[发明专利]基于矩阵分解的矩形波导扫频微波成像系统及检测方法

说明书

本发明涉及一种基于矩阵分解的矩形波导扫频微波成像系统，包括计算机、显示单元、XYZ位移机构、定向信号分束电路、信号分析单元、微波信号源和波导；所述计算机通过串口连接控制XYZ位移机构移动波导，执行数据采集和处理；所述显示单元显示最终检测结果图像；所述XYZ位移机构对矩形波导或被测物进行移动，实现控制波导与被测物之间的检测距离并采集检测数据；所述5定向信号分束电路将部分传输信号与反射信号进行分离定向；所述波导为矩形开口波导，实现微波信号发射和采集功能；所述信号分析单元为矢量网络分析仪，实现微波信号幅值和相位的测量；所述微波信号源通过信号分束电路对波导传输微波信号；所述波导与所述信号分析单元通过同轴电缆相连接；所述计算机与所述信号分析单元通过通用接口总线（GBIP）相连接。

技术领域

本发明涉及一种矩形波导微波成像系统及其检测方法，具体涉及基于矩阵分解的矩形波导扫频微波成像系统及检测方法，属于无损检测、医学成像和目标探测技术领域。

背景技术

微波成像检测技术的原理是综合研究微波与被测物体的相互作用，一方面微波在不连续的界面会产生反射、散射、透射，来实现对被测材料表面和亚表面检测；另一方面微波还会和被测材料相互作用，此时微波信号会受到材料中的电磁参数和几何参数影响，从而实现对材料物理电磁特性的检测。与超声检测相比，它的主要优点是操作方便,不需要耦合剂,而且很容易穿过空气介质，非接触测量，检测速度快，可实现图像化和自动化检测，并同时评估被测材料物理特性状况。与射线检测相比,微波对人体无辐射性危害。微波成像检测技术在非金属涂层下金属腐蚀检测和定量分析上的优势引起了广泛关注。该技术结合微波成像优点，能快速的穿透涂层避免遭受很高的衰减，然后与金属内部结构互相作用，从而形成涂层下金属及其构件图像，实时在线测量涂层及其金属构件的厚度变化情况。

在过去的二十年中，微波成像检测的潜力已经被各种试验研究证实了，包括使用雷达传感器、开口波导、同轴探针等。Huber等使用横向磁场来获得正交模式向量，然后将这一方法扩展到预估未知磁电流流动方向，从而提供了微波检测的理论分析模型。在众多微波成像系统中，近场开口波导微波检测在多层结构检测上应该是最有前途的技术一种。周在杞研究了利用微波检测技术来监测金属管内部的腐蚀减薄情况。侯哲等分析了基于微波技术的复合材料内部缺陷的检测机理，并与其它无损检测方法进行了比较，突出了微波检测的快速，直观和安全的特性。何存富等使用带法兰的矩形波导探头，运用反射系数的相位来高精度地表征热障涂层的厚度变化，可以精确到8μm的分辨率。杨玉娥等利用商业仿真软件CST的微波工作室对微波检测涂层下的金属裂纹进行了操作频率的参数优化。

微波成像检测在实际检测中，由于获取数据时间长和数据量大，包含了丰富的信息，选择和运用合理的信号处理方法是取得有效结果的必要前提。对比以上的微波检测技术，人为选择频率和特征值方法不客观，极易受到干扰，只能针对特定研究，对类似问题重复性差，并且丢失了除选择的频率范围外的大量微波图像信息，难以实现智能化和自动化。

在申请公布号为CN106950229A的中国发明专利文献中公开了基于一种近场效应的拉索内部钢结构锈蚀损伤成像装置，包括射频微波扫描器、扫描检测控制器和微波功率成像计算机；

所述射频微波扫描器具有整体呈竖向筒状、上端封闭且下端为锥尖形的波导壳体，所述波导壳体的下端锥尖末端设有狭缝开口；所述波导壳体外位于狭缝开口旁侧位置处设置有射频微波发射天线，且其射频微波发射方向朝向波导壳体下端锥尖的狭缝开口下方临近位置处；所述波导壳体内位于狭缝开口上方位置处固定设置有微波功率计；