腔體諧振原理來測定腐蝕減薄量的。所以針對不連續(xù)性缺陷的檢測，是應(yīng)用時域反射波形的反射系數(shù)幅值反映出不連續(xù)性缺陷與導(dǎo)行波相互作用的相關(guān)性來進行的。

問題75 儀器的核心是時域反射計（TDR）技術(shù)，影響其精度的限制有哪些？

答：影響TDR 精度和實用性的限制主要有：有限的上升時間；采樣示波器的同步抖動；差的信噪比；損壞有源器件的大的階躍電壓；需要直流通路等。

問題76 在導(dǎo)行波檢測儀器中，時域反射計包括幾個部分？

答：在儀器中時域反射計由三部分組成。一是快沿信號發(fā)生器：其發(fā)射信號的特征是幅度200mV，上升時間35ps，頻率250kHz方波；二是通用的采樣示波器；三是連接被測管件和TDR 儀器的探頭系統(tǒng)。由階躍源發(fā)出的快邊沿信號注入到傳輸線上，如果傳輸線阻抗連續(xù)，這個快沿階躍信號就沿著傳輸線向前傳播。當(dāng)傳輸線出現(xiàn)阻抗變化時，階躍信號就有一部分反射回來，一部分繼續(xù)往前傳播。反射回來的信號疊加到注入的階躍信號，示波器可采集到這個信號。因為反射回來的信號和注入的信號有一定的時間差，所以示波器采集到的這個疊加信號的邊緣是帶臺階的，這個臺階反映了信號傳播反射的時間關(guān)系，與傳輸線電長度對應(yīng)。

問題77 為什么導(dǎo)行波檢測的信號源不能使用鎖相調(diào)制？

答：在導(dǎo)行波檢測儀器中，可以通過信號源調(diào)制、鎖相調(diào)制直接得到振幅、相位，信號分析簡單直接；但是鎖相調(diào)制一次只有一種工作頻率，要完成全部的檢測，需要對不同頻率單獨進行試驗，這樣會導(dǎo)致檢測速度緩慢，限制了鎖相調(diào)制在實際中的應(yīng)用。

問題78 在導(dǎo)行波技術(shù)中，為什么選擇脈沖相位檢測？

答：脈沖調(diào)制包含許多不同頻率成分，用一個單獨試驗可以獲得多個頻率分析結(jié)果，檢測速度快，適于現(xiàn)場應(yīng)用。但脈沖調(diào)制分析困難，要從脈沖中得到振幅、相位值，還需要經(jīng)過時域到頻域變換的過程。通過傅電葉變換對脈沖調(diào)制下的頻譜響應(yīng)進行分析，實際上是用頻率對相關(guān)信息進行了分類，即所謂的脈沖相位檢測技術(shù)。脈沖相位檢測的頻譜分析與采樣頻率和采樣窗口長短、被測材料的性質(zhì)有關(guān)，所以，要針對不同檢測的試驗對象、待解決的問題，合理設(shè)置并精確選擇所有的試驗參數(shù)。

問題79 為什么核電站渦流技術(shù)實際使用時，要采用自動化操作？

答：在核電站進行渦流在役檢查時，因為環(huán)境有放射性，一般操作人員不會長時間呆在蒸發(fā)器旁邊，所以必須使用自動化的操作方式。如現(xiàn)在壓水堆核電站的渦流檢測U 形傳熱管就是使用自動檢測裝置。

問題80 今后在核電站實際使用導(dǎo)行波檢測技術(shù)時，有無必要設(shè)計機器人？

答：設(shè)計機器人當(dāng)然是必要的。如現(xiàn)在壓水堆核電站的U 形傳熱管檢測就需考慮使用自動檢測機器人。導(dǎo)行波檢測技術(shù)今后用于蒸發(fā)器的自動檢查，使用機器人是必然的。手工檢測可用小型探測槍，大量的檢測必須使用機器人操作。

問題81 導(dǎo)行波檢測技術(shù)經(jīng)過可用性驗證，能夠解決哪些問題？

答：可解決的問題：測定腐蝕減??；防堵探測異物；檢測不連續(xù)點。

問題82 能否舉些腐蝕檢測的掃描曲線實例？

答：某公司對冷凝器管進行檢測，管內(nèi)壁有無腐蝕結(jié)垢的掃描線如圖1所示。沒有腐蝕結(jié)垢的新管掃查結(jié)果曲線相對較為平坦，見圖1（c）。一般以此曲線作為標準參考。檢測腐蝕結(jié)垢狀況，利用的是圓柱諧振腔原理。對腐蝕減薄金屬管內(nèi)壁進行現(xiàn)場檢測時，將金屬管的兩端分別接上設(shè)計好的探頭和短路器，采用窄帶掃頻方式，使導(dǎo)行波在金屬管中傳播。因為另一端口用短路器屏蔽，所以被測金屬管就形成了一個圓柱形諧振腔體。

圖1 冷凝器管有無腐蝕結(jié)垢時的掃描線形狀示例

問題83 請舉些防異物檢測的實例？

答：對電力設(shè)備如熱交換管或其他熱力管道、化工設(shè)備的管線、管束內(nèi)的防異物檢查，導(dǎo)行波檢測方法相當(dāng)可靠，且有獨到之處。圖2為某傳熱管異物檢測的反射曲線實例。

圖2 傳熱管異物檢測的反射曲線形狀示例

問題84 請舉實例說明不連續(xù)點的檢測？

答：以某公司的冷凝器管環(huán)裂縫的檢測為例，用導(dǎo)行波檢測技術(shù)對熱交換管進行環(huán)向裂縫的檢查，檢測曲線如圖3 所示。由圖可知，可以發(fā)現(xiàn)開裂0.1，0.2mm 的不連續(xù)裂縫間隙，而且0.2mm 反射峰值更高，更容易被發(fā)現(xiàn)。

問題85 導(dǎo)行波檢測技術(shù)無法探測到哪些缺陷？

圖3 不同環(huán)縫間隙時的反射曲線（管端開口）形狀示例

答：主要是還不能探測到管件的縱向或軸向裂縫，也就是它無法檢測縱向或軸向裂縫。這從理論上是可以解釋的。在通訊應(yīng)用中，波導(dǎo)裂縫方位常常開成斜的或橫向的?？v向裂縫無電磁波輻射，所以，測量線在進行精密測試時，直接沿軸向開槽，并用探針取出波導(dǎo)管內(nèi)功率。

問題86 導(dǎo)行波檢測技術(shù)如何進行現(xiàn)場檢測？

答：根據(jù)現(xiàn)場條件選擇合適的手持式傳感器。比如導(dǎo)行波的中心頻率為15.9GHz，其工作頻帶為13.4～18.4GHz。通過軟件仿真可知，高次模在某頻帶會產(chǎn)生諧振尖峰，導(dǎo)致傳感器的反射系數(shù)急劇增大。那么再一次進行修正，直至完全匹配為止。傳感器通過利用儀器內(nèi)置射頻導(dǎo)行波功率源輸出，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器和探頭（與被測傳輸線匹配的金屬管），產(chǎn)生在金屬管內(nèi)傳輸?shù)膶?dǎo)行波，被測金屬管可以是短路，也可以是開路狀態(tài)。這樣就可以實現(xiàn)傳感器的雙向功能。