Радиоинтроскоп

 

Изобретение относится к дефектоскопии с помощью СВЧ-волн и может найти применение для обнаружения неоднородностей в различных твердых средах, определения их расположения и геометрических форм. Технический результат заключается в создании адаптивного радиоинтроскопа, работающего в автоинтерактивном режиме с координатной привязкой к базовым точкам исследуемой поверхности объекта, и обеспечении обнаружения неоднородностей в различных твердых средах с различной степенью влажности строительного материала, с высокой достоверностью, высокой разрешающей способностью; обеспечивает безопасную работу обслуживающего персонала. Радиоинтроском содержит последовательно соединенные СВЧ-генератор 1, первый электронный ключ 2, направленный ответвитель 3, блок 4 преобразования частоты вверх или вниз, циркулятор 5, блок 6 преобразования частоты вниз или вверх, второй электронный ключ 7, приемный блок 8, блок 9 управления, анализатор 10 спектров отраженных сигналов, блок 11 обработки и индикации, электрически управляемый аттенюатор 12, блок управляющих импульсов 13, блок 14 формирования закона частотной модуляции, антенный блок 15, снабженный двухкоординатным электронно-механическим измерителем текущих координат 16, который размещен на одном несущем основании 17 с антенным блоком 15. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к дефектоскопии с помощью-СВЧ волн и может использоваться для обнаружения неоднородностей в различных твердых средах, определения их расположения и геометрических форм, например, для обнаружения скрытых проводок, определения наличия металлических предметов в стенах, а также определения дефектов в виде трещин и пустот в строительных конструкциях с различной степенью влажности строительного материала при автоматизации измерений.

Известен радиоинтроскоп для контроля качества диэлектрических материалов, содержащий СВЧ-генератор, подключенный через первый коммутатор к многоканальной передающей антенне, многоканальную приемную антенну, подсоединенную через второй коммутатор к приемнику, выход которого соединен с блоком индикации, и синхронизатор, выходы которого подсоединены к управляющим выходам первого и второго коммутаторов и второму входу индикатора (авт. св. СССР N 419812, кл. G 01 R 27/26, 1971).

Недостатками известного устройства являются низкая разрешающая способность, невозможность измерения глубины расположения и размеров неоднородностей.

Известно также СВЧ-устройство для обнаружения предметов, находящихся в стенах, выбранное в качестве прототипа (Microwave detection of objects in walls. Botros A.Z. Olver A.D. Cuthert L.G. Farmer G. "Electron.Lett.", 1984, 20. N 9, 379-380), содержащее СВЧ-генератор, работающий в режиме линейной частной модуляции (ЛЧМ), подсоединенный через электрически управляемый аттенюатор к первому плечу циркулятора, к второму плечу которого подключена антенна, выполненная в виде рупорного облучателя и параболического отражателя, фокусирующего энергию на определенный участок стены.

При работе с ЛЧМ непрерывным излучением отраженный сигнал, поступающий на вход рупорного облучателя, содержит как полезный, так и помеховый сигналы, например сигналы от границ раздела, от естественного фона и т.д. что приводит к уменьшению отношения P_{сигнала}/P_шума. Для увеличения этого отношения необходимо работать с высокими уровнями мощности, что делает устройство небезопасным для работы обслуживающего персонала. Выполнение антенной системы в виде рупорного облучателя не позволяет получить малый размер пятна облучения, что приводит к ухудшению разрешающей способности. Устройство также не позволяет однозначно идентифицировать форму и характер неоднородности в материалах с различной степенью влажности, т.к. работа осуществляется в фиксированном диапазоне частот.

Технической задачей данного изобретения является создание адаптивного радиоинтроскопа, работающего в автоинтерактивном режиме с координатной привязкой к базовым точкам исследуемой поверхности объекта и обеспечивающего обнаружение неоднородностей в различных твердых средах с различной степенью влажности строительного материала, при наличии слоя росы внутри строительной конструкции после резкого перепада наружной температуры, в присутствии высокой атмосферной влажности при исследовании наружных стен, а также с различным внешним и внутренним состоянием строительного материала объекта, определение с высокой достоверностью, высокой разрешающей способностью и точностью размеров и места расположения этих неоднородностей при малых рабочих мощностях без потери информативности и безопасную работу обслуживающего персонала.

