微波传感器制造技术

公开了一种腐蚀传感器(1)，其适于确定在其表面上具有至少一层涂层材料的材料中是否存在腐蚀。所述腐蚀传感器(1)包括微波收发器(2)，以及波导(3)，所述波导(3)可操作地耦合到微波收发器(2)。微波收发器(2)发射入射到所述至少一层涂层材料上的第一连续波微波信号，并且接收从所述至少一层涂层材料反射的第二连续波微波信号。第一和第二连续波信号被组合成具有指示材料中腐蚀的相位差的中间连续波微波信号。第一和第二连续波微波信号都是频率调制的连续波信号。还公开了感测腐蚀的方法，用于感测腐蚀的系统以及使用微波收发器来感测腐蚀。

Microwave sensor

A corrosion sensor (1) is disclosed suitable for determining the presence of corrosion in a material having at least one coat of coating material on its surface. The corrosion sensor (1) includes a microwave transceiver (2) and a waveguide (3) operatively coupled to the microwave transceiver (2). The microwave transceiver (2) transmits a first continuous wave microwave signal incident on the at least one coating material and receives a second continuous wave microwave signal reflected from the at least one coating material. The first and second CW signals are combined into an intermediate CW microwave signal with a phase difference indicating corrosion in the material. The first and second CW microwave signals are frequency modulated CW signals. A method for sensing corrosion, a system for sensing corrosion, and a microwave transceiver for sensing corrosion are also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微波传感器
本专利技术涉及一种微波传感器，其适于确定在其表面上具有至少一层涂层材料的资产中，通常为腐蚀的异常的存在。
技术介绍
腐蚀监测在从微电子到石油和天然气管道的广泛的工业中是需要的。典型地，对腐蚀敏感的材料在暴露的表面上具有绝缘材料层，使得难以通过眼睛评估腐蚀水平。传统的监测方法包括一定程度的破坏性测试，例如喷砂以去除绝缘材料层，从而能够肉眼检查被腐蚀的材料。执行这样的破坏性测试需要检查区域所在的资产有一定量的停机时间，因此这种测试是一种从商业上没有吸引力的监视选项。对破坏性测试的改进是使用所谓的非破坏性测试，其中使用光、辐射或声音来原地检查绝缘材料层下面的腐蚀。相应的例子包括使用超声、白光干涉测量法、X射线分析和微波分析。使用微波分析的无损检测的一个特定用途是在石油和天然气工业中作为腐蚀传感器，以确定管道中是否存在任何异常。管道用于在油田和气田周围和从油田和气田运输油、气或其混合物(例如转混)。典型地，这种管道具有多层结构，具有由直径在0.1m-1.2m范围内的管形成的芯和外包层或绝缘层。例如，通常的构造是使用钢管和基于聚合物的包层。然而，钢管易于腐蚀并且因此易于发生其它异常，例如点蚀、分层、金属损失和水进入，然而这被聚合物绝缘层隐藏而不可见。微波波长特别适合于检查这样的管道，因为即使当缺陷隐藏在管道结构内或在芯和包层之间时，微波波长也给出了缺陷的清楚指示。当使用微波分析来执行异常检测时，通常使用矢量网络分析器(vectornetworkanalyser,VNA)来生成和分析微波信号。VNA是相对昂贵且笨重的设备，因此不适合于需要便携式测试方法的情况。除了使用VNA的成本和相对不便之外，还需要大量的用户培训以能够充分利用VNA并因此充分利用微波分析方法。在US6,940,295中公开了一种选项，用以改进这种情况并提供相对于感兴趣样本至少可移动的异常传感器。代替使用基于VNA的大的固定传感器，提供了固定平移装置，微波传感器借助于支撑组件安装在该固定平移装置上。平移装置则能够沿着感兴趣对象而移动微波传感器，并且如果使用垂直于第一平移装置定位的第二平移装置，则微波传感器可以扫描整个表面。通过测量入射微波信号和反射微波信号之间的能量差来发现存在于感兴趣材料中的任何缺陷。WO2008/051953还公开了一种安装在平移装置上的传感器，使得该传感器可以以固定的扫描距离跨感兴趣材料的表面移动。提供具有正交极化的两个入射微波信号。通过比较入射和反射的极化微波信号以确定相位差，来检测感兴趣的材料中的缺陷。尽管这样的传感器是非接触装置并且因此是非破坏性的，但是这两者都需要感兴趣材料相对于平移装置定位，因此不是真正便携的。US6,674,292公开了这样的装置，其通过不安装在固定平移装置上而提供更大灵活性。US6,674,292公开了一种手持微波无损检测装置，其设置有滚轴以接触感兴趣材料的表面，并为微波传感器提供固定的扫描距离。通过分析入射和反射微波信号之间的能量差来检测感兴趣材料中的缺陷。同样，扫描距离是固定的，在这种情况下，通过在承载微波传感器的壳体上提供滚轴，使得虽然微波传感器是非破坏性的，但它不是非接触的。因此，希望找到一种方式来提供对由在其表面上具有至少一层涂层材料的材料形成的结构内的异常(例如分层、水进入和腐蚀)的存在的简单、便携、非接触和无损测试。
