[发明专利]微波传感器

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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(vector network analyser,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。

发明内容