Поставленная задача решается тем, что в радиоинтроскоп, содержащий СВЧ-генератор, направленный ответвитель, циркулятор, антенный блок, подсоединенный к второму плечу циркулятора, последовательно соединенные приемный блок, блок управления и блок обработки и индикации, а также электрически управляемый аттенюатор, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, введены первый электронный ключ, включенный между выходом СВЧ-генератора и входом основного канала направленного ответвителя, блок преобразования частоты вверх или вниз, включенный между выходом основного канала направленного ответвителя и первым плечом циркулятора, и последовательно соединенные блок преобразования частоты вниз или вверх и второй электронный ключ, включенные между третьим плечом циркулятора и входом приемного блока, и анализатор спектров отраженных сигналов, включенный между вторым выходом приемного блока и вторым входом блока управления, второй выход которого соединен с управляющими входами блока преобразования частоты вверх или вниз и блока преобразования частоты вниз или вверх, и блок формирования управляющих импульсов, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, первый выход соединен со входом введенного блока формирования закона частотной модуляции, выход которого соединен с управляющим входом генератора СВЧ, а второй, третий и четвертый выходы блока формирования управляющих импульсов подсоединены соответственно к управляющим входам первого электронного ключа, второго электронного ключа, и антенного блока, который выполнен в виде по крайней мере одной двумерной коммутируемой антенной решетки, излучатели которой имеют различную ориентацию векторов поляризации, при этом электрически управляемый аттенюатор включен между выходом вспомогательного канала направленного ответвителя и гетеродинным входом приемного блока.

Блок формирования управляющих импульсов (БФУИ) предпочтительно выполнить в виде последовательно соединенных генератора управляющих напряжений, формирователя импульсов, выход которого является первым выходом БФУИ, и первой управляемой линии задержки, выход которой является вторым выходом БФУИ, второй управляемой линии задержки, вход которой соединен с третьим выходом формирователя импульсов, а выход является третьим выходом БФУИ, и последовательно соединенных регистра режима и дешифратора, выход которого является четвертым выходом БФУИ, при этом вход регистра режима является входом БФУИ, а второй, третий и четвертый выходы подсоединены соответственно к управляющим входам генератора управляющих напряжений, первой управляемой линии задержки и второй управляемой линии задержки.

Двумерную коммутируемую антенную решетку предпочтительно выполнить состоящей из пассивной субрешетки излучателей и активной субрешетки излучателей, в которой излучатели пассивной субрешетки, нагружены соответственно на согласованные нагрузки и расположены по периметру излучателей двумерной коммутируемой антенной решетки и вокруг излучателей активной субрешетки, при этом каждый излучатель активной субрешетки соединен с первым плечом соответствующего двухканального переключателя, ко второму плечу которого подсоединена соответствующая дополнительная согласованная нагрузка, а третье плечо подключено к одному из выходов многоканального коммутатора, причем управляющий вход многоканального коммутатора и управляющие входы двухканальных переключателей объединены и являются управляющим входом двумерной коммутируемой антенной решетки, а угол между направлениями векторов поляризации любой пары соседний излучателей активной субрешетки, расположенных в одной строке двумерной коммутируемой антенной решетки, составляет 90^o, угол между направлениями векторов поляризации любой пары соседних излучателей активной субрешетки, расположенных в одном столбце составляет 45^o, излучателей, расположенных в одном столбце через строку, 90^o, а угол между направлениями векторов поляризации любого излучателя пассивной субрешетки и соседним с ним излучателем активной субрешетки составляет 45^o.

Кроме того, антенный блок может быть снабжен двухкоординатным электронно-механическим измерителем текущих координат, который может быть выполнен состоящим из двух идентичных измерительных каналов по координатам X и Y соответственно, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных электронно-механического датчика перемещения, вычислителя пространственных координат и блока памяти координат точек начала отсчета, при этом первый и второй входы вычислителя пространственных координат соединены с выходами измерителей перемещений соответствующих измерительных каналов по координатам X и Y, третий вход подсоединен к блоку памяти координат точек начала отсчета, а его выход является выходом двухкоординатного электронно-механического измерителя текущих координат.