技术实现思路
本专利技术旨在通过在第一方面提供一种微波传感器来解决这些问题，该微波传感器适于确定由材料系统形成的资产中异常的存在，所述材料系统包括在其表面上具有至少一层涂层材料的基底，所述基底包括：微波收发器；以及波导；所述波导可操作地耦合到所述微波收发器，其中所述微波收发器发射入射到所述至少一层涂层材料上的第一连续波微波信号，并且接收从所述至少一层涂层材料反射的第二连续波微波信号，其中所述第一和第二连续波信号被组合成具有指示所述材料系统中的异常的相位差的中间连续波微波信号，并且其中所述第一和第二连续波微波信号是频率调制的连续波信号。通过使用频率调制的连续波微波信号来产生指示材料中的异常的相位差，可以提供对由在其表面上具有至少一层涂层材料形成的结构内的腐蚀的存在的简单、便携、非接触和无损测试。优选地，波导的尺寸和构造被制作为提供所述第一和第二连续波微波信号的可测量面积和分辨率。波导可以是锥形的。优选地，锥体是基于方形的锥体。传感器还可以包括对准模块。优选地，对准模块是激光对准模块。传感器可以适于装配在手持单元内。传感器可以在近场模式下操作。可替换地，传感器可以在远场模式下操作。优选地，微波收发器产生宽带微波频谱。所述至少一层涂层材料可以是绝缘材料。所述涂层具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述基底具有彼此相对的第一表面和第二表面，并且所述材料系统具有介于所述涂层与所述基底之间的界面，使得所述异常在所述涂层的表面处、所述基底的表面处和所述涂层与所述基底之间的所述界面处，或者在所述涂层或所述基底内。所述异常可包括：分层、进水、腐蚀、材料缺陷、化学成分的局部变化、液体或气体。在第二方面，本专利技术提供了频率调制的连续波微波收发器的使用，该频率调制的连续波微波收发器可操作地耦合到波导，来确定由在其表面上具有至少一层涂层材料的材料形成的资产中异常的存在。在第三方面，本专利技术提供了一种确定资产中异常的存在的方法，所述资产由在其表面上具有至少一层涂层材料的材料形成，所述方法包括：发射入射到所述至少一层涂层材料上的第一连续波微波信号；接收从所述至少一层涂层材料反射的第二连续波微波信号；将所述第一连续波微波信号和所述第二连续波微波信号组合成具有指示所述材料系统中的异常的相位差的中间连续波微波信号；其中所述第一连续波微波信号和所述第二连续波微波信号是频率调制的连续波信号。该材料可以在其表面上具有两层或更多层涂层材料。优选地，该材料是金属。在这种情况下，至少一层涂层材料可以是绝缘材料。优选地，所述材料形成管道的一部分。该方法还可以包括以近场模式发射所述第一连续波微波信号。可替换地，该方法还可以包括以远场模式发射所述第一连续波微波信号。优选地，第一连续波微波信号形成宽带微波频谱的一部分。在第四方面，本专利技术提供了一种用于确定资产的材料系统中异常的存在的系统，该资产的材料系统包括在其表面上具有至少一层涂层的基底；所述系统包括：微波收发器和波导，所述波导可操作地耦合到所述收发器，所述收发器适于发射第一连续波微波信号并接收第二连续波微波信号；控制器，所述控制器适于控制第一和第二连续波微波信号的发送和接收；处理器，所述处理器适于组合所述第一和第二连续波微波信号以产生具有指示异常存在的相位差的中间连续波微波信号；以及显示器，所述显示器适于显示所述中间连续波微波信号；其中所述第一和第二连续波微波信号是频率调制的连续波信号。优选地，所述波导的尺寸和构造被制作为提供所述第一和第二连续波微波信号的可测量面积和分辨率。所述波导可以是锥形的。在这种情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.微波传感器，其适于确定由材料系统形成的资产中异常的存在，所述材料系统包括在其表面上具有至少一层涂层材料的基底，所述基底包括：/n微波收发器；以及/n波导；/n所述波导可操作地耦合到所述微波收发器，其中所述微波收发器发射入射到所述至少一层涂层材料上的第一连续波微波信号，并且接收从所述至少一层涂层材料反射的第二连续波微波信号，其中所述第一和第二连续波信号被组合成具有指示所述材料系统中的异常的相位差的中间连续波微波信号，并且其中所述第一和第二连续波微波信号是频率调制的连续波信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20161031 GB 1618378.21.微波传感器，其适于确定由材料系统形成的资产中异常的存在，所述材料系统包括在其表面上具有至少一层涂层材料的基底，所述基底包括：
微波收发器；以及
波导；
所述波导可操作地耦合到所述微波收发器，其中所述微波收发器发射入射到所述至少一层涂层材料上的第一连续波微波信号，并且接收从所述至少一层涂层材料反射的第二连续波微波信号，其中所述第一和第二连续波信号被组合成具有指示所述材料系统中的异常的相位差的中间连续波微波信号，并且其中所述第一和第二连续波微波信号是频率调制的连续波信号。


