【技术实现步骤摘要】
一种微波调频热波成像系统及方法
本专利技术属于无损检测、目标探测和医学成像等
,特别是涉及一种微波热成像检测、探测和成像系统及方法。
技术介绍
随着现代科学和工业技术的发展,无损检测技术已成为保证产品质量和设备运行安全的必要手段。目前具有代表性的无损检测技术主要有射线检测、超声检测、渗透检测、磁粉检测、涡流检测以及热成像检测等技术。热成像检测技术采用热源对被检对象进行加热,采用热像仪观测和记录被检对象表面的温度变化信息,以对被检对象表面及内部的缺陷进行检测和评估。热成像检测技术具有非接触、非破坏、无需耦合、检测面积大、速度快等优点,已广泛应用于航空、航天、石油、化工、电力、核能等领域。热成像检测技术可以分为脉冲热成像检测技术、阶跃热成像检测技术、锁相热成像检测技术、脉冲相位热成像检测技术以及调频热成像检测技术。脉冲热成像检测技术需要高能量短时脉冲进行加热,可能对被检对象的表面造成热损伤。阶跃热成像检测技术采用长脉冲进行加热,易受加热不均匀、表面发射率变化等影响。锁相热成像检测技术采用单频热波进行加热,采用幅值图像和相位图像进行缺陷检测,具有可抑制加热不均匀、表面发射率变化等优势,但是每次检测只含有一个频率成分,检测时间长。脉冲相位热成像检测技术融合了脉冲和锁相热成像检测技术的优点,采用多个频率的相位图进行缺陷检测,但是高频成分能量较低。调频热成像检测技术改进了脉冲相位热成像检测技术,采用调频热波进行加热,即含有多个频率成分,各个频率的能量又足够大,可以改进深度分辨率。热成像检测技术采用的热源多种多样,从物理角度而言,有闪光灯、超声波、涡流、激光等。根 ...
【技术保护点】
一种微波调频热波成像系统及方法,其特征在于,系统采用被调频信号幅度调制后的微波对被检对象进行加热,采用热像仪记录被检对象表面的温度信号;设定调频信号或无缺陷区域的温度信号为参考信号;对温度信号和参考信号进行快速傅里叶变换,获得频域的幅值和相位信号,提取特定频率的幅值和相位以及峰值频率等作为特征值;对温度信号和参考信号进行互相关,获得不同延迟时间的相关系数,提取特定延迟时间的相关系数以及峰值延迟时间等作为特征值;对温度信号和参考信号进行频域互相关,获得不同延迟时间的互相关幅值和相位,提取特定延迟时间的互相关幅值和相位以及峰值延迟时间等作为特征值;采用被检区域所有像素点的特征值进行成像。
【技术特征摘要】
1.一种微波调频热波成像系统,其特征在于,主要包括:控制模块、微波产生装置、调频信号产生装置、幅度调制装置、天线、热像仪、微波防护装置、被检对象、计算机、参考信号设定模块、傅里叶变换模块、时域互相关模块、频域互相关模块和成像模块,系统采用被调频信号幅度调制后的微波对被检对象进行加热,采用热像仪记录被检对象表面的温度信号;设定调频信号或无缺陷区域的温度信号为参考信号;对温度信号和参考信号进行快速傅里叶变换,获得频域的幅值和相位信号,提取特定频率的幅值和相位、以及幅值和相位的峰值频率、特定频率的差分幅值和相位以及差分幅值和相位的峰值频率作为特征值;对温度信号和参考信号进行互相关,获得不同延迟时间的相关系数,提取特定延迟时间的相关系数以及峰值延迟时间作为特征值;对温度信号和参考信号进行频域互相关,获得不同延迟时间的互相关幅值和相位,提取特定延迟时间的互相关幅值和相位以及峰值延迟时间作为特征值;采用被检区域所有像素点的特征值进行成像。2.应用权利要求1所述的一种微波调频热波成像系统的方法,其特征在于包括如下步骤:1)把被检对象置于微波防护装置里边,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,产生频率为0.915GHz或2.45GHz的连续微波,并把微波传输到幅度调制装置;4)调频信号产生装置产生调频信号,如线性调频信号或其它非线性调频信号,并把调频信号传输到幅度调制装置;5)幅度调制装置把微波和调频信号进行幅度调制,产生激励信号;如调频信号是线性调频的,则激励信号也是线性调频的;如调频信号是非线性调频的,则激励信号也是非线性调频的;幅度调制装置把激励信号传输到天线;6)天线把激励信号发射到被检对象的被检区域,对被检区域进行体积型加热,被检对象内部产生不同频率的热波;7)热像仪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,该温度信号反映被检对象内部由缺陷造成的热波异常;8)控制模块控制微波产生装置、调频信号产生装置、幅度调制装置结束运行;9)计算机存储温度信号,并运行以下模块;10)参考信号设定模块设定调频信号或无缺陷区域的温度信号为参考信号;11)傅里叶变换模块对温度信号和参考信号进行快速傅里叶变换,得到频域的幅值和相位信号,提取特定频率的幅值和相位以及幅值和相位的峰值频率参数作为特征值;12)时域互相关模块对温度信号和参考信号进行互相关,获得不同延迟时间的相关系数,提取特定延迟时间的相关系数以及相关系数曲线的峰值延迟时间参数作为特征值;13)频域互相关模块对调频信号和温度信号进行频域互相关,获得不同延迟时间的互相关幅值和相位,提取特定延迟时间的互相关幅值和相位以及互相关幅值和相位的峰值延迟时间参数作为特征值;14)成像模块对被检区域内所有像素的温度信号重复步骤11)-13),获得每个像素点的特征值,进行成像显示,对被检对象的内部缺陷进行检测识别,对被检对象不同深度的信息进行成像。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,调频信号产生装置产生线性调频信号或非线性调频信号,且调频信号的各项参数可以调整;调频信号的最小频率决定了本发明所能检测的最大深度,计算公式为:上式中,α为被检对象的热扩散系数,ft为调频信号的最小频率。4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,天线对被检对象进行体积型加热,加热功率P表示为:上式中,ω为微波角频率,ε0为绝对介电常数,ε”为损耗因子,E为微波电场,V为被检对象体积;由于微波电场正比于激励信号的幅值,因此加热功率也随着激励信号的幅值进行变化;由于激励信号包含多个频率成分,因此,被检对象产生的热量也包含多个频率成分,即被检对象内部产生多个不同频率的热波;...
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