基于微帶天線傳感器的金屬裂紋無損檢測技術研究

譚 錚

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

近年來，在國際競爭越發激烈的時代背景之下，航天事業的發展已經成為了評判國家綜合國力的重要指標。在國家相關發展戰略大力支持下，我國航天事業也取得了快速進步，逐步邁向航天事業強國的方向發展。在飛行器飛行過程中，經常會因為金屬裂紋的存在，導致其出現一些安全故障。如果裂紋較小，只需要運用一些修補技術便可以讓其穩定在運行狀態中。但如果出現一些較大裂紋時，便會對飛行器結構產生較大影響，導致許多不可避免的損失。由此可見：研究微帶天線傳感器的金屬裂紋無損檢測技術具有積極的社會意義，希望本篇文章的發表能夠對相關工作人員產生一定啟示。

1 金屬裂紋無損檢測技術概述

從金屬裂紋無損檢測技術概念角度來看，其主要指的是在開展金屬檢測工作中，能夠達到既定檢測任務和要求。同時，不會對金屬物體產生較大影響的一種檢測技術。從檢測原理來看，如果在物體內部出現了一定受損問題，其內部參數、規格等內容會出現較大偏差。工作人員可以通過對一些物理參數的研究，找出其中所存在的各種故障問題，并對其進行有效檢測[1]。在當前階段工作中，無損檢測技術因其安全性優勢較為明顯，并且還能夠減少不必要成本消耗，已經在各個行業檢測工作中得到了廣泛應用。具體來看，這種檢測方式主要可以分為接觸式和非接觸式兩種主要類型。在非接觸式檢測模式應用中，其減少了和被檢測物體的直接接觸。通過光、電、磁等技術性手段實現對物體檢測。在完成檢測工作之后，還需要對檢測信息進行收集和再處理。如果在后期工作中需要利用各種信息的話，都可以將前期檢測的信息應用到此過程中來。因其檢測面積大、效率高，成為了該檢測方式得以在社會層面得到廣泛應用的重要原因。但任何事物發展都要從兩個方面來看，在正視到這種檢測方式優勢同時，也要看到其中所在的弊端。因其技術含量高，在開展檢測工作時，所需要投入的成本相對較高。另外，對技術操作人員專業素養要求較高、步驟繁瑣都是現階段工作中面臨的主要弊端性問題。在接觸式檢測模式應用中，需要檢測儀器和被檢測物體進行親密接觸。從該方面特點來看，這還在一定程度上緩解了在非接觸式檢測模式中所存在的弊端問題。其中所在的傳感器不僅能夠實現實時監測的目標，還能夠減少不必要成本消耗，已經成為了未來很長一段時間該技術發展的主要模式。

2 微帶天線傳感器的金屬裂紋無損檢測技術設計

2.1 微帶天線傳感器的金屬裂紋無損檢測技術應用原理

在本次所設計的裂紋檢測傳感器中，其主要由接地板、介質層以及輻射貼片三個部分組合而成。其中，在輻射貼片和接地板中，其主要是由導電金屬組合而成。借助到多種不同諧振頻率的方式，將其形成一種特殊化電磁諧振腔。具體來看，在這種電磁諧振腔形成過程中，充分發揮了輻射貼片和金屬接地板的積極作用。根據具體工作形式，將其組合從而形成。在此過程中，主要檢測的是回波損耗和諧振頻率兩個檢測參數[2]。本篇文章主要應用的是微帶天線傳感器，呈現出矩形特征。因此，其諧振模式輻射有平行于傳感器輻射貼片的幾何長度和幾何寬度兩種模式。

2.2 有線微帶天線傳感器的加工設計

2.2.1 厚膜加工工藝

在厚膜技術應用過程中，其充分融合了多種電子漿料、布線技術以及各種高密度組裝工藝技術的積極作用。將其融為一體后，形成一種新式微電子技術。在當前階段，因其優勢較為明顯，已經在各個行業中得到了廣泛應用。在航空航天、軍事工業中，更是因其所獨有的高可靠性，成為了許多技術人員的首選操作。同時，厚膜技術作為集成電路得以順利發展的重要基礎，在現階段以及未來很長一段時間發展中都彰顯了其自身所獨有的優勢。在經過厚膜技術處理之后的膜，具有一定的電氣特征和持久性特征。在進行相關性處理和操作過程中，必須要做好前期工作。將漿料中所存在的有機成分進行剔除，在此基礎之上，才能完成燒結膜處理。該技術應用過程中，最為關鍵和核心的便是金屬漿料和絲網印刷工藝。其主要流程主要包括了金屬漿料制備、網板制作、印刷、干燥處理、燒結和封裝作業。

