导行波检测新技术专题（五）——导行波检测新技术一百问

周在杞，周 宇

（1.苏州热工研究院有限公司，苏州 215004；2.苏州阿尔斯通高压电气开关有限公司，苏州 215129）

问题69 检查直径为114 cm 管道的管导仪，其成套的GT 系统具有什么特点？

答：GT 系统的特点包括：频率范围50 MHz～4GHz；动态范围60dB；频率准确±5ppm；测量速度5ms／点（定位）；自动信号分析与变换；先进的快速傅里叶变换；对带通传输响应结果的显示；带通模式适合于时域反射测试；开路和短路的测量；开路全反射为同相，端口反射系数为1；短路全反射为反相，端口反射系数为－1等。

问题70 管导仪的信号发生器是检测系统中的功率提供部件，其使用什么器件产生电磁振荡？

答：导行波检测系统需要射频信号发生器，过去是使用速调管来产生电磁波信号，现在可以采用雪崩管或体效应管等半导体管产生射频电磁振荡发生器，本检测系统主要使用扫频信号源作为GT 的信息载体电磁波的波源。

问题71 导行波信号发生器的工作频率是如何设置的？

答：通常根据被检测管件的规格尺寸来设置。如果采用标准化系列化的传感器，那么与之相对应的导行波信号发生器的工作频率就要符合管件国标系列。一般是，管内径越粗，使用的工作频率越低。如检测外径20mm 的传热管，可以使用频率范围11.6～15.9GHz的H11型波进行检测。

问题72 为什么信号源要按照被测对象及缺陷定量化分析的需要，选择不同方式的比较设计？

答：根据检测对象及缺陷定量化要求，可以采用点频连续波信号源或扫频信号源，还可采用调制或调频方式的信号源。不同的对象和要求，选择不同的设计，才能满足不同管径检测的需要。

问题73 导行波检测将来如何通过数据收集和信号分析，实现图像处理及可视化？

答：可视化是今后的发展目标，其分析过程包含前处理、求解和后处理三个步骤。其首先需对待处理的传感器信号加以识别，去伪存真，留下可用信号，并且进行信号增强及其显示；再通过谱域重建算法重建目标物体函数。该法利用了近似条件使得非线性的散射积分方程线性化，在空域求解非线性散射积分方程变换为直接求解线性逆源问题，进而求得目标物体函数。

问题74 为什么说利用数字示波器主要目的是寻找时域反射波形的分布规律？

答：因为导行波技术在管子腐蚀减薄测量时，主要是通过圆柱形同轴腔体谐振原理来测定腐蚀减薄量的。所以针对不连续性缺陷的检测，是应用时域反射波形的反射系数幅值反映出不连续性缺陷与导行波相互作用的相关性来进行的。

问题75 仪器的核心是时域反射计（TDR）技术，影响其精度的限制有哪些？

答：影响TDR 精度和实用性的限制主要有：有限的上升时间；采样示波器的同步抖动；差的信噪比；损坏有源器件的大的阶跃电压；需要直流通路等。

问题76 在导行波检测仪器中，时域反射计包括几个部分？

答：在仪器中时域反射计由三部分组成。一是快沿信号发生器：其发射信号的特征是幅度200mV，上升时间35ps，频率250kHz方波；二是通用的采样示波器；三是连接被测管件和TDR 仪器的探头系统。由阶跃源发出的快边沿信号注入到传输线上，如果传输线阻抗连续，这个快沿阶跃信号就沿着传输线向前传播。当传输线出现阻抗变化时，阶跃信号就有一部分反射回来，一部分继续往前传播。反射回来的信号叠加到注入的阶跃信号，示波器可采集到这个信号。因为反射回来的信号和注入的信号有一定的时间差，所以示波器采集到的这个叠加信号的边缘是带台阶的，这个台阶反映了信号传播反射的时间关系，与传输线电长度对应。

问题77 为什么导行波检测的信号源不能使用锁相调制？

答：在导行波检测仪器中，可以通过信号源调制、锁相调制直接得到振幅、相位，信号分析简单直接；但是锁相调制一次只有一种工作频率，要完成全部的检测，需要对不同频率单独进行试验，这样会导致检测速度缓慢，限制了锁相调制在实际中的应用。