Анализатор спектров отраженных сигналов предпочтительно выполнить состоящим из последовательно соединенных блока преобразования Фурье и коррелометра, а также блока памяти спектров, при этом вход блока преобразования Фурье является входом анализатора спектров отраженных сигналов, выход блока памяти спектров подсоединен к второму входу коррелометра, выход которого является выходом анализатора спектров отраженных сигналов.

Введение в устройство первого электронного ключа, совместно с блоком формирования управляющих импульсов, обеспечивает формирование последовательности частотно-модулированных импульсов, закон изменения частоты заполнения которых устанавливается введенным блоком формирования закона частотной модуляции, при этом скважность частотно-модулированных импульсов определяется временем прохождения излученного сигнала от антенного блока до дальней зоны облучения. Путем уменьшения скважности излучаемых импульсов можно уменьшить влияние отраженных сигналов дальней зоны до приемлемого уровня, что позволяет уменьшить погрешность при определении контура исследуемого объекта и повысить помехозащищенность за счет уменьшения влияния производственных помех. Снижение уровня собственных помех позволяет уменьшить рабочие мощности СВЧ-излучения, а следовательно, повысить безопасность работы обслуживающего персонала.

Использование второго электронного ключа, управляемого с помощью блока формирования управляющих импульсов позволяет путем изменения фазы управляющего импульса, подать на смеситель приемного блока сигнал, отраженный только от определенного участка исследуемого объекта, а за счет регулировки длительности сигнала обрабатывать сигнал, отраженный только от определенного по протяженности участка исследуемого объекта. Изменение длительности управляющего импульса дает возможность уменьшить динамический диапазон изменения отраженного сигнала и, тем самым, повысить разрешающую способность радиоинтроскопа в определении геометрических размеров и расположения неоднородностей в исследуемом объекте.

Использование двумерной коммутируемой антенной решетки, излучатели которой согласно изобретению выполнены с линейной поляризацией и расположены в структуре антенного модуля с развернутыми друг относительно друга для любой пары соседний излучателей направлениями ориентации векторов поляризации, дает возможность облучить один и тот же участок исследуемого объекта сигналами с различным направлением ориентации векторов поляризации, что позволяет обнаруживать слабо выраженные неоднородности в материале строительных сооружений и неоднородности с достаточно сложной формой границы контура, обладающие малой эффективной поверхностью рассеяния (ЭПР) по отношению к направлению прихода зондирующего сигнала. Кроме того, создание режима согласованной апертуры для каждого излучателя активной субрешетки, работающего в активном режиме, т. е. когда все остальные излучатели антенного модуля нагружены на согласованные нагрузки, позволяет получить дополнительную информацию о внутреннем строении исследуемого объекта и, тем самым, повысить разрешающую способность, помехоустойчивость устройства за счет уменьшения влияния несогласованности апертуры антенного модуля с внешней границей исследуемого объекта.

Введение в устройство блока анализатора спектров отраженных сигналов обеспечивает проведение сравнительного анализа спектров отраженных сигналов, полученных в результате последовательного поляризационного просмотра одного и того же участка исследуемого объекта излучателями активной субрешетки, что позволяет уменьшить вероятность ложного определения наличия неоднородности в исследуемом участке объекта, более точно определить глубину ее расположения и выдать сигнал на блок управления для установки закона частотной модуляции излучаемых импульсов.

Введенный блок формирования закона частотной модуляции излучаемых импульсов, управляемый блоком управления, посредством блока формирования управляющих импульсов, вид которого задается блоком анализатора спектров отраженных сигналов, устанавливает требуемый закон частотной модуляции зондирующих импульсов, осуществляя, тем самым, селекцию исследуемой неоднородности по глубине. В режиме диагностического просмотра исследуемого объекта закон частотной модуляции является линейным.