2.2.2 絲網印刷工藝

在開展該部分工作時，需要充分認識到絲網網印板制作所產生的影響。具體來看，作為絲網印刷一種重要工作環節，網板大小、精細度、位置和形狀等因素，都會在一定程度上或多或少影響著網板制作。從網板圖案形成原理角度來看，其主要指的是將網布放置在網框上，對其進行覆蓋之后，并進行固定處理[3]。之后，借助到激光制板方式的積極作用，結合具體工作需求，完成網布圖案繪制工作。從其本質上來看，就是將圖案部分進行鏤空處理。充分發揮出刮板積壓工作的積極作用，使得金屬漿料能夠在圖案鏤空處漏下去，便會形成一種和原稿相同的圖案。

2.2.3 有線微帶天線傳感器的制備流程

（1）選擇一片規格為40mm×40mm×1mm的氧化鋁陶瓷片，如果無法對其規格進行控制，則需要找到一片相似性陶瓷片，對其進行切割處理。借助到無水乙醇的積極作用，將其表面進行反復性沖洗處理，避免雜質存在。

（2）完成氧化鋁陶瓷片清洗工作之后，需要將所有需要利用到的材料放置于印刷處。需要注意的是，在開展網板和氧化鋁位置調節工作中。將網板數目控制在合理范圍之內。在具體印刷過程中，刮刀不同力量大小也會對最終設計效果產生影響[4]。因此，從該角度角度出發，多是將其控制在15N～20N之間。從其影響來看，如果用力過大。很容易導致絲網出現變形現象。如果用力過小，則會在完成印刷工作之后，網板上留有殘余物質。

（3）完成上述操作之后，則需要對基板進行位置調節工作。嚴格控制網板和氧化鋁之間的位置。在網板數目方面，需要嚴格貫徹“適度原則”，切不可因網板數量過多導致對漿料產生阻礙現象的發生。

（4）在整個設計工作中，刮刀因其用途廣泛，發揮了不可估量的作用。結合具體工作需求，將金屬銀漿料進行位置調節工作之后，則需要對其進行施壓處理。從其影響來看，當完成了該部分操作之后，金屬漿料會有很大一部分下落在氧化鋁基板位置上，這主要是因為其中會有一個缺口存在。如果發現其中某個部分沒有網口，金屬漿料則不會滲漏。在完成該部分操作之后，便可以開展后續工作。

（5）將完成印刷輻射貼片的陶瓷片放置于馬弗爐中，結合具體情況，設置燒結曲線，對傳感器進行共燒處理。為了進一步提升工作效率，確保在生瓷片中的所有有機物能夠得到充分燃燒和完全揮發，需要對其溫度和時間進行有效調節。在溫度方面，需要將其控制在400℃左右。在時間方面，則需要將其進行1小時燃燒。在最后處理中，為了確保金屬漿料能夠完全燒結，還需要對其溫度進行調整。綜合了相關調查和研究可以發現：在最后半個小時之內，將溫度曲線控制在850℃左右，便是最為理想的狀態。最后，只需要將其放置溫室環境中進行冷卻處理之后，便是完成了傳感器制作工作。

（6）借助到焊錫焊的積極作用，制作SMA頭，將其放置在制作完成的傳感器上。

3 檢測金屬裂紋的無線無源微帶天線傳感器的設計與測試

3.1 無線無源微帶天線傳感器檢測金屬裂紋工作原理

從其應用原理角度來看，在開展具體測試工作時，天線會根據具體工作需求，向傳感器發出詢問信號。當傳感器接收到信號之后，會將信號進行分批處理。其中，一部分信號會在傳感器內部發出諧振頻，另外一部分信號則會反射到天線部分[5]。通過對返回信號的分析處理，便可以對金屬內部結構情況進行準確判斷。如果發現金屬內部結構中出現裂紋較大問題時，傳感器諧振頻率會發生極為明顯的變化。如果沒有對其進行及時控制，將會使得天線返回矢量網絡分析儀中。在天線返回矢量分析儀中，便可以對其變化數據進行準確讀取。

3.2 無線無源微帶天線傳感器的制備過程

在進行該部分傳感器制備工作中，材料方面，仍然選擇的是文章上述內容中所提到的氧化鋁陶瓷和金屬銀漿料在制作工藝方面，仍然選用文章上述所提到的厚膜工藝。具體制備工藝如下：

選擇一片氧化鋁陶瓷片，將其切割為型號為30mm×30mm×0.5mm。隨后，在制作完成的鋼絲網版上有氧化鋁陶瓷片的一面進行輻射貼片印刷工作。完成之后，則需要將此陶瓷片放入到馬弗爐中，進行加溫處理。為了保障生瓷片中所有有機物能夠得到完全發揮，需要讓其在400℃左右燃燒一小時。之后，便需要讓其在850℃左右，時間控制在30min。

4 結束語

綜上所述，本篇文章主要針對的是在航空飛行器表面上出現的裂紋問題，提出一種新式檢測技術。從其特點來看，這種傳感器，其體積較小、質量輕，并且能夠和飛行器快速達到共形、靈敏程度較高。盡管是在具體工作中出現了亞毫米的裂紋，也能夠進行有效檢測。