2.如权利要求1所述的微波传感器，其中所述波导的尺寸和构造被制作为提供所述第一和第二连续波微波信号的可测量面积和分辨率。


3.如权利要求1或2所述的微波传感器，其中所述波导是锥形的。


4.如权利要求3所述的微波传感器，其中所述锥体是基于方形的锥体。


5.如前述任一项权利要求所述的微波传感器，其中所述微波传感器还包括对准模块。


6.如权利要求5所述的微波传感器，其中所述对准模块是激光对准模块。


7.如前述任一项权利要求所述的微波传感器，其中所述传感器适于装配在手持单元内。


8.如前述任一项权利要求所述的微波传感器，其中所述传感器可在近场模式下操作。


9.如前述任一项权利要求所述的微波传感器，其中所述传感器可在远场模式下操作。


10.如前述任一项权利要求所述的微波传感器，其中所述微波收发器产生宽带微波频谱。


11.如前述任一项权利要求所述的微波传感器，其中所述至少一层涂层材料是绝缘材料。


12.如前述任一项权利要求所述的微波传感器，其中所述涂层具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述基底具有彼此相对的第一表面和第二表面，并且所述材料系统具有介于所述涂层与所述基底之间的界面，使得所述异常在所述涂层的表面处、所述基底的表面处和所述涂层与所述基底之间的所述界面处，或者在所述涂层或所述基底内。


13.如前述任一项权利要求所述的微波传感器，其中所述异常包括：材料缺陷、化学成分的局部变化、液体或气体。


14.频率调制的连续波微波收发器的使用，该频率调制的连续波微波收发器可操作地耦合到波导，来确定在其表面上具有至少一层涂层材料的材料系统中异常的存在。


15.一种确定由材料系统形成的资产中异常的存在的方法，该材料系统包括在其表面上具有至少一层涂层材料的基底，该方法包括：
发射入射到所述至少一层涂层材料上的第一连续波微波信号；
接收从所述至少一层涂层材料反射的第二连续波微波信号；
将所述第一连续波微波信号和所述第二连续波微波信号组合成具有指示所述材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·菲利普·伊夫·德穆利兹，大卫·弗林，大卫·赫德，苏曼特·库马尔·帕夫鲁里，
申请(专利权)人：赫瑞瓦特大学，
类型：发明
国别省市：英国;GB