Введение в устройство блоков преобразования частоты вверх или вниз и преобразования частоты вниз или вверх, управляющие входы которых соединены с блоком управления, обеспечивает при фиксированной частоте генератора СВЧ электронное свипирование несущей частоты зондирующего сигнала в широкой полосе частот, при этом все блоки генераторного и приемного трактов устройства настроены на несущую частоту генератора СВЧ, что позволяет в процессе исследования строительного объекта проводить частотную адаптацию под внутреннее и наружное состояние строительного материала объекта в зависимости от климатических условий или конструктивно-технологического его состояния, размеров неоднородности, а также физико-химического состава и электродинамических свойств.

Введение двухкоординатного электронно-механического измерителя текущих координат положения радиоинтроскопа позволяет осуществить автоматическую координатную его привязку к базовым точкам исследуемой поверхности строительного сооружения с идентификацией этому положению измеренного состояния сооружения, заносить полученную информацию в память компьютера и формировать базу данных на магнитных носителях для длительного хранения.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема радиоинтроскопа; на фиг. 2 структурная электрическая схема блока формирования управляющих импульсов; на фиг. 3 структурная электрическая схема двухкоординатного электронно-механического измерителя текущих координат; на фиг.4 структурная электрическая схема двумерной коммутируемой антенной решетки; на фиг.5 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг. 6 схема направлений векторов поляризации излучателей двумерной коммутируемой антенной решетки, на фиг. 7 кинематическая схема двухкоординатного электронно-механического измерителя текущих координат; на фиг. 8 структурная электрическая схема анализатора спектров отраженных сигналов.

Радиоинтроскоп (фиг. 1) содержит последовательно соединенные СВЧ-генератор 1, первый электронный ключ 2, направленный ответвитель 3, блок 4 преобразования частоты вверх или вниз, циркулятор 5, блок 6 преобразования частоты вниз или вверх, второй электронный ключ 7, приемный блок 8, блок 9 управления, анализатор 10 спектров отраженных сигналов, блок 11 обработки и индикации, а также электрически управляемый аттенюатор 12, блок формирования управляющих импульсов (БФУИ) 13, блок 14 формирования закона частотной модуляции и антенный блок 15, снабженный двухкоординатным электронно-механическим измерителем текущих координат 16, который размещен на одном несущем основании 17 с антенным блоком 15. В качестве блока 11 может использоваться персональная электронно-вычислительная машина.

БФУИ 13 (фиг. 2) состоит из последовательно соединенных генератора управляющих напряжений (ГУН) 18, формирователя импульсов 19 и первой управляемой линии задержки (УЛЗ) 20, второй управляемой линии задержки (УЛЗ) 21, регистра режима 22 и дешифратора 23.

Двухкоординатный электронно-механический измеритель текущих координат (фиг. 3) состоит из двух идентичных измерительных каналов по координатам X и Y соответственно, каждый из которых содержит последовательно соединенные электронно-механический датчик перемещения 24 и измеритель перемещения 25, а также вычислитель пространственных координат 26, блока 27 памяти координат базовых точек начала отсчета измерителей перемещения.

Электронно-механический датчик перемещений 24 (фиг. 7) может быть выполнен, например, в виде ролика, жестко закрепленного на несущем основании антенного модуля и приводимого в движение рабочим телом, выполненным, например, в виде упругой нерастягиваемой нити (например, на основе металлического тросика), начало которой фиксируется в базовой точке начала отсчета соответствующей координаты, выбранной на поверхности исследуемого объекта, и преобразователя вращения ролика в импульсный сигнал, например, в виде датчика Холла.

Измеритель перемещения координат 25 преобразует угловые перемещения ролика в цифровую форму и может быть выполнен в виде реверсивного цифрового счетчика.

Вычислитель пространственных координат 26, выполненный, например, в виде арифметического устройства (процессора), осуществляет вычисление текущей координаты радиоинтроскопа, при этом его выходная информация выдается в цифровой форме и поступает на блок управления 9.

Антенный блок 15, выполненный в виде двумерной коммутируемой антенной решетки (ДКАР), например гексагональной, как показано на фиг. 4, состоит из двух субрешеток 28, 29 пассивной и активной. В пассивной субрешетке 28 излучатели 30, например полосковые типа Вивальди, расположены по периметру ДКАР и соединены соответственно с согласованными нагрузками 31, причем вектор поляризации каждого из излучателей 30 ориентирован под углом в пределах 0^o-180^o к соответствующей стороне периметра ДКАР.

