基于寬頻磁波透射模型參數(shù)辨識(shí)的檢測(cè)成像方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及寬頻磁波檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)、人 體內(nèi)部探測(cè)成像、缺陷目標(biāo)識(shí)別等基于寬頻磁波透射模型參數(shù)辨識(shí)的檢測(cè)成像方法與裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)是在不損害或不影響被檢測(cè)對(duì)象使用性能的前提下，利用聲、光、電 和磁等特性的變化，借助相關(guān)技術(shù)對(duì)試件內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化等進(jìn)行檢查和測(cè) 試，是工業(yè)發(fā)展不可或缺的技術(shù)手段。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)可食農(nóng)產(chǎn)品的要求不再 滿足于其數(shù)量，而對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的外觀、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)成分含量等品質(zhì)要求越來(lái)越高，故無(wú)損檢測(cè) 也逐漸應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)中，如堅(jiān)果的飽滿度檢測(cè)，常用技術(shù)包括近紅外光譜分析技 術(shù)、核磁共振和聲振動(dòng)技術(shù)等。近紅外光譜分析技術(shù)只適合對(duì)含氫基團(tuán)的組分或相關(guān)屬性 進(jìn)行測(cè)定，要求組分含量一般應(yīng)大于〇. 1%，且測(cè)試靈敏度較低；核磁共振存在射頻致熱效 應(yīng)、噪聲等問(wèn)題，且成像系統(tǒng)體積大，設(shè)備昂貴且檢測(cè)費(fèi)用貴，需要專門的工作場(chǎng)地和環(huán)境； 聲振動(dòng)技術(shù)以超聲作為信息載體，要求探頭與試件表面緊耦合，使用起來(lái)不夠方便，不適用 于形狀復(fù)雜或外形不規(guī)則的試件檢測(cè)。
[0003] 鑒于此，本專利根據(jù)麥克斯韋方程提出一種基于寬頻磁波透射模型參數(shù)辨識(shí)的檢 測(cè)成像方法與裝置，該方法以磁波為載體，通過(guò)對(duì)試件所處磁信道傳遞函數(shù)的參數(shù)辨識(shí)結(jié) 果進(jìn)行三維成像，進(jìn)而對(duì)試件內(nèi)部特征進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。本專利所述方法具有磁波 頻率低、對(duì)人體無(wú)害、環(huán)境逸散小且裝置探頭口徑小、體積小、非接觸式、精度高且成本低等 優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于工業(yè)制造檢測(cè)、公路橋梁檢測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)、生物及人體檢測(cè)等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)目前檢測(cè)領(lǐng)域存在的一些諸如靈敏度不高、檢測(cè)方式對(duì)人體有害、設(shè)備復(fù)雜 和成本高等不足，本發(fā)明目的在于提出一種基于寬頻磁波透射模型參數(shù)辨識(shí)的檢測(cè)成像方 法與裝置。借助通信模塊，在發(fā)射端獲取的寬頻檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后控制發(fā)射線圈中的 電流，產(chǎn)生寬頻交變電流信號(hào)通過(guò)發(fā)射線圈產(chǎn)生交變感應(yīng)磁場(chǎng)（磁波），這個(gè)交變磁場(chǎng)中攜 帶著信息。同時(shí)，在發(fā)射線圈后端設(shè)置的永磁體會(huì)產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)作為載磁（類似于 通信中的載波）可將這個(gè)交變磁波向遠(yuǎn)處推送。磁波穿過(guò)試件，即在試件處發(fā)生透射后被 接收線圈（或磁阻傳感器、霍爾傳感器）拾得后會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種磁波從發(fā)射到接收 所經(jīng)歷的路徑可以看成是一個(gè)透射磁信道，簡(jiǎn)稱磁信道，且該路徑從試件內(nèi)部透過(guò)。