Контроль дефектов в многослойных диэлектрических материалах СВЧ-методом

Развитие современного машиностроения неразрывно связано с разработкой новых типов многослойных диэлектрических материалов, в которых значения относительных диэлектрических проницаемостей слоев могут значительно отличаться друг от друга. Существующие радиоволновые методы контроля межслойных дефектов в подобных материалах характеризуются низкой точностью реконструкции геометрических параметров дефектов. Представлены результаты исследования протяженных межслойных дефектов в трехслойном диэлектрическом покрытии полиметилметакрилат — фторопласт Ф-4Д — полутвердая резина методом поверхностных электромагнитных волн. Метод основан на решении обратных задач по реконструкции геометрических параметров протяженных дефектов многослойных материалов по частотной зависимости коэффициента ослабления поля поверхностной медленной электромагнитной волны. В отличие от методов, использующих в качестве информативного параметра комплексный коэффициент отражения, данный подход позволяет повысить точность реконструкции геометрических параметров дефектов за счет учета линейной зависимости коэффициента ослабления от частоты, а также уменьшения количества фиксированных частот измерений. При этом процедура определений достаточно проста, так как измеряется только напряженность поля поверхностной электромагнитной волны, а необходимость в фазовых измерениях отсутствует. С использованием полученных экспериментальных данных на многочастотном измерительном комплексе в диапазоне 10 – 11 ГГц с помощью разработанного метода проведена реконструкция межслойных дефектов в исследуемом покрытии с относительной погрешностью оценки их геометрических параметров (толщин) не более 10 %. Предложенный подход может быть применен при исследовании многослойных диэлектрических покрытий на металле, при обнаружении расслоений, отсутствия клея или плохой адгезии между слоями. Кроме того, он пригоден для контроля дефектов в полупроводниковых, ферритовых и композиционных материалах.

многослойное диэлектрическое покрытие, дефект, обратная задача, коэффициент ослабления поля поверхностной электромагнитной волны, метод поперечного резонанса

1. Михнев В. А. Реконструктивная микроволновая структуроскопия многослойных диэлектрических сред. — Мн.: Светоч, 2002. — 192 с.

2. Клюев В. В., Соснин Ф. Р., Ковалев А. В. и др. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник. — М.: Машиностроение, 1995. — 408 с.

3. Гринев А. Ю., Темченко В. С., Багно Д. В. Радары подповерхностного зондирования. Мониторинг и диагностика сред и объектов. — М.: Радиотехника, 2013. — 391 с.

4. Финкельштейн М. И., Карпухин В. И., Кутев В. А., Метелкин В. Н. Подповерхностная радиолокация. — М.: Радио и связь, 1994. — 216 с.

5. Lagarkov A. N., Matytsin S. M., Rozanov K. N., Sarychev A. K. Dielectric properties of fiber-filled composites / Journal of Applied Physics. 1998. Vol. 84. N 7. P. 3806 – 3814. DOI: 10.1063/1.368559.

6. Алексин С. Г., Дробахин О. О. Метод Ньютона – Канторовича: модификация итерационной процедуры для случая кусочно-постоянного профиля действительной диэлектрической проницаемости / Вестник днепропетровского университета. Серия Физика. Радиоэлектроника. 2009. № 2. Вып. 16. С. 117 – 124.

7. Казьмин А. И., Федюнин П. А. Метод измерения электрофизических параметров многослойных диэлектрических покрытий в диапазоне СВЧ / Контроль. Диагностика. 2018. № 11. С. 52 – 59. DOI: 10.14489/td.2018.11.

8. Федюнин П. А., Казьмин А. И. Способы радиоволнового контроля параметров защитных покрытий авиационной техники. — М.: Физматлит, 2013. — 190 с.

9. Федюнин П. А., Казьмин А. И., Манин В. А. СВЧ-способ дефектоскопии радиопоглощающих покрытий и устройство для его реализации / Контроль. Диагностика. 2017. № 11. С. 32 – 39. DOI: 10.14489/td.2017.11.

10. Шарн Р. Методы неразрушающих испытаний. / Пер. с англ. — М.: Мир, 1972. — 494 с.

11. Барыбин А. А. Электродинамика волноведущих структур. Теория возбуждения и связи волн. — М.: Физматлит, 2007. — 512 с.

12. Фелсен Л., Маркувиц Н. Излучение и рассеяние волн. Т. 1 / Пер. с англ. — М.: Мир, 1978. — 547 с.

13. Patrovsky A., Ke Wu. Dielectric Slab Mode Antenna for Integrated Millimeter-wave Transceiver Front-ends / Universal Journal of Electrical and Electronic Engineering, 2013. N 1(3). P. 87 – 93. DOI: 10.13189/ujeee.2013.010305.

14. Zhuozhu Chen, Zhongxiang Shen. Surface Waves Propagating on Grounded Anisotropic Dielectric Slab / Applied Sciences. 2018. N 8(1). DOI: 10.3390/app8010102.

15. Valerio G., Jackson D., Galli A. Fundamental properties of surface waves in lossless stratified structures / Proceedings of the Royal Society. 2010. Vol. 466. P. 2447 – 2469. DOI: 10.1098/rspa.2009.0664.

16. Карпов И. Г. Аппроксимация экспериментальных распределений радиолокационных сигналов с использованием модернизированных распределений Пирсона / Радиотехника. № 5. 2003. С. 56 – 61.