一種電磁波層析成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是一種電磁波層析成像裝置，涉及計(jì)算機(jī)圖像成型領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁波層析成像根據(jù)所采用的頻率也稱為射頻層析成像、微波層析成像和毫米波層析成像，它是利用低功率電磁波對(duì)物質(zhì)內(nèi)部的介質(zhì)特性進(jìn)行成像，從而對(duì)物質(zhì)內(nèi)部的性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量、分析和評(píng)估，包括溫度、濕度和濃度的測(cè)量。
[0003]在本質(zhì)上，電磁波層析成像采用天線進(jìn)行電磁波的輻射和接收。電磁波通過一個(gè)天線沿著一個(gè)入射方向輻射到成像區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)，與物質(zhì)的介質(zhì)特性產(chǎn)生作用形成一個(gè)散射波，然后通過另一個(gè)天線接收沿著一個(gè)散射方向的散射波，如此構(gòu)成一對(duì)天線之間的電磁波信號(hào)傳輸，再利用電磁波檢測(cè)器測(cè)量散射波信號(hào)的幅度和相位。為了獲得在不同方向入射下多個(gè)方向的散射波數(shù)據(jù)，電磁波層析成像系統(tǒng)一般采用多個(gè)天線，這些天線均勻地排放在成像區(qū)域的邊緣，在獲得這些散射場(chǎng)的數(shù)據(jù)，利用圖像重建方法重建成像區(qū)域內(nèi)物質(zhì)的介質(zhì)特性，形成圖像。
[0004]美國專利W02006/069195闡述了一個(gè)微波成像系統(tǒng)，采用了改良的單偶極子天線進(jìn)行微波信號(hào)的福射與接收。Z.Wu 等(Microwave-tomographic system for oil andgas multiphase flow imaging, 1P Measurement Science and Technology, 2009年第20卷104026)文獻(xiàn)中闡述基于單偶極子的微波成像系統(tǒng)。
[0005]在本實(shí)用新型以前，微波成像系統(tǒng)所用的單偶極子的天線均是開放式的，天線不僅向成像區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)輻射，而且向成像區(qū)域外的各個(gè)方向輻射。這樣，微波成像系統(tǒng)容易受到天線周圍環(huán)境的影響，產(chǎn)生誤差，降低圖像質(zhì)量。美國專利W02006/069195描述了一種減少環(huán)境影響的微波成像裝置，利用裝在一個(gè)非金屬容器內(nèi)的鹽水衰減天線向成像區(qū)域外輻射的電磁波和朝向同一區(qū)域的散射波，但是鹽水的介質(zhì)特性隨環(huán)境溫度、電磁波頻率、鹽份含量而變化，給系統(tǒng)校正帶來不便，也影響系統(tǒng)的成像精度。本實(shí)用新型提出采用金屬柱形電磁屏蔽裝置，以排除天線周圍環(huán)境對(duì)成像系統(tǒng)的影響，確保圖像質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型提供一種電磁波層析成像裝置，用于生成介電常數(shù)的圖像。本實(shí)用新型提供一種電磁波層析成像方法，利用低功率電磁波實(shí)現(xiàn)成像。
[0007]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:
[0008]一種電磁波層析成像裝置，包括一個(gè)金屬的柱形電磁屏蔽裝置，一個(gè)柱形成像區(qū)域、一個(gè)多個(gè)天線構(gòu)成的天線陣列，所述天線陣列排放在圓柱形金屬電磁屏蔽裝置內(nèi)?’每一個(gè)天線具有用于傳輸電磁波信號(hào)的連接口 ；每一個(gè)天線能夠輻射電磁波或者接收電磁波；多個(gè)天線之間通過柱形成像區(qū)域進(jìn)行電磁波信號(hào)傳輸。多個(gè)天線天線的長度方向與所述柱形電磁屏蔽裝置的軸向方向平行、與柱形成像區(qū)域橫截面垂直；天線與圓柱形金屬電磁屏蔽裝置之間設(shè)有空間。
[0009]每個(gè)天線通過電磁波信號(hào)連接口與電磁波信號(hào)源或者電磁波檢測(cè)器連接。
[0010]每個(gè)天線是單偶極子天線，其橫截面為圓形、方形、或長方形；每個(gè)天線有個(gè)共地。
[0011]所述柱形電磁屏蔽裝置由鋁、銅、或者不銹鋼材料制成，柱形電磁屏蔽裝置為天線陣列的共地。
[0012]所述柱形電磁屏蔽裝置包括一個(gè)柱形管道或容器；管道或容器的軸向方向與天線的長度方向平行，管道或容器內(nèi)部構(gòu)成柱形成像區(qū)域。
[0013]一種電磁波層析成像裝置的成像方法，至少有一個(gè)電磁波信號(hào)源，用于電磁波的激勵(lì)，電磁波激勵(lì)頻率??圍為I兆赫茲至100千兆赫茲；
[0014]至少有一個(gè)電磁波檢測(cè)器，用于電磁波的檢測(cè)；至少有一個(gè)測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)所有天線之間的電磁波信號(hào)傳輸測(cè)量，包括幅度和相位的測(cè)量，形成一組測(cè)量數(shù)據(jù)，重建所述柱形成像區(qū)域內(nèi)橫截面上的介電常數(shù)的分布圖像。