不同材 料的磁化系數(shù)各不相同，具有各向異性，甚至相差懸殊，如水的磁化系數(shù)為-0. 91X1(T5,而 氧氣的磁化系數(shù)為0.19X10'這種各向異性是一個(gè)由其晶體結(jié)構(gòu)決定的內(nèi)部固有屬性，故 不同材料在同一磁場(chǎng)中呈現(xiàn)的磁導(dǎo)率不同，對(duì)應(yīng)的磁阻也不同。因此，這個(gè)透射磁信道的特 性必定與檢測(cè)點(diǎn)處試件的材質(zhì)、空間分布等屬性有關(guān)，可用透射磁信道的傳遞函數(shù)來(lái)描述。 在接收端，接收線圈（或磁阻傳感器、霍爾傳感器）將拾得的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（電 勢(shì)差），這個(gè)電壓信號(hào)的幅度、相位、延時(shí)等特性各不相同。根據(jù)寬頻檢測(cè)信號(hào)和接收端獲取 的電壓信號(hào)，可以對(duì)檢測(cè)點(diǎn)所處線性磁信道進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，據(jù)此可得到檢測(cè)點(diǎn)處透射磁信 道的空間傳遞函數(shù)。如果將不同位置的磁信道傳遞函數(shù)進(jìn)行拼接與融合，可得到反映試件 內(nèi)部各個(gè)位置特性的體傳遞函數(shù)，根據(jù)這個(gè)體傳遞函數(shù)可進(jìn)行三維成像，有經(jīng)驗(yàn)的研宄人 員可對(duì)試件內(nèi)部材質(zhì)及其分布特點(diǎn)進(jìn)行辨別。
[0005] 本發(fā)明利用不同材料磁化系數(shù)的各向異性導(dǎo)致試件不同位置的磁信道特性不一 致，通過(guò)對(duì)測(cè)試點(diǎn)所處磁信道的空間辨識(shí)和多點(diǎn)磁信道特性融合，利用試件所處磁信道的 體傳遞函數(shù)進(jìn)行三維成像可確定試件內(nèi)部材質(zhì)及其分布特征而實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。實(shí)施過(guò)程 中不需要強(qiáng)磁場(chǎng)、高射頻信號(hào)，對(duì)人體基本無(wú)害，故本發(fā)明具有硬件設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便、安 全、成本低、操作簡(jiǎn)便和顯示直觀等特點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前 景。
[0006] 為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種基于寬頻磁波透射模型參數(shù)辨識(shí)的檢測(cè)成像裝置，其特征在于包括數(shù)據(jù)處理 端、發(fā)射端和接收端；其中數(shù)據(jù)處理端用于寬頻檢測(cè)信號(hào)的產(chǎn)生、傳遞函數(shù)的辨識(shí)、傳遞函 數(shù)的融合、檢測(cè)參數(shù)的設(shè)置與控制、檢測(cè)結(jié)果的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信以及人機(jī)交互；發(fā)射端通過(guò) 有線/無(wú)線的方式與數(shù)據(jù)處理端連接，負(fù)責(zé)寬頻檢測(cè)信號(hào)的接收、預(yù)處理和磁波信號(hào)的發(fā) 射；接收端通過(guò)有線/無(wú)線的方式與數(shù)據(jù)處理端相連，負(fù)責(zé)磁波信號(hào)的接收、放大、數(shù)字采 樣處理和數(shù)據(jù)緩存、傳輸。
[0008] 上述一種基于寬頻磁波透射模型參數(shù)辨識(shí)的檢測(cè)成像裝置，其中所述數(shù)據(jù)處理端 包括寬頻信號(hào)發(fā)生模塊、磁信道辨識(shí)模塊、磁信道融合模塊、主控制器、存儲(chǔ)模塊、人機(jī)交互 模塊和通信模塊。