微波無損檢測及其成像算法的研究.pdf

1、沈陽工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文摘要微波成像是當(dāng)今電磁學(xué)中應(yīng)用性很強(qiáng)的前沿性研究課題，它是利用微波技術(shù)、電子技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)等的綜合高科技探測手段。微波成像也是一種無損檢測技術(shù)，它是根據(jù)被測物體外部的散射場檢測到的散射數(shù)據(jù)重建物體內(nèi)部的復(fù)介電常數(shù)圖像的一種技術(shù)。在成像時首先用低功率的微波場照射被測物體，然后檢測被測物體的散射場，進(jìn)而進(jìn)行成像研究。與超聲、義射線等傳統(tǒng)的測缺技術(shù)不同，微波檢測不是依據(jù)材料的密度而是電磁特性，因而穿透能力強(qiáng)，同

2、時在微波頻段，各種材料的電磁變化比其他物理性質(zhì)對受檢試件的缺陷更為敏感，這是微波檢測的優(yōu)越性所在。微波成像技術(shù)正處在發(fā)展階段，微波成像技術(shù)的未來取決于微波檢測技術(shù)的改進(jìn)和微波成像算法的完善。微波成像在軍事和民用方面都有廣泛的用途。在民用方面，微波成像被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)的無損檢測、地球資源勘探、隱匿物體的探測、目標(biāo)識別、國家安全檢查和隱身與反隱身等方面，在醫(yī)學(xué)上也有著巨大的應(yīng)用前景。本課題是遼寧省科技廳2002年資助課題，利用微波無損檢測

3、技術(shù)實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)中混凝土墻內(nèi)的鋼筋分布情況進(jìn)行檢測。該課題也可用于橋板、橋墩、機(jī)場路面以及生物物體結(jié)構(gòu)等的檢測。對工程質(zhì)量監(jiān)督及保證建筑結(jié)構(gòu)的安全有重要意義。該課題的工作主要有微波作用機(jī)理學(xué)習(xí)、微波裝置結(jié)構(gòu)確定、實驗數(shù)據(jù)獲得、成像算法的研究等幾個部分。在課題開展前期，通過學(xué)習(xí)微波理論及檢測原理，確定了檢測裝置結(jié)構(gòu)。中期，通過有限元仿真獲得了不同被測對象的測量數(shù)據(jù)，并選用。一K成像算法成功地實現(xiàn)混凝土模型內(nèi)鋼筋位置分布的圖像重建工作。后

4、期，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計及用微波反射式探傷儀對大小為450mmx350mmx250mm的混凝土實驗塊進(jìn)行測試，并利用測量得到的散射數(shù)據(jù)進(jìn)行成像研究.得到的成像結(jié)果較為滿意。本文總共分五章內(nèi)容。在第一、二章分別對微波無損檢測原理及成像原理、微波無損檢測及其成像在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀、平面電磁波的傳播及媒質(zhì)分類進(jìn)行了較詳細(xì)的論述，這些內(nèi)容都是后續(xù)研究的基礎(chǔ)。第三、四、五章是論文的核心部分。在第三章中，從基本的Maxwell方程出發(fā)，推導(dǎo)出所有微

5、波成像的算法基礎(chǔ)—散射問題的積分方程，并對幾種較為典型的微波成像算法及其應(yīng)用背景進(jìn)行了探討第四章將有限元軟件沈陽「業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文TheResearchofMicrowaveNondestructiveTestingandImagingAlgorithmAbstractNowadaysMicrowaveimaginghasbecomeanadvancedresearchfieldinapplicationelectromagnetis

6、m.Itisanocontactmethodinstudyobjectspropertiesbyusingmicrowavetechniqueelectronictechniqueanddigitalprocessingtechnique.Microwaveimagingisalsoakindofnondestructivetestingtechniquetheresearchofwhichisaccordingtothemeasure

7、dscateringdatatoreconstructtheimageofmaterialdielectricconstant.Shiningwiththemicrowavefieldofthelowpoweratfirstthescatteringfieldismeasuredandtheimagecanbereconstructedwiththedata.Diferentfromthetraditionalnondestructiv

8、etestingtechniquesuchastheultrasonicXrayetc，itisnotaccordingtothedensityofthematerialbutelectromagnetismproperties.Ithasstrongpenetratingability.Atmicrowavefrequencybandstheelectromagnetismpropertiesofdiferentmaterialsch

9、angemoresensitivelythanotherphysicalproperties.Thisisthesuperioritybyusingmicrowave.Microwaveimagingisstillatdevelopingstageanditsfuturedependsontheimprovementofmicrowavetechnologiesandperfectimagingalgorithm.Microwaveim

10、aginghasextensiveusesinmilitaryandcivilafairs.Inthecivilrespectmicrowaveimagingiswidelyusedinindustrynondestructivetestingtheearthexploreobjectrecognitionnationalsafetyinspectionandsoon.Thereareenormousapplicationprospec

11、tsinmedicalsciencetoo.ThesubjectissubsidedbyscientificandtechnologicaldepartmentofLiaoningProvincein2002.Distributionssituationofreinforcingbarintheconcretewallcanbedetectedbymicrowavenondestructivetechnique.Itcanalsobeu

12、sedinthetestingofbridgeboardpierroadsurfaceandthestructureoflivingbeings.Therearealsoimportantmeaningstoguaranteethequalityoftheprojectandthesecurityofthestructureofthebuilding.Thepaperincludesthestudyofmicrowavefunction

13、mechanismthedeterminationofmicrowavedevicestructurereceivingexperimentaldatatheresearchofmicrowaveimagingalgorithm.Intheearlierstagethestructureofthetestingdevicehadbeendeterminedbystudyingthemicrowavetheory.Thenthescate