[0015]一種電磁波層析成像裝置的成像方法，包含一個(gè)顯示方法，顯示介電常數(shù)的分布圖像。
[0016]一種電磁波層析成像裝置的成像方法，一種電磁波層析成像方法，其特征在于包括以下步驟:
[0017]1)、提供一個(gè)平行的天線陣列，排列在所述柱形成像區(qū)域的周邊，并通過所述柱形成像區(qū)域進(jìn)行信號(hào)傳輸。
[0018]2)、提供一個(gè)金屬的柱形電磁屏蔽裝置，包圍所述天線陣列和柱形成像區(qū)域，形成一個(gè)封閉式的電磁波層析成像結(jié)構(gòu)，減少成像區(qū)域外環(huán)境的影響。
[0019]3)、提供一個(gè)測(cè)量方法，測(cè)量天線之間的信號(hào)傳輸，包括幅度和相位的測(cè)量。
[0020]4)、提供一個(gè)圖像重建方法，利用天線之間的信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)導(dǎo)出所述柱形成像區(qū)域內(nèi)介電常數(shù)的分布圖像。
[0021]本實(shí)用新型一種電磁波層析成像裝置，技術(shù)效果如下:
[0022]所述裝置和方法能夠?qū)μ炀€陣列所包圍區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行成像，生成介電常數(shù)的分布圖像；
[0023]所述裝置能夠屏蔽天線對(duì)裝置以外的輻射，排除天線周圍環(huán)境對(duì)成像系統(tǒng)的影響，確保數(shù)據(jù)采集和成像質(zhì)量。
【附圖說明】
[0024]圖1示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面透視圖，包括金屬電磁屏蔽裝置和天線陣列。
[0025]圖2示出了第一實(shí)施方案的平面示意圖，包括電磁波連接口 ；金屬電磁屏蔽裝置為圓柱形，天線陣列以圓柱形排列，天線為有圓形橫截面的單偶極子天線。
[0026]圖3示出了第二實(shí)施方案的平面示意圖，包括電磁波連接口，其中天線為有長方形橫截面的單偶極子天線。
[0027]圖4示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面透視圖，其中金屬電磁屏蔽裝置沿著軸向方向以及成像區(qū)域的邊緣延長。
[0028]圖5示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第四實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面透視圖，其中金屬電磁屏蔽裝置為圓柱形，成像區(qū)域?yàn)殄F柱形，天線與其共形，排列在錐柱形成像區(qū)域的邊緣。
[0029]圖6示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第五實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面透視圖，其中金屬電磁屏蔽裝置和成像區(qū)域均為錐柱形，天線與其共形，排列在錐柱形成像區(qū)域的邊緣。
[0030]圖7示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第六實(shí)施方案的裝置的平面示意圖，其中金屬電磁屏蔽裝置為方柱形，天線陣列以方柱形排列。
[0031]圖8示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第七實(shí)施方案的裝置的平面示意圖，其中金屬電磁屏蔽裝置為方柱形，天線陣列以圓柱形排列。
[0032]圖9示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第八實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面透視圖，其中金屬電磁屏蔽裝置的內(nèi)壁附有吸波材料。
[0033]圖10示出本實(shí)用新型的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]本實(shí)用新型是一種電磁波層析成像裝置，提供一個(gè)金屬的柱形電磁屏蔽裝置，一個(gè)柱形成像區(qū)域、一個(gè)多個(gè)天線構(gòu)成的天線陣列，天線陣列排放在柱形成像區(qū)域的邊緣，天線陣列排放在金屬的柱形電磁屏蔽裝置內(nèi)，每個(gè)天線具有電磁波信號(hào)連接口，用于傳輸電磁波信號(hào)，能夠輻射電磁波或者接收電磁波，天線之間通過所述柱形成像區(qū)域進(jìn)行電磁波信號(hào)傳輸。
[0035]“天線”是個(gè)輻射和接收電磁波的裝置。天線是形狀可以是線天線，如單偶極子天線、雙偶極子天線和螺旋天線，也可以是波導(dǎo)天線，如開口波導(dǎo)天線。通常情況下，本實(shí)用新型采用的天線為單偶極子天線，其橫截面一般為圓形，也可以是方形、長方形或其它形狀。天線的特性在許多教科書中已經(jīng)有了詳細(xì)的描述(如J.D.Kraus, Antennas，McGraw-Hill)。天線福射可分為近區(qū)場(chǎng)和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，福射場(chǎng)可以是垂直極化、水平極化、圓極化，近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)可以利用麥克斯韋方程求解。
[0036]天線陣列中的每個(gè)天線的長度大體上相同，長度方向與金屬的柱形電磁屏蔽裝置的軸向相同。天線由金屬材料制成，金屬的柱形電磁屏