[发明专利]一种微波锁相热成像系统及方法

权利要求书

1.一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，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；

其中，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，把特定频率的幅值和相位作为特征值。

2.应用于权利要求1所述系统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0.915GHz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，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。

3.根据权利要求2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，锁相信号的各项参数可以由控制模块进行调整，其频率决定了所能检测的深度，计算公式为：

μ=απft]]>

上式中，α为被检对象的热扩散系数，f_t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。