问题78 在导行波技术中，为什么选择脉冲相位检测？

答：脉冲调制包含许多不同频率成分，用一个单独试验可以获得多个频率分析结果，检测速度快，适于现场应用。但脉冲调制分析困难，要从脉冲中得到振幅、相位值，还需要经过时域到频域变换的过程。通过傅电叶变换对脉冲调制下的频谱响应进行分析，实际上是用频率对相关信息进行了分类，即所谓的脉冲相位检测技术。脉冲相位检测的频谱分析与采样频率和采样窗口长短、被测材料的性质有关，所以，要针对不同检测的试验对象、待解决的问题，合理设置并精确选择所有的试验参数。

问题79 为什么核电站涡流技术实际使用时，要采用自动化操作？

答：在核电站进行涡流在役检查时，因为环境有放射性，一般操作人员不会长时间呆在蒸发器旁边，所以必须使用自动化的操作方式。如现在压水堆核电站的涡流检测U 形传热管就是使用自动检测装置。

问题80 今后在核电站实际使用导行波检测技术时，有无必要设计机器人？

答：设计机器人当然是必要的。如现在压水堆核电站的U 形传热管检测就需考虑使用自动检测机器人。导行波检测技术今后用于蒸发器的自动检查，使用机器人是必然的。手工检测可用小型探测枪，大量的检测必须使用机器人操作。

问题81 导行波检测技术经过可用性验证，能够解决哪些问题？

答：可解决的问题：测定腐蚀减薄；防堵探测异物；检测不连续点。

问题82 能否举些腐蚀检测的扫描曲线实例？

答：某公司对冷凝器管进行检测，管内壁有无腐蚀结垢的扫描线如图1所示。没有腐蚀结垢的新管扫查结果曲线相对较为平坦，见图1（c）。一般以此曲线作为标准参考。检测腐蚀结垢状况，利用的是圆柱谐振腔原理。对腐蚀减薄金属管内壁进行现场检测时，将金属管的两端分别接上设计好的探头和短路器，采用窄带扫频方式，使导行波在金属管中传播。因为另一端口用短路器屏蔽，所以被测金属管就形成了一个圆柱形谐振腔体。

图1 冷凝器管有无腐蚀结垢时的扫描线形状示例

问题83 请举些防异物检测的实例？

答：对电力设备如热交换管或其他热力管道、化工设备的管线、管束内的防异物检查，导行波检测方法相当可靠，且有独到之处。图2为某传热管异物检测的反射曲线实例。

图2 传热管异物检测的反射曲线形状示例

问题84 请举实例说明不连续点的检测？

答：以某公司的冷凝器管环裂缝的检测为例，用导行波检测技术对热交换管进行环向裂缝的检查，检测曲线如图3 所示。由图可知，可以发现开裂0.1，0.2mm 的不连续裂缝间隙，而且0.2mm 反射峰值更高，更容易被发现。

问题85 导行波检测技术无法探测到哪些缺陷？

图3 不同环缝间隙时的反射曲线（管端开口）形状示例

答：主要是还不能探测到管件的纵向或轴向裂缝，也就是它无法检测纵向或轴向裂缝。这从理论上是可以解释的。在通讯应用中，波导裂缝方位常常开成斜的或横向的。纵向裂缝无电磁波辐射，所以，测量线在进行精密测试时，直接沿轴向开槽，并用探针取出波导管内功率。

问题86 导行波检测技术如何进行现场检测？

答：根据现场条件选择合适的手持式传感器。比如导行波的中心频率为15.9GHz，其工作频带为13.4～18.4GHz。通过软件仿真可知，高次模在某频带会产生谐振尖峰，导致传感器的反射系数急剧增大。那么再一次进行修正，直至完全匹配为止。传感器通过利用仪器内置射频导行波功率源输出，经过转换器和探头（与被测传输线匹配的金属管），产生在金属管内传输的导行波，被测金属管可以是短路，也可以是开路状态。这样就可以实现传感器的双向功能。