[发明专利]基于矩阵分解的微波热成像无损检测系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微波加热的红外成像缺陷检测系统及其检测方法，具体涉及基于矩阵分解的微波热成像无损检测系统及检测方法，属于无损检测、医学成像和目标探测技术领域。

背景技术

主动式红外热成像检测具有非接触、结果直观、检测面积大、检测速度快、对分层缺陷敏感、深度定量等优点。传统的主动式热成像无损检测主要采用光学加热方式，只能对被检材料的表面进行直接加热，内部需依靠热传导方式进行加热。

近年来，体积或内部加热方式已引起人们的重视，由此催生了新的主动式热成像检测技术，如超声波热成像检测技术、涡流热成像检测技术和微波热成像 (Microwave Thermography，MT)检测技术。超声波热成像检测技术是接触式的，且要求被检对象位置固定，还受共振频率的干扰。涡流热成像检测技术虽然是非接触式的，但是受激励线圈形状影响，非均匀加热现象非常严重。

在授权公告号为CN105021697B的中国发明专利文献中公开了一种低密度异物检测及种类鉴别的热声成像方法和装置。所述方法包括获取热声图像、获取声速分布图像和鉴别异物类型三个步骤。低密度异物在脉冲微波激发源激发下，能够吸收微波能量产生热声效应并释放出热声信号，利用重建热声图像可以实现异物大小、形状和位置的检测。当异物与周围物质密度不同时，热声波在其中的传播速度及穿透特性也会随着变化，通过重建异物声速分布图像即可实现异物的种类鉴别。

该低密度异物检测及种类鉴别的热声成像装置运行时，由于脉冲微波激发的热声波是一种位于超声频段的机械波，实际上还是一种超声波，而超声波热成像检测技术是接触式的，且要求被检对象位置固定，还受共振频率的干扰。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供基于矩阵分解的微波热成像无损检测系统，能够解决对不同类型缺陷进行快速成像和分离，突出缺陷范围热空间模式特征提取，解决了邻近缺陷由于温度混叠无法定位、分离和亚表面缺陷损伤面积难以有效量化问题；解决了对缺陷的自动分离问题，能对不同能量的撞击缺陷和损伤面积进行快速成像。

本发明的另一个目的在于提供基于矩阵分解的微波热成像无损检测系统的检测方法。

本发明的技术方案如下：

方案一

基于矩阵分解的微波热成像无损检测系统，其特征在于：包括微波激励装置和热成像监测装置；微波激励装置包括微波信号发生器、微波信号放大器微波激励传感器和吸波材料；热成像监测装置包括热像仪和数据采集处理装置；数据采集处理装置分别与微波信号发生器和热像仪连接，从而获得被测物的温度变化数据。

其中，所述微波激励传感器(3)采用喇叭天线和矩形开口波导。

方案二

基于矩阵分解的微波热成像无损检测系统的检测方法，采用方案一所述的基于矩阵分解的微波热成像无损检测系统，该检测方法包括以下步骤：

S1：微波信号发生器向微波信号放大器输出微波信号；

S2：微波信号放大器将微波信号放大后通过微波激励传感器辐射到被测物上；

S3：采用热像仪记录被测物的表面温度变化，并传送给数据采集处理装置；

S4：数据采集处理装置采集热像仪记录的温度信号并处理得到单信道转换多信道盲源热图空间及时频域，从而获得被测物的表面和内部的缺陷信息。

其中，步骤S4包括以下子步骤：

S4-1:将热像仪视为单信道盲源混合信号接收器；根据计算得到t 时间点盲源混合热图空间及时频域；其中，t＝1,2,...,T是热像仪检测时间，Y(t)为 S＝N_x×N_y维矩阵，其中，s＝1,2,...,S表示空间位置，描述了在t时间点各盲源区信号在混合信号中所占权值；

S4-2:根据

计算得到单信道线性盲源热图空间及时频域；

S4-3:根据计算得到单信道转换多信道盲源热图空间及时频域，从而获得被测物的表面和内部的缺陷信息；其中，Xi(t)表示第i个盲源区信号，N(t)假设为具有高斯分布特征杂波信号， Ns表示盲源总数，vec()表示向量转换，mi是ith混合参数向量，M＝[m₁,...,m_N]是盲源混合参数矩阵。

本发明具有如下有益效果：