其中，寬頻信號(hào)發(fā)生模塊負(fù)責(zé)寬頻檢測(cè)信號(hào)的產(chǎn)生，其中寬頻檢測(cè)信號(hào)的 中心頻率可以根據(jù)檢測(cè)深度及分辨率要求綜合考慮進(jìn)行選擇；磁信道辨識(shí)模塊負(fù)責(zé)對(duì)收發(fā) 線圈之間單點(diǎn)磁信道的傳遞函數(shù)進(jìn)行辨識(shí)；磁信道融合模塊負(fù)責(zé)將辨識(shí)出的各個(gè)單點(diǎn)磁信 道傳遞函數(shù)按一定算法進(jìn)行空間拼接和融合，獲得描述整個(gè)檢測(cè)區(qū)域磁信道空間分布的體 傳遞函數(shù)；主控制器負(fù)責(zé)不同模塊之間的調(diào)度，以保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行；存儲(chǔ)模塊用于 存儲(chǔ)檢測(cè)結(jié)果和存儲(chǔ)分類特征庫(kù)；人機(jī)交互模塊負(fù)責(zé)人機(jī)交互，用于檢測(cè)參數(shù)的設(shè)置、控制 命令的輸入及檢測(cè)結(jié)果的輸出，檢測(cè)區(qū)域磁信道的傳遞函數(shù)及其變換域（頻域、拉普拉斯 域等）特性函數(shù)的繪制；通信模塊負(fù)責(zé)發(fā)射端或者接收端與數(shù)據(jù)處理端之間數(shù)據(jù)和控制信 息的傳遞，可采用有線/無(wú)線通信模式。
[0009] 上述一種基于寬頻磁波透射模型參數(shù)辨識(shí)的檢測(cè)成像裝置，其中所述發(fā)射端包括 通信模塊、預(yù)處理模塊、發(fā)射線圈陣列、強(qiáng)磁體。其中，通信模塊負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)處理端產(chǎn)生的 寬頻檢測(cè)信號(hào)，可采用有線/無(wú)線通信模式；預(yù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)接收的寬頻檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行 放大和D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)用于控制發(fā)射線圈中的電流；發(fā)射線圈陣列是由一個(gè)或多 個(gè)發(fā)射線圈按照一定方式排列，組成一個(gè)陣列，根據(jù)安培定理，線圈中的交變電流信號(hào)會(huì)在 線圈周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；強(qiáng)磁體用于阻擋磁力線的后向逸散，產(chǎn)生恒定載磁并向遠(yuǎn)處推送 交變磁場(chǎng)。
[0010] 上述一種基于寬頻磁波透射模型參數(shù)辨識(shí)的檢測(cè)成像裝置，其中所述接收端包括 接收線圈陣列、接收處理模塊、通信模塊。其中接收線圈陣列負(fù)責(zé)寬頻磁波接收信號(hào)的拾 取，由多個(gè)寬頻接收線圈（或磁阻傳感器、霍爾傳感器）按照一定方式排列，組成一個(gè)陣列， 寬頻磁波接收信號(hào)的中心頻率可以根據(jù)寬頻檢測(cè)信號(hào)的頻段進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)法拉第定律， 電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率成比例，線圈兩端的電壓信號(hào)體現(xiàn)了線圈中磁場(chǎng) 的變化，為了增強(qiáng)磁波信號(hào)的拾取能力可在線圈中設(shè)置磁芯；接收處理模塊用于對(duì)線圈兩 端的電壓信號(hào)進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)緩存；通信模塊負(fù)責(zé)接收端與數(shù)據(jù)處理端之間數(shù) 據(jù)和控制信息的傳輸，可采用有線/無(wú)線通信模式。
[0011] 本發(fā)明的另一目的在于提出一種基于寬頻磁波透射模型參數(shù)辨識(shí)的檢測(cè)成像方 法，具體實(shí)現(xiàn)步驟包括：
[0012] 步驟1 :檢測(cè)和成像裝置的參數(shù)配置。設(shè)置的參數(shù)包括：發(fā)射線圈參數(shù)，如線圈通 道選擇（即是選擇哪些線圈進(jìn)行磁波信號(hào)發(fā)射）、發(fā)射驅(qū)動(dòng)方式選擇；寬頻檢測(cè)信號(hào)參數(shù)， 如檢測(cè)信號(hào)波形、信號(hào)強(qiáng)度、中心頻率、信號(hào)帶寬、信號(hào)復(fù)用模式；接收線圈參數(shù)，如磁波信 號(hào)帶寬、頻率偏移值、采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)目；磁信道辨識(shí)模塊參數(shù)，如濾波器的階數(shù)；磁信 道融合模塊參數(shù)，如拼接模式和拼接位置；通信模塊參數(shù)，如網(wǎng)絡(luò)連接方式、網(wǎng)絡(luò)地址等； 檢測(cè)結(jié)果顯示參數(shù)，如顯示模式、坐標(biāo)軸顯示坐標(biāo)與范圍、圖像顯示對(duì)比度、對(duì)比度大小。
[0013] 步驟2 :裝置設(shè)備狀態(tài)的自動(dòng)檢測(cè)。該步驟所檢測(cè)的狀態(tài)包括：發(fā)射線圈陣列的