基于微带天线传感器的金属裂纹无损检测技术研究

谭 铮

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

近年来，在国际竞争越发激烈的时代背景之下，航天事业的发展已经成为了评判国家综合国力的重要指标。在国家相关发展战略大力支持下，我国航天事业也取得了快速进步，逐步迈向航天事业强国的方向发展。在飞行器飞行过程中，经常会因为金属裂纹的存在，导致其出现一些安全故障。如果裂纹较小，只需要运用一些修补技术便可以让其稳定在运行状态中。但如果出现一些较大裂纹时，便会对飞行器结构产生较大影响，导致许多不可避免的损失。由此可见：研究微带天线传感器的金属裂纹无损检测技术具有积极的社会意义，希望本篇文章的发表能够对相关工作人员产生一定启示。

1 金属裂纹无损检测技术概述

从金属裂纹无损检测技术概念角度来看，其主要指的是在开展金属检测工作中，能够达到既定检测任务和要求。同时，不会对金属物体产生较大影响的一种检测技术。从检测原理来看，如果在物体内部出现了一定受损问题，其内部参数、规格等内容会出现较大偏差。工作人员可以通过对一些物理参数的研究，找出其中所存在的各种故障问题，并对其进行有效检测[1]。在当前阶段工作中，无损检测技术因其安全性优势较为明显，并且还能够减少不必要成本消耗，已经在各个行业检测工作中得到了广泛应用。具体来看，这种检测方式主要可以分为接触式和非接触式两种主要类型。在非接触式检测模式应用中，其减少了和被检测物体的直接接触。通过光、电、磁等技术性手段实现对物体检测。在完成检测工作之后，还需要对检测信息进行收集和再处理。如果在后期工作中需要利用各种信息的话，都可以将前期检测的信息应用到此过程中来。因其检测面积大、效率高，成为了该检测方式得以在社会层面得到广泛应用的重要原因。但任何事物发展都要从两个方面来看，在正视到这种检测方式优势同时，也要看到其中所在的弊端。因其技术含量高，在开展检测工作时，所需要投入的成本相对较高。另外，对技术操作人员专业素养要求较高、步骤繁琐都是现阶段工作中面临的主要弊端性问题。在接触式检测模式应用中，需要检测仪器和被检测物体进行亲密接触。从该方面特点来看，这还在一定程度上缓解了在非接触式检测模式中所存在的弊端问题。其中所在的传感器不仅能够实现实时监测的目标，还能够减少不必要成本消耗，已经成为了未来很长一段时间该技术发展的主要模式。

2 微带天线传感器的金属裂纹无损检测技术设计

2.1 微带天线传感器的金属裂纹无损检测技术应用原理

在本次所设计的裂纹检测传感器中，其主要由接地板、介质层以及辐射贴片三个部分组合而成。其中，在辐射贴片和接地板中，其主要是由导电金属组合而成。借助到多种不同谐振频率的方式，将其形成一种特殊化电磁谐振腔。具体来看，在这种电磁谐振腔形成过程中，充分发挥了辐射贴片和金属接地板的积极作用。根据具体工作形式，将其组合从而形成。在此过程中，主要检测的是回波损耗和谐振频率两个检测参数[2]。本篇文章主要应用的是微带天线传感器，呈现出矩形特征。因此，其谐振模式辐射有平行于传感器辐射贴片的几何长度和几何宽度两种模式。

2.2 有线微带天线传感器的加工设计

2.2.1 厚膜加工工艺

在厚膜技术应用过程中，其充分融合了多种电子浆料、布线技术以及各种高密度组装工艺技术的积极作用。将其融为一体后，形成一种新式微电子技术。在当前阶段，因其优势较为明显，已经在各个行业中得到了广泛应用。在航空航天、军事工业中，更是因其所独有的高可靠性，成为了许多技术人员的首选操作。同时，厚膜技术作为集成电路得以顺利发展的重要基础，在现阶段以及未来很长一段时间发展中都彰显了其自身所独有的优势。在经过厚膜技术处理之后的膜，具有一定的电气特征和持久性特征。在进行相关性处理和操作过程中，必须要做好前期工作。将浆料中所存在的有机成分进行剔除，在此基础之上，才能完成烧结膜处理。该技术应用过程中，最为关键和核心的便是金属浆料和丝网印刷工艺。其主要流程主要包括了金属浆料制备、网板制作、印刷、干燥处理、烧结和封装作业。