Активная субрешетка 29 содержит группу излучателей 32, расположенных внутри кольца, образованного излучателями 30 первой субрешетки 28, при этом каждый из излучателей 32 соединен с соответствующим двухканальным переключателем 33, один канал которого подсоединен к соответствующей дополнительной согласованной нагрузке 34, а другой к одному из выходов многоканального коммутатора 35.

При этом угол между направлениями векторов поляризации любой пары соседних излучателей 32, расположенных в строках второй субрешетки 29, составляет 90^o. Угол между направлениями векторов поляризации любой пары соседних излучателей 32, расположенных в столбцах второй субрешетки 29 составляет 45^o, а расположенных в одном столбце через строку излучателей 32 90^o, угол между направлениями векторов поляризации любого излучателя 32 первой субрешетки 28 и соседнего с ним излучателя второй субрешетки 29 составляет 45^o.

Двухканальные переключатели 33 и многоканальный коммутатор 35 могут выполняться на основе полупроводниковых диодов.

Блок формирования закона частотной модуляции 14 может быть выполнен в виде аналоговой цепочки, представляющей собой фильтр нижних частот, на вход которого подается последовательность прямоугольных импульсов, а с выхода берется модулирующий сигнал, представляющий собой функцию вида.

Путем использования других известных преобразующих цепей можно получить различные законы изменения модулирующего сигнала, в том числе и используя методы кусочно-линейной аппроксимации, реализуемые с помощью процессорных схем.

Анализатор 10 спектров отраженных сигналов состоит из последовательно соединенных блока преобразования Фурье 36 и коррелометра 37, а также блока памяти 38 спектров, соединенного с вторым входом коррелометра 37.

Преобразователь частоты вверх 4 или вниз 6 представляет собой, например, умножитель частоты с требуемым коэффициентом умножения, значение которого задается блоком управления 9.

Преобразователь частоты вниз 6 или вверх 4 реализуется по классической схеме с использованием перестраиваемого генератора, смесителя и полосового фильтра, настроенного на частоту приемного блока 8.

Радиоинтроскоп работает следующим образом.

Управляющий сигнал с выхода блока 9 управления и обработки запускает БФУИ 13. Этот же сигнал определяет режим его работы и параметры вырабатываемых выходных сигналов. С первого выхода БФУИ 13 на вход блока формирования закона частотной модуляции 14 поступает управляющий сигнал, который в начальный момент задает режим работы устройства с линейно-частотной модуляцией, для чего с выхода этого блока на управляющий вход СВЧ генератора 1 подаются управляющие импульсы напряжения фиг. 5а. Закон изменения управляющего сигнала для получения на выходе СВЧ генератора 1 колебаний, изменяющихся по линейному закону (46), должен определяться, исходя из управляющих (амплитудно-частотных) характеристик генератора СВЧ. При линейной управляющей характеристике генератора управляющие импульсы будут иметь вид, как показано на фиг. 4а.

До момента времени t₁ частота генерируемых СВЧ генератором 1 колебаний неизменна и определяется диапазоном частот, выбранных для текущего режима работы радиоинтроскопа. С момента времени t₁ до момента t₂ выходная частота СВЧ-генератора 1 изменяется по линейному закону, с линейным коэффициентом К, определяемым режимом работы радиоинтроскопа. В интервале времени t₂-t₃ частота выходных колебаний СВЧ-генератора 1 возвращается к исходной частоте по произвольному закону изменения во времени.

С выхода СВЧ-генератора 1 сигнал поступает на вход первого электронного ключа 2, на управляющий вход которого подаются импульсы со второго выхода БФУИ 13 (фиг. 5в). Под воздействием этих импульсов на выходе первого электронного ключа 2 формируются линейно-частотно-модулированные (ЛЧМ) радиоимпульсы (фиг. 5г).

