一种微波锁相热成像系统及方法
专利汇可以提供一种微波锁相热成像系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 微波 锁 相热成像系统及方法。系统采用被周期性锁相 信号 幅度调制后的连续微波对被检对象进行周期性加热，在被检对象内部产生周期性变化的热波，采用热像仪记录被检对象表面周期性变化的 温度 信号，该温度信号可以反映 缺陷 造成的热波异常。根据锁相信号或无缺陷区域的温度信号设定参考信号；对温度信号和参考信号进行快速傅里叶变换，提取特定 频率 （如锁相频率）的幅值和 相位 作为特征值；对温度信号和参考信号进行锁相相关，提取锁相频率的幅值和相位等作为特征值；采用被检区域所有 像素 点的特征值进行重构成像。该方法及系统具有 信噪比 高、可抑制发射率变化、检测深度大等优势，可广泛应用于 无损检测 、医学成像和目标探测等领域。，下面是一种微波锁相热成像系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种微波锁相热成像系统及方法，其特征在于，系统由控制模块、微波产生装置、锁相信号产生装置、幅度调制装置、功率放大器、天线、热像仪、微波防护装置、计算机及多个算法模块等组成；系统采用被周期性锁相信号幅度调制后的连续微波对被检对象进行周期性加热，在被检对象内部产生周期性变化的热波，采用热像仪记录被检对象表面变化的温度信号；根据锁相信号或无缺陷区域的温度信号设定参考信号；对温度信号和参考信号进行快速傅里叶变换，提取特定频率（如锁相频率）的幅值和相位作为特征值；对温度信号和参考信号进行锁相相关，提取锁相频率（如锁相频率）的幅值和相位等作为特征值；采用被检区域所有像素点的特征值进行重构成像。
2.根据权利要求1所述的一种微波锁相热成像系统，其特征在于，主要包括：控制模块、微波产生装置、锁相信号产生装置、幅度调制装置、功率放大器、天线、热像仪、微波防护装置、平台、被检对象、计算机、参考信号设定模块、傅里叶变换模块、锁相相关模块、成像模块等。
3.根据权利要求1所述的一种微波锁相热成像方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
1)把被检对象置于微波防护装置内的平台上，调整好天线和被检对象的位置，使天线可对被检对象的被检区域进行加热，调整热像仪的位置和各项参数，使热像仪的视场覆盖被检对象的被检区域；
2)采用控制模块设定系统工作参数，触发系统开始运行；
3)微波产生装置为磁控管或其它连续微波源，产生频率为0.915G或2.45G Hz的连续微波，并把微波传输到幅度调制装置；
4)锁相信号产生装置产生周期性的锁相信号，如正弦波信号或脉冲波信号，并把锁相信号传输到幅度调制装置；
5)幅度调制装置把微波和锁相信号进行幅度调制后作为激励信号，并把激励信号传输到功率放大器；
6)功率放大器把激励信号进行功率放大，并把放大后的激励信号传输到天线；
7)天线把激励信号发射到被检对象的被检区域，对被检区域进行周期性加热，被检对象内部产生周期性变化的热波，缺陷在被检对象内部造成热波异常，改变了热波的幅值或相位；
8)热像仪记录被检对象的被检区域表面周期性变化的温度信号，并把温度信号传输给计算机，该温度信号可反映被检对象内部由缺陷造成的热波异常；
9)控制模块控制微波产生装置、锁相信号产生装置、幅度调制装置等结束运行，停止对被检对象加热；
10)计算机存储温度信号，并运行以下模块；
11)参考信号设定模块根据锁相信号产生参考信号，或采用无缺陷区域的温度信号为参考信号；
12)傅里叶变换模块把温度信号和参考信号进行快速傅里叶变换，提取特定频率（如锁相频率）的幅值和相位作为特征值；
13)锁相相关模块把温度信号和参考信号进行锁相相关，提取特定频率（如锁相频率）的幅值和相位作为特征值；
14)成像模块对被检区域内所有像素的温度信号重复步骤12)-13)，获得每个像素点的特征值，进行成像显示，并对被检对象的内部缺陷进行检测识别。
4.根据权利要求3所述的一种微波锁相热成像方法，其特征在于，锁相信号产生装置产生周期性锁相信号，如正弦波信号或脉冲波信号；锁相信号的各项参数可以由控制模块进行调整，其频率决定了本发明所能检测的深度，计算公式为：
上式中，α为被检对象的热扩散系数，ft为锁相频率；当锁相信号为正弦波时，锁相频率是锁相信号频率的2倍；当锁相信号为脉冲波时，锁相频率等于锁相信号频率；如果要改变检测深度，则需要改变锁相信号的频率；相应地，锁相频率也会改变；幅度调制装置把微波和锁相信号进行幅度调制后作为激励信号，激励信号的包络线是周期性变化的，频率为锁相频率。
5.根据权利要求3所述的一种微波锁相热成像方法，其特征在于，天线对被检对象进行周期性加热，被检对象内部产生频率为锁相频率及其倍频的热波；如果被检对象中存在缺陷，则缺陷区域产生的热量与等同体积的被检对象材料产生的热量不同，或者缺陷会阻碍热波的扩散，进而改变热波的幅值和相位，即造成热波异常。