2.2.2 丝网印刷工艺

在开展该部分工作时，需要充分认识到丝网网印板制作所产生的影响。具体来看，作为丝网印刷一种重要工作环节，网板大小、精细度、位置和形状等因素，都会在一定程度上或多或少影响着网板制作。从网板图案形成原理角度来看，其主要指的是将网布放置在网框上，对其进行覆盖之后，并进行固定处理[3]。之后，借助到激光制板方式的积极作用，结合具体工作需求，完成网布图案绘制工作。从其本质上来看，就是将图案部分进行镂空处理。充分发挥出刮板积压工作的积极作用，使得金属浆料能够在图案镂空处漏下去，便会形成一种和原稿相同的图案。

2.2.3 有线微带天线传感器的制备流程

（1）选择一片规格为40mm×40mm×1mm的氧化铝陶瓷片，如果无法对其规格进行控制，则需要找到一片相似性陶瓷片，对其进行切割处理。借助到无水乙醇的积极作用，将其表面进行反复性冲洗处理，避免杂质存在。

（2）完成氧化铝陶瓷片清洗工作之后，需要将所有需要利用到的材料放置于印刷处。需要注意的是，在开展网板和氧化铝位置调节工作中。将网板数目控制在合理范围之内。在具体印刷过程中，刮刀不同力量大小也会对最终设计效果产生影响[4]。因此，从该角度角度出发，多是将其控制在15N～20N之间。从其影响来看，如果用力过大。很容易导致丝网出现变形现象。如果用力过小，则会在完成印刷工作之后，网板上留有残余物质。

（3）完成上述操作之后，则需要对基板进行位置调节工作。严格控制网板和氧化铝之间的位置。在网板数目方面，需要严格贯彻“适度原则”，切不可因网板数量过多导致对浆料产生阻碍现象的发生。

（4）在整个设计工作中，刮刀因其用途广泛，发挥了不可估量的作用。结合具体工作需求，将金属银浆料进行位置调节工作之后，则需要对其进行施压处理。从其影响来看，当完成了该部分操作之后，金属浆料会有很大一部分下落在氧化铝基板位置上，这主要是因为其中会有一个缺口存在。如果发现其中某个部分没有网口，金属浆料则不会渗漏。在完成该部分操作之后，便可以开展后续工作。

（5）将完成印刷辐射贴片的陶瓷片放置于马弗炉中，结合具体情况，设置烧结曲线，对传感器进行共烧处理。为了进一步提升工作效率，确保在生瓷片中的所有有机物能够得到充分燃烧和完全挥发，需要对其温度和时间进行有效调节。在温度方面，需要将其控制在400℃左右。在时间方面，则需要将其进行1小时燃烧。在最后处理中，为了确保金属浆料能够完全烧结，还需要对其温度进行调整。综合了相关调查和研究可以发现：在最后半个小时之内，将温度曲线控制在850℃左右，便是最为理想的状态。最后，只需要将其放置温室环境中进行冷却处理之后，便是完成了传感器制作工作。

（6）借助到焊锡焊的积极作用，制作SMA头，将其放置在制作完成的传感器上。

3 检测金属裂纹的无线无源微带天线传感器的设计与测试

3.1 无线无源微带天线传感器检测金属裂纹工作原理

从其应用原理角度来看，在开展具体测试工作时，天线会根据具体工作需求，向传感器发出询问信号。当传感器接收到信号之后，会将信号进行分批处理。其中，一部分信号会在传感器内部发出谐振频，另外一部分信号则会反射到天线部分[5]。通过对返回信号的分析处理，便可以对金属内部结构情况进行准确判断。如果发现金属内部结构中出现裂纹较大问题时，传感器谐振频率会发生极为明显的变化。如果没有对其进行及时控制，将会使得天线返回矢量网络分析仪中。在天线返回矢量分析仪中，便可以对其变化数据进行准确读取。

3.2 无线无源微带天线传感器的制备过程

在进行该部分传感器制备工作中，材料方面，仍然选择的是文章上述内容中所提到的氧化铝陶瓷和金属银浆料在制作工艺方面，仍然选用文章上述所提到的厚膜工艺。具体制备工艺如下：

选择一片氧化铝陶瓷片，将其切割为型号为30mm×30mm×0.5mm。随后，在制作完成的钢丝网版上有氧化铝陶瓷片的一面进行辐射贴片印刷工作。完成之后，则需要将此陶瓷片放入到马弗炉中，进行加温处理。为了保障生瓷片中所有有机物能够得到完全发挥，需要让其在400℃左右燃烧一小时。之后，便需要让其在850℃左右，时间控制在30min。

4 结束语

综上所述，本篇文章主要针对的是在航空飞行器表面上出现的裂纹问题，提出一种新式检测技术。从其特点来看，这种传感器，其体积较小、质量轻，并且能够和飞行器快速达到共形、灵敏程度较高。尽管是在具体工作中出现了亚毫米的裂纹，也能够进行有效检测。