ЛЧМ-импульс с выхода первого электронного ключа 2 поступает на вход основного канала направленного ответвителя 3. С выхода этого канала ЛЧМ импульс поступает на вход блока 4 преобразователя частоты вверх или вниз, с выхода которого измененная несущая частота зондирующего сигнала поступает на первое плечо циркулятора 5, обеспечивающего развязку между сигналами передающей и приемной цепей радиоинтроскопа. Сигнал со второго плеча циркулятора 5 поступает на вход многоканального коммутатора 35 в антенном блоке 15 и далее на один из излучателей 32 активной субрешетки 29, при этом остальные излучатели субрешетки 29 нагружены соответственно через двухканальные переключатели 33 на согласованные нагрузки 34.

Состояние многоканального коммутатора 35 и двухканальных переключателей 33 определяется управляющими сигналами, поступающими с четвертого выхода БФУИ 13.

Излученный активным излучателем 32 СВЧ ЛЧМ-импульс отражается от дефектов исследуемого объекта и принимается этим же излучателем. Влияние рассеянного отраженного от дефекта сигнала и многократных переотражений от границ раздела объекта на излучатель 32 и от соседних излучателей антенной решетки устраняется за счет того, что излучатели 32 активной субрешетки 29 размещены внутри пассивной субрешетки 28, а алгоритм поочередного коммутирования излучателей 32 обеспечивает для любого излучателя 32 окружение излучателями 30 пассивной субрешетки 28, нагруженными на согласованные нагрузки 31 и 34 соответственно. Поочередное коммутирование активных излучателей 32 позволяет зондировать один и тот же участок исследуемого объекта сигналом с различной плоскостью линейной поляризации излучаемого и соответственно принимаемого ЛЧМ-импульса, что позволяет учесть характер влияния внутренней структуры исследуемого объекта и его формы на зондирующий сигнал, что, в свою очередь, позволяет повысить разрешающую способность и достоверность определения формы, размеров, глубины расположения и характера неоднородностей. Количество активных излучателей 32 второй субрешетки 29 и направление плоскостей их поляризации выбираются из требуемой разрешающей способности и размеров исследуемых дефектов.

Для исследования протяженных объектов антенный блок 15 перемещают вдоль этого объекта механическим путем. Механическое сканирование может быть заменено электрическим, путем выполнения антенного блока 15 в виде набора двумерных коммутируемых антенных решеток, число которых определяется продольными и поперечными размерами исследуемого объекта.

Принятый отраженный сигнал (фиг. 5е) с выхода антенного блока 17 поступает на второе плечо циркулятора 5 и с его третьего плеча на вход блока 6 преобразования частоты вниз или вверх, где происходит преобразование частоты зондирующего сигнала в частоту генератора СВЧ 1. Преобразованный сигнал поступает на вход второго электронного ключа 7, который управляется импульсами с третьего выхода БФУИ 13 (фиг. 5д). Эти импульсы имеют задержку t_зад, определяемую временем задержки ЛЧМ-импульса в трактах радиоинтроскопа, а также временем, необходимым для отсечения сигнала, отраженного ближней зоной облучения исследуемого объекта. Электронное управление временем задержки t_зад позволяет определить начало ближней зоны облучения.

Длительность импульсов τ_к2 (фиг. 5д) определяется режимом работы БФУИ 13 и влияет на длительность формируемого отраженного сигнала (фиг. 5е) с выхода ключа 7 и определяет глубину прохождения облучающего сигнала до неоднородности в исследуемом объекте.

С выхода ключа 7 сформированный сигнал подается на вход приемного блока 8, на гетеродинный вход которого поступает опорный сигнал с выхода электрически управляемого аттенюатора 12. Коэффициент передачи аттенюатора 12 определяется управляющим сигналом, вырабатываемым блоком управления 9.

Преобразованный в приемном блоке 8 отраженный сигнал поступает на вход блока управления 9 и на вход анализатора 10 спектров отраженных сигналов, где производится сравнительный анализ спектров отраженных сигналов, полученных в результате последовательного "просмотра" одного и того же участка исследуемого объекта сигналами с различной поляризацией.