6.根据权利要求3所述的一种微波锁相热成像方法，其特征在于，表面变化的温度信号是随着激励信号的包络线周期性变化的；缺陷造成的热波异常能否传递到被检对象表面，是缺陷能否被检测的关键，并与缺陷深度和热波扩散长度有关系；根据热波理论，热波扩散长度μ可表示为：
上式中，α为被检对象的热扩散系数，ωt为热波的角频率；当缺陷深度小于热波扩散长度时，热波异常会扩散到表面；当缺陷深度大于热波扩散长度时，热波异常不能扩散到表面；因此，通过分析被检对象表面的温度信号，就可以分析热波异常，进而对被检对象内部的缺陷进行检测。
7.根据权利要求3所述的一种微波锁相热成像方法，其特征在于，参考信号设定模块的实现方法是，根据锁相信号，设置频率为锁相频率的正弦波为参考信号；当锁相信号为正弦波时，锁相频率为正弦波频率的二倍；或者，参考信号设定模块设定无缺陷区域的温度信号为参考信号。
8.根据权利要求3所述的一种微波锁相热成像方法，其特征在于，傅里叶变换模块的实现方法是：第一步，对温度信号进行快速傅里叶变换，得到频域的幅值和相位信号，提取特定频率（如锁相频率）的幅值和相位等作为特征值；第二步，对参考信号进行快速傅里叶变换，得到频域的参考幅值和相位信号；第三步，从频域的幅值和相位信号中减去频域的参考幅值和相位信号，得到频域的差分幅值和相位信号，提取特定频率（如锁相频率）的差分幅值和相位等作为特征值。
9.根据权利要求3所述的一种微波锁相热成像方法，其特征在于，锁相相关模块的实现方法是：第一步，对参考信号乘以2得到同相参考信号；第二步，对参考信号进行希尔伯特变换再乘以2后得到正交参考信号；第三步，对温度信号和同相参考信号进行相乘和快速傅里叶变换后得到实部信号；第四步，对温度信号和正交参考信号进行相乘和快速傅里叶变换后得到虚部信号；第五步，对实部信号和虚部信号求幅值和相位后，得到幅值和相位信号；第六步，把特定频率（如锁相频率）的幅值和相位作为特征值。
10.根据权利要求3所述的一种微波锁相热成像方法，其特征在于，成像模块的实现方法是：对被检区域内所有像素的温度信号18重复权利要求3中的步骤12)-13)，获得每个像素点在特定频率的幅值和相位等特征值，进行成像显示，对被检对象内部的缺陷进行检测识别。
一种微波锁相热成像系统及方法
技术领域
背景技术
发明内容
2)微波产生装置，用于产生频率固定的连续微波，并传输到幅度调制装置；
3)锁相信号产生装置，用于产生周期性锁相信号，如正弦波信号、脉冲波信号，并把锁相信号传输到幅度调制装置；
4)幅度调制装置，用于把微波和锁相信号进行幅度调制后作为激励信号，并把激励信号传输到功率放大器；
5)功率放大器，用于把激励信号进行功率放大，并把放大后的激励信号传输给天线；
6)天线，用于发射激励信号至被检对象，并周期性加热被检对象；
7)热像仪，用于记录被检对象的被检区域表面随时间变化的温度信号，并把温度信号传输给计算机；
8)微波防护装置，用于防止微波泄漏；
9)平台，用于放置和固定被检对象；
10)被检对象，被检测的对象，其内部可能含有裂纹、气泡、脱层、水分等损伤或肿瘤等病变组织（以下简称缺陷或肿瘤等病变组织为缺陷）；
11)计算机，用于存储、显示、处理和分析热像仪传输的温度信号，并执行以下模块；
12)参考信号设定模块，用于设定参考信号；
13)傅里叶变换模块，把温度信号和参考信号进行快速傅里叶变换，提取特定频率的（差分）幅值和相位作为特征值；
14)锁相相关模块，把温度信号和参考信号进行锁相相关，提取特定频率的幅值和相位作为特征值；
15)成像模块，把被检对象的被检区域每个像素点的特征值进行成像显示。
24-土地；25-埋地目标。
具体实施方式
14、成像模块15等。
如果被检对象10中存在缺陷，则缺陷区域产生的热量与等同体积的被检对象材料产生的热量不同，或者阻碍热波的扩散，进而改变被检对象内部热波的幅值和相位，即造成热波异常。
10表面，是缺陷能否被检测的关键。根据热波理论，热波的扩散长度μ可表示为：
上式中，α为被检对象的热扩散系数，ωt为热波角频率。可见，频率较低的热波扩散长度大。当缺陷深度小于扩散长度时，热波异常会扩散到表面；当缺陷深度大于扩散长度时，热波异常不能扩散到表面。因此，通过分析被检对象10表面的温度信号18，就可以分析热波异常，进而对被检对象10内部的缺陷进行检测。
上式中，A(f)和φ(f)分别为幅值和相位。图3示出了傅里叶变换模块13的实现框图。第一步，对温度信号18进行快速傅里叶变换，得到频域的幅值和相位信号，提取特定频率（如锁相频率）的幅值和相位等作为特征值；第二步，对参考信号19进行快速傅里叶变换，得到频域的参考幅值和相位信号；第三步，从频域的幅值和相位信号中减去频域的参考幅值和相位信号，得到频域的差分幅值和相位信号，提取特定频率（如锁相频率）的差分幅值和相位等作为特征值。
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