一種微波階躍熱成像檢測和層析成像方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無損檢測、醫(yī)學(xué)成像和目標探測等技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微波熱 成像缺陷檢測、層析成像和目標探測方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代科學(xué)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測技術(shù)已成為保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備運行 安全的必要手段。目前具有代表性的無損檢測技術(shù)主要有射線檢測、超聲檢測、滲透檢測、 磁粉檢測、渦流檢測以及熱成像檢測等技術(shù)。
[0003] 熱成像檢測技術(shù)采用熱源對被檢對象進行加熱，采用熱像儀觀測和記錄被檢對象 表面的溫度變化信息，以對被檢對象表面及內(nèi)部的缺陷進行檢測和評估。熱成像檢測技術(shù) 具有非接觸、非破壞、無需耦合、檢測面積大、速度快等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、石 油、化工、電力、核能等領(lǐng)域。
[0004] 熱成像檢測技術(shù)采用的熱源多種多樣，從物理角度而言，有閃光燈、超聲波、渦流、 激光等。根據(jù)熱源物理性質(zhì)的不同，熱成像檢測技術(shù)可以細分為閃光燈熱成像檢測技術(shù)、超 聲波熱成像檢測技術(shù)、渦流熱成像檢測技術(shù)和激光熱成像檢測技術(shù)等。
[0005] 微波加熱（Microwave heating)就是利用微波的能量特征，對物體進行加熱的過 程，具有加熱均勻、速度快、熱慣性小、無污染、可選擇性加熱等特點。國外已有學(xué)者對微波 熱成像檢測技術(shù)進行了研宄。文獻[1]提供了一種微波脈沖熱成像缺陷檢測技術(shù)，采用熱 像圖上某一路徑的溫度輪廓線進行缺陷檢測。文獻[2]提供了一種微波脈沖熱成像缺陷檢 測技術(shù)，采用脈沖調(diào)制微波進行加熱，采用不同時刻的熱像圖和瞬態(tài)溫度信號進行缺陷檢 測。文獻[3]提供了一種微波脈沖熱成像檢測技術(shù)，也采用不同時刻的熱像圖和瞬態(tài)溫度 信號進行缺陷檢測?，F(xiàn)有微波熱成像缺陷檢測技術(shù)存在以下不足：1)缺陷檢測方法依賴原 始的熱像圖和瞬態(tài)溫度曲線，易受噪聲干擾；2)沒有有效的缺陷深度定量方法；3)無法表 征特定深度屬性的變化和實現(xiàn)層析成像。
[0006] 熱成像是一種主要的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，通過探測人體體表的熱輻射進行疾病的診 斷。熱成像技術(shù)早在1970年就應(yīng)用于乳腺疾病的診斷。美國食品藥品監(jiān)督管理局于1983 年正式批準熱成像技術(shù)可應(yīng)用于臨床診斷。隨著計算機技術(shù)和探測傳感器技術(shù)的高速發(fā) 展，出現(xiàn)了熱層析成像技術(shù)。該技術(shù)除了具有常規(guī)熱成像技術(shù)的功能外，還可利用計算機技 術(shù)結(jié)合恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型對熱像進行分析和解讀，獲得體內(nèi)的熱源深度、形狀、分布、熱輻射 值，并依據(jù)正常和異常細胞代謝熱輻射的差別進行分析判斷，方便醫(yī)生對熱像圖進行判斷。
[0007] 近年來，已有學(xué)者對微波熱成像診斷技術(shù)進行了研宄。文獻[4]提出了計算機編 碼的脈沖調(diào)制微波輻照生物組織，采用紅外熱成像的方式觀察分層仿生體模中各層的溫度 分布。文獻[5]采用紅外熱成像儀測量微波輻射器輻照之后分層仿生體模的表面溫度，對 微波熱療中透熱深度進行了研宄。當(dāng)前醫(yī)學(xué)微波熱成像技術(shù)也存在一些不足，如無法實現(xiàn) 層析成像。
[0008] 一些學(xué)者對微波熱成像目標探測技術(shù)進行了研宄。文獻[6]提供了一種微波熱成 像目標探測系統(tǒng)及方法，采用不同時刻的熱像圖對埋在地下的目標進行探測?，F(xiàn)有微波熱 成像目標探測技術(shù)也存在與無損檢測和醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域同樣的不足。
[0009]本發(fā)明公開一種微波階躍熱成像（Microwave step heating thermography， MW-SHT)檢測和層析成像方法及系統(tǒng)，也可以稱為微波長脈沖熱成像（Microwave long pulse thermography，MW-LPT)檢測和層析成像方法及系統(tǒng)^具有操作簡單、抗干擾性強、 易定量、可層析成像等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料、介質(zhì)材料等產(chǎn)品的無損檢測、生物組 織的醫(yī)學(xué)成像以及埋地目標的探測等領(lǐng)域。
[0010] 參考文獻。
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[0013] [3] U. Galietti,D.Palumbo, G. Calia, M. Pellegrini, Non destructive evaluation of composite materials with new thermal methods, in: 15th European Conference on Composite Materials, Venice, Italy, 2012〇
[0014] [4]馬國軍，江國泰，孫兵，脈沖調(diào)制微波輻照生物組織的熱效應(yīng)及紅外熱成 像研宄，紅外與毫米波學(xué)報，31 (2012) 52-56。
[0015] [5]孫兵，江國泰，陸曉峰，曹毅，基于紅外熱成像的微波熱療透熱深度，強 激光與粒子束，21 (2009) 1194-1198。
[0016] [6] ff. Swiderski, P. H osta, L. Szugajew, J. Usowicz, Microwave enhancement on thermal detection of buried objects, in: 11th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography, Naples, Italy, 2012〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有微波熱成像檢測和成像技術(shù)的不足，提供一種微波階躍熱 成像檢測和層析成像方法及系統(tǒng)。系統(tǒng)由控制模塊、微波產(chǎn)生裝置、熱像儀、計算機及算法 模塊等組成。采用微波對被檢對象進行加熱，采用熱像儀記錄被檢對象表面的瞬態(tài)溫度信 號。求出瞬態(tài)溫度信號的二階導(dǎo)數(shù)，提取二階導(dǎo)數(shù)曲線的峰值時間作為特征值；把無缺陷區(qū) 域的瞬態(tài)溫度信號作為參考信號，把被檢區(qū)域的瞬態(tài)溫度信號與參考信號進行差分得到瞬 態(tài)差分信號，提取分離時間和最大值時間作為特征值；采用特征值進行成像，判斷是否存在 缺陷；通過理論分析和試驗，建立特征值與深度的定量關(guān)系，對未知缺陷的深度進行定量； 利用不同時間范圍的溫度上升率，實現(xiàn)不同深度范圍的層析成像。該方法及系統(tǒng)可應(yīng)用于 無損檢測、醫(yī)學(xué)成像和目標探測等領(lǐng)域。
[0018] -種微波階躍熱成像檢測和層析成像系統(tǒng)，主要包括： 1)控制模塊，用于設(shè)定系統(tǒng)工作參數(shù)，控制系統(tǒng)運行； 2) 微波產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生微