Анализатор 10 спектров отраженных сигналов (фиг. 8) работает следующим образом. Преобразованный входной сигнал, отраженный от исследуемого объекта, после ВПФ в блоке преобразования Фурье 38 в виде усредненного спектра поступает на вход коррелометра 37, где подвергается корреляционному анализу совместно с каждым из хранящихся в блоке памяти 36 усредненных спектров отраженных сигналов, полученных от различных тестовых сред. Максимальный сигнал с выхода коррелометра 37 соответствует наибольшему совпадению характеристик исследуемого объекта и тестовой среды. На основе этой информации выбирается наиболее оптимальный диапазон частоты зондирующего сигнала для исследуемого объекта. По результатам анализа сигнала, поступающего на первый вход блока управления 9, делается вывод об отсутствии неоднородности и продолжении обследования объекта или о наличии неоднородности и продолжении обследования данной области объекта с целью уточнения характера неоднородности и ее идентификации. В этом случае выдаются управляющие сигналы на блок 14 для формирования этим блоком сигнала, обеспечивающего тот или иной закон частотной модуляции в том или ином интервале рабочих частот путем подачи управляющего сигнала на блоки 4, 6. На фиг. 5ж и 5з приведены как примеры возможные виды законов частотной модуляции зондирующих импульсов, отличных от первых зондирующих импульсов с линейно-частотной модуляцией.

После изменения параметров зондирующего сигнала повторяется обследование интересующей области объекта.

С блока 9 управления информация затем поступает на блок обработки и индикации 11, в котором она подвергается аналого-цифровому преобразованию и обработке по алгоритму быстрого преобразования Фурье для получения спектральных составляющих, на основе которых на экране индикатора формируется масштабное двумерное изображение дефектов исследуемого объекта.

Привязка положения радиоинтроскопа к поверхности исследуемого объекта осуществляется следующим образом. Перед проведением измерений начало рабочего тела датчиков перемещений 24 каналов X и Y фиксируются соответственно в двух базовых точках на поверхности исследуемого объекта, определенных заранее как начало отсчета. При перемещении радиоинтроскопа по поверхности объекта происходит изменение длины рабочего тела по каждому каналу, что приводит в движение ролики, направление вращения которых имеет свой знак, в зависимости от удлинения или укорочения рабочего тела. Линейные изменения рабочего тела и соответствующие им угловые перемещения ролика по каждому из каналов X и Y соответственно преобразуются в цифровую форму. Расстояние между двумя базовыми точками на поверхности исследуемого объекта, преобразованное в цифровую форму, является третьим исходным параметром при вычислении текущей координаты оси ролика, т.е. положения радиоинтроскопа в системе координат, одна из осей которой совмещена с прямой, проходящей через базовые точки.

При исследовании протяженных поверхностей объектов, антенный блок 15 может быть выполнен в виде многоэлементной электрически коммутируемой антенной решетки, например, составленной из набора гексагональных антенных решеток, представленных на фиг. 4. При этом координатная привязка каждого активного излучателя к поверхности объекта определяется положением двухкоординатного электронно-механического измерителя текущих координат 16 с введением соответствующей координатной поправки на положения каждого активного излучателя в апертуре антенного блока, поскольку антенный блок 15 и измеритель текущих координат 16 размещены на одном несущем основании 17.

Формула изобретения

1. Радиоинтроскоп, содержащий СВЧ-генератор, направленный ответвитель, выход основного канала которого связан с первым плечом циркулятора, антенный блок, подсоединенный к второму плечу циркулятора, последовательно соединенные приемный блок, блок управления и блок обработки и индикации, а также электрически управляемый аттенюатор, управляющий вход которого соединен с первым входом блока управления, отличающийся тем, что введены первый электронный ключ, включенный между выходом СВЧ-генератора и входом основного канала направленного ответвителя, второй электронный ключ, связывающий третье плечо циркулятора с входом приемного блока, и анализатор спектров отраженных сигналов, включенный между вторым выходом приемного блока и вторым входом блока управления, и блок формирования управляющих импульсов, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, первый выход соединен с входом введенного блока формирования закона частотной модуляции, выход которого соединен с управляющим входом СВЧ-генератора, а второй, третий и четвертый выходы подсоединены соответственно к управляющим входам первого электронного ключа, второго электронного ключа и антенного блока, который выполнен в виде по крайней мере одной двумерной коммутируемой антенной решетки с различными ориентациями векторов поляризации излучателей, при этом электрически управляемый аттенюатор включен между выходом вспомогательного канала направленного ответвителя и гетеродинным входом приемного блока.

