近日， JFE 商事电子株式会社（JFE Shoji Electronics Corporation；总部：日本东京都千代田区；总裁：Takaaki Yanagisawa）与大阪大学合作，宣布利用毫米波雷达技术检测建筑物外墙内部缺陷*的非接触、无损实验取得成功。2021 年的第二次实验证实了该技术的重大改进，包括毫米波雷达的小型化和轻量化，以及在不到 1/1000 毫秒的时间内检测到每个点的缺陷。

(如瓷砖与砂浆层之间的空隙、混凝土框架与砂浆层之间的空隙等）。

本实验是与大阪大学大学院工学研究科的长妻忠雄教授、李毅助教、研究生小薮勇介（硕士课程）和王正明（硕士课程）合作进行的，并得到了东京电力控股公司、清水公司和 SocialDrone 的合作。该项目是在东京电力控股公司（Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc.

演示实验的背景

在检查公寓、办公楼等高层建筑的外墙时，敲击检查和目视检查是主流。随着技术的发展，使用高精度相机和无人机等红外线进行更详细的调查已成为可能，但这种方法无法实现内部缺陷的可视化，并且测量结果的可靠性存在问题. 塔.

针对这种情况，J-Sho Electronics与我们有着长期合作关系的大阪大学合作，启动了一个项目，开发一种使用具有穿透材料能力的微波和毫米波的新检查方法。第一个模型于 2021 年发布，成功以非接触、无损的方式透视烟囱内壁衬里材料的厚度。现在，通过改进雷达技术，我们已经成功地直接可视化建筑物外墙的内部缺陷。

使用无人机进行无损检测

第二次验证实验概要

第一个模型的主要改进是“重量”、“灵敏度”和“测量时间”。

(1) 雷达部分重量不到1/3，使制造小型无人机成为可能

通过技术改进，我们成功地将第一款型号的毫米波雷达部分的重量从1,300克减轻到435克。这样一来，之前实验中只能使用大型无人机（6.3公斤）才能实现的功能，现在可以使用小型无人机（1.4公斤）来实现。

(2) 近距离提高灵敏度

无人机悬浮需要升力，一般来说，无人机越大，需要的升力越大。因此，如果大型无人机靠近外墙放置，无人机本身产生的风会导致稳定飞行变得困难。由于小型无人机比大型无人机需要的升力较小，因此我们成功地将毫米波雷达天线距离墙壁更近了约10厘米至30厘米。这使得能够以更高的灵敏度检测内部缺陷。

(3) 测量时间缩短至 1/1000

第一个模型需要几秒钟来测量每个测量点，但通过技术改进，现在可以在 1 毫秒内检测到，不到 1/1000 的时间。一般来说，空中的无人机即使在静止状态下也会轻微波动，但几毫秒的时间比这种波动要短得多，使得更精确的测量成为可能。

技术细节

本项目采用的毫米波雷达技术是一种利用光通信技术的雷达系统，通过检查无线电波的频率差来识别外墙内部缺陷的位置。

在光通信波长（1.55μm）波段，产生两种不同波长的光信号，通过光纤传输，并通过将光信号馈入光电转换器将光信号转换为电信号。这会产生频率与两个光信号之间的波长差相对应的无线电波。通过精确控制光的波长，可以产生大约 4GHz 至 40GHz 范围内任何频段的无线电波。

该无线电波在改变其频率的同时照射目标物体。通过计算从目标物体反射回来的无线电波与原始无线电波之间的幅度差，可以确定外墙内部缺陷的位置。

雷达检测砂浆和瓷砖内部的缺陷

在这次演示实验中，我们开发了一种新技术，可以将频率范围从 4GHz 高速改变到 40GHz。这使得在每个点不到 1 毫秒的时间内获得雷达照射点的缺陷信息成为可能。

此外，无人机有效载荷（机载设备）的重量大幅减少，仅包含光电转换器、雷达电路和天线（用于发射和接收）。用于产生和处理光信号的控制设备放置在地面上，通过使用轻型光纤电缆和低频电信号电缆将其连接到无人机来实现功能。

无人机无损检测系统示意图

这项研究成果将于2023年12月5日（星期二）至12月8日（星期五）在台湾举行的国际会议“亚太微波会议（APMC2023）”上发表。我做到了。

・毫米波雷达

毫米波是指30GHz至300GHz频段的无线电波，波长以毫米为单位。 G是10⁹的单位。毫米波雷达是一种通过将毫米波照射到物体上进行传感的设备，可以测量物体的距离、角度以及与物体的相对速度等位置信息。在日本，24 GHz（0.2 GHz 频段，75 cm 理论分辨率）、60 GHz（7 GHz，2.14 cm）、77 GHz（1 GHz，15 cm）和 79 GHz（4 GHz，3.75 cm）用于-车载雷达。

长妻教授的评论

在这个演示实验中，我们使用了国际先进电信研究所 (ATR) 的大型电波暗室。无人机被放置在GPS无法到达的环境中，由专业飞行员手动控制飞行。未来，我们希望将自主飞行无人机、远程机器人等与已开发的雷达技术相结合，进一步加快实际应用的研发。

未来展望| 以节省劳动力、让检测工作更安全为目标

目前，建筑行业的长期问题之一是由于工程师的老龄化和退休而导致的整体劳动人口的下降以及技术人员和研究人员的短缺。在这样的环境下，无人机巡检因其效率和安全性而存在很高的市场需求，预计到2027年将从目前的数百亿日元规模增长到1000亿日元以上。

通过该项目，JCOM Electronics 旨在延长可持续建筑的使用寿命，确保高效率和安全性，而不需要大规模的资本投资或人力资源。也是全社会防灾减灾的实现。

未来，我们将继续开发利用配备毫米波雷达的无人机和机器人在二维平面上对建筑物进行广域扫描的技术，以及对各种结构和基础设施设备进行诊断的实际应用。