[发明专利]一种微波锁相热成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测、目标探测和医学成像等技术领域，特别是涉及一种微波热成像检测、探测和成像系统及方法。

背景技术

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以及脉冲相位热成像检测技术。脉冲热成像检测技术采用高能量短时脉冲进行加热，操作简单，易于定量，但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低能量长脉冲进行加热，易于定量，但是易受加热不均匀、表面发射率变化等影响。锁相热成像检测技术采用周期性变化的热波进行加热，采用幅值和相位图像进行缺陷检测，具有抑制加热不均匀、表面发射率变化等优势，但是深度分辨率小，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。

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、红外线、超声波、涡流、激光等。根据热源物理性质的不同，热成像检测技术包含闪光灯热成像检测技术、超声波热成像检测技术、涡流热成像检测技术和激光热成像检测技术等。每种热源具有自己的独特优势和适用对象。

微波加热就是利用材料的介质损耗，对物体进行加热的过程，具有加热均匀、速度快、可选择性加热、热惯性小、无污染等特点。国外已有学者对微波加热的热成像检测技术进行了研究。文献[1]提供了一种微波脉冲热成像缺陷检测技术，采用热像图上某一路径的温度轮廓线进行缺陷检测。文献[2]提供了一种微波脉冲热成像缺陷检测技术，采用脉冲调制微波进行加热，采用不同时刻的热像图进行缺陷检测。文献[3]提供了一种微波热成像检测系统，采用函数发生器和继电器控制商用微波炉的开关，对被检对象进行断续加热，系统集成度较低，功能简单，不实用。现有微波热成像缺陷检测技术存在以下不足：1）缺陷检测方法主要依赖原始的热像图和瞬态温度曲线，易受噪声干扰；2）难以克服加热不均匀和表面发射率的干扰；3）受热波信号衰减影响，检测深度较小。

热成像是一种主要的医学成像技术，通过探测人体体表的热辐射进行疾病的诊断。热成像技术早在1970年就应用于乳腺疾病的诊断。美国食品药品监督管理局于1983年正式批准热成像技术可应用于临床诊断。随着计算机技术和探测传感器技术的高速发展，开发出红外热层析成像技术。该技术除了具有常规热成像技术的功能外，还可利用计算机技术结合恰当的数学模型对热像进行分析和解读，获得体内的热源深度、形状、分布、热辐射值，并依据正常和异常细胞代谢热辐射的差别进行分析，方便医生对热像图进行判断。

近年来，已有学者对微波热成像诊断技术进行了研究。文献[4]提出了计算机编码的脉冲调制微波辐照生物组织，采用红外热成像的方式观察分层仿生体模中各层的温度分布。文献[5]采用红外热成像仪测量微波辐射器辐照之后分层仿生体模的表面温度，对微波热疗中透热深度进行了研究。

一些学者对微波热成像目标探测技术进行了研究。文献[6]提供了一种微波热成像目标探测系统及方法，采用不同时刻的热像图对埋在地下的目标进行探测。

本发明公开一种微波锁相热成像（Microwave lock-in thermography, MW-LIT）系统及方法。具有信噪比高、可抑制发射率变化、检测深度大等优点，可广泛应用于介质材料、复合材料、非金属材料等的无损检测、生物组织的医学成像以及地下目标的探测等领域。

参考文献。

[1].Cheng L, Tian G Y, Szymanik B. Feasibility studies on microwave heating for nondestructive evaluation of glass fibre reinforced plastic composites[A]. In Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC), 2011 IEEE[C], 2011: 1-6。