2. Радиоинтроскоп по п.1, отличающийся тем, что выход основного плеча направленного ответвителя связан с первым плечом циркулятора через введенный блок преобразования частоты вверх или вниз, а третье плечо циркулятора связано с входом второго электронного ключа через введенный блок преобразования частоты вниз или вверх, при этом управляющие входы блока преобразования частоты вверх или вниз и блока преобразования частоты вниз или вверх соединены с дополнительным выходом блока управления.

3. Радиоинтроскоп по п.1, отличающийся тем, что блок формирования управляющих импульсов выполнен в виде последовательно соединенных генератора управляющих напряжений, формирователя импульсов, выход которого является первым выходом блока формирования управляющих импульсов и первой управляемой линии задержки, выход которой является вторым выходом блока формирования управляющих импульсов, а также второй управляемой линии задержки, вход которой соединен с третьим выходом формирователя импульсов, а выход является третьим выходом блока формирования управляющих импульсов, и последовательно соединенных регистра режима и дешифратора, выход которого является четвертым выходом блока формирования управляющих импульсов, при этом второй, третий и четвертый выходы регистра режима подсоединены соответственно к управляющим входам генератора управляющих напряжений и первой и второй управляемых линий задержки, а вход регистра режима является входом блока формирования управляющих импульсов.

4. Радиоинтроскоп по п.1, отличающийся тем, что двумерная коммутируемая антенная решетка состоит из пассивной субрешетки излучателей и активной субрешетки излучателей, излучатели пассивной субрешетки нагружены соответственно на согласованные нагрузки и расположены по периметру двумерной коммутируемой антенной решетки и вокруг излучателей активной субрешетки, при этом каждый излучатель активной субрешетки соединен с первым плечом соответствующего двухканального переключателя, к второму плечу которого подсоединена соответствующая дополнительная согласованная нагрузка, а третье плечо подключено к одному из выходов многоканального коммутатора, причем управляющий вход многоканального коммутатора и управляющие входы двухканальных переключателей объединены и являются управляющим входом двумерной коммутируемой антенной решетки, угол между направлениями векторов поляризации любой пары соседних излучателей активной субрешетки, расположенных в одной строке двумерной коммутируемой антенной решетки, составляет 90^o, угол между направлениями векторов поляризации любой пары соседних излучателей активной субрешетки, расположенных в одном столбце, составляет 45^o, излучателей, расположенных в одном столбце через строку, 90^o, а угол между направлениями векторов поляризации любого излучателя пассивной субрешетки и соседним с ним излучателем активной субрешетки составляет 45^o.

5. Радиоинтроскоп по п.1, отличающийся тем, что антенный блок снабжен двухкоординатным электронномеханическим измерителем текущих координат, выход которого соединен с дополнительным входом блока управления.

6. Радиоинтроскоп по п.4, отличающийся тем, что двухкоординатный электронномеханический измеритель текущих координат состоит из двух идентичных измерительных каналов по координатам X и Y соответственно, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных электронномеханического датчика перемещения и измерителя перемещения, вычислителя пространственных координат и блока памяти координат точек начала отсчета, при этом первый и второй входы вычислителя пространственных координат соединены с выходами измерителей перемещений соответствующих измерительных каналов по координатам X и Y, третий вход подсоединен в блоку памяти координат точек начала отсчета, а его выход является выходом двухкоординатного электронномеханического измерителя текущих координат.

7. Радиоинтроскоп по п.1, отличающийся тем, что анализатор спектров отраженных сигналов состоит из последовательно соединенных блока преобразования Фурье, вход которого является входом анализатора спектров, а также блока памяти спектров, выход которого присоединен к второму входу коррелометра, при этом выход коррелометра является выходом анализатора спектров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8