基于寬頻磁波透射模型參數辨識的檢測成像方法與裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及寬頻磁波檢測技術領域，具體涉及一種可應用于農產品品質檢測、人 體內部探測成像、缺陷目標識別等基于寬頻磁波透射模型參數辨識的檢測成像方法與裝 置。
【背景技術】
[0002] 現有無損檢測是在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下，利用聲、光、電 和磁等特性的變化，借助相關技術對試件內部及表面的結構、性質和變化等進行檢查和測 試，是工業發展不可或缺的技術手段。隨著國民經濟的發展，人類對可食農產品的要求不再 滿足于其數量，而對農產品的外觀、風味、營養成分含量等品質要求越來越高，故無損檢測 也逐漸應用于農產品品質評價中，如堅果的飽滿度檢測，常用技術包括近紅外光譜分析技 術、核磁共振和聲振動技術等。近紅外光譜分析技術只適合對含氫基團的組分或相關屬性 進行測定，要求組分含量一般應大于〇. 1%，且測試靈敏度較低；核磁共振存在射頻致熱效 應、噪聲等問題，且成像系統體積大，設備昂貴且檢測費用貴，需要專門的工作場地和環境； 聲振動技術以超聲作為信息載體，要求探頭與試件表面緊耦合，使用起來不夠方便，不適用 于形狀復雜或外形不規則的試件檢測。
[0003] 鑒于此，本專利根據麥克斯韋方程提出一種基于寬頻磁波透射模型參數辨識的檢 測成像方法與裝置，該方法以磁波為載體，通過對試件所處磁信道傳遞函數的參數辨識結 果進行三維成像，進而對試件內部特征進行識別，實現無損檢測。本專利所述方法具有磁波 頻率低、對人體無害、環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 優點，可廣泛用于工業制造檢測、公路橋梁檢測、農產品檢測、生物及人體檢測等領域。

【發明內容】

[0004] 針對目前檢測領域存在的一些諸如靈敏度不高、檢測方式對人體有害、設備復雜 和成本高等不足，本發明目的在于提出一種基于寬頻磁波透射模型參數辨識的檢測成像方 法與裝置。借助通信模塊，在發射端獲取的寬頻檢測信號經過預處理后控制發射線圈中的 電流，產生寬頻交變電流信號通過發射線圈產生交變感應磁場（磁波），這個交變磁場中攜 帶著信息。同時，在發射線圈后端設置的永磁體會產生恒定磁場，該磁場作為載磁（類似于 通信中的載波）可將這個交變磁波向遠處推送。磁波穿過試件，即在試件處發生透射后被 接收線圈（或磁阻傳感器、霍爾傳感器）拾得后會產生感應電動勢，這種磁波從發射到接收 所經歷的路徑可以看成是一個透射磁信道，簡稱磁信道，且該路徑從試件內部透過。不同材 料的磁化系數各不相同，具有各向異性，甚至相差懸殊，如水的磁化系數為-0. 91X1(T5,而 氧氣的磁化系數為0.19X10'這種各向異性是一個由其晶體結構決定的內部固有屬性，故 不同材料在同一磁場中呈現的磁導率不同，對應的磁阻也不同。因此，這個透射磁信道的特 性必定與檢測點處試件的材質、空間分布等屬性有關，可用透射磁信道的傳遞函數來描述。 在接收端，接收線圈（或磁阻傳感器、霍爾傳感器）將拾得的磁信號轉換成感應電動勢（電 勢差），這個電壓信號的幅度、相位、延時等特性各不相同。根據寬頻檢測信號和接收端獲取 的電壓信號，可以對檢測點所處線性磁信道進行參數辨識，據此可得到檢測點處透射磁信 道的空間傳遞函數。如果將不同位置的磁信道傳遞函數進行拼接與融合，可得到反映試件 內部各個位置特性的體傳遞函數，根據這個體傳遞函數可進行三維成像，有經驗的研宄人 員可對試件內部材質及其分布特點進行辨別。
[0005] 本發明利用不同材料磁化系數的各向異性導致試件不同位置的磁信道特性不一 致，通過對測試點所處磁信道的空間辨識和多點磁信道特性融合，利用試件所處磁信道的 體傳遞函數進行三維成像可確定試件內部材質及其分布特征而實現無損檢測。實施過程 中不需要強磁場、高射頻信號，對人體基本無害，故本發明具有硬件設備簡單、使用方便、安 全、成本低、操作簡便和顯示直觀等特點，在工業、農業和生物醫學等領域具有廣泛應用前 景。
[0006] 為了達到以上目的，本發明采用以下技術方案：
[0007] -種基于寬頻磁波透射模型參數辨識的檢測成像裝置，其特征在于包括數據處理 端、發射端和接收端；其中數據處理端用于寬頻檢測信號的產生、傳遞函數的辨識、傳遞函 數的融合、檢測參數的設置與控制、檢測結果的存儲、數據通信以及人機交互；發射端通過 有線/無線的方式與數據處理端連接，負責寬頻檢測信號的接收、預處理和磁波信號的發 射；接收端通過有線/無線的方式與數據處理端相連，負責磁波信號的接收、放大、數字采 樣處理和數據緩存、傳輸。
[0008] 上述一種基于寬頻磁波透射模型參數辨識的檢測成像裝置，其中所述數據處理端 包括寬頻信號發生模塊、磁信道辨識模塊、磁信道融合模塊、主控制器、存儲模塊、人機交互 模塊和通信模塊。其中，寬頻信號發生模塊負責寬頻檢測信號的產生，其中寬頻檢測信號的 中心頻率可以根據檢測深度及分辨率要求綜合考慮進行選擇；磁信道辨識模塊負責對收發 線圈之間單點磁信道的傳遞函數進行辨識；磁信道融合模塊負責將辨識出的各個單點磁信 道傳遞函數按一定算法進行空間拼接和融合，獲得描述整個檢測區域磁信道空間分布的體 傳遞函數；主控制器負責不同模塊之間的調度，以保證整個系統正常運行；存儲模塊用于 存儲檢測結果和存儲分類特征庫；人機交互模塊負責人機交互，用于檢測參數的設置、控制 命令的輸入及檢測結果的輸出，檢測區域磁信道的傳遞函數及其變換域（頻域、拉普拉斯 域等）特性函數的繪制；通信模塊負責發射端或者接收端與數據處理端之間數據和控制信 息的傳遞，可采用有線/無線通信模式。
[0009] 上述一種基于寬頻磁波透射模型參數辨識的檢測成像裝置，其中所述發射端包括 通信模塊、預處理模塊、發射線圈陣列、強磁體。其中，通信模塊負責接收數據處理端產生的 寬頻檢測信號，可采用有線/無線通信模式；預處理模塊負責對接收的寬頻檢測信號進行 放大和D/A轉換，轉換后的信號用于控制發射線圈中的電流；發射線圈陣列是由一個或多 個發射線圈按照一定方式排列，組成一個陣列，根據安培定理，線圈中的交變電流信號會在 線圈周圍產生交變磁場；強磁體用于阻擋磁力線的后向逸散，產生恒定載磁并向遠處推送 交變磁場。
[0010] 上述一種基于寬頻磁波透射模型參數辨識的檢測成像裝置，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責寬頻磁波接收信號的拾 取，由多個寬頻接收線圈（或磁阻傳感器、霍爾傳感器）按照一定方式排列，組成一個陣列， 寬頻磁波接收信號的中心頻率可以根據寬頻檢測信號的頻段進行調整，根據法拉第定律， 電路中產生的感應電動勢與磁通量變化率成比例，線圈兩端的電壓信號體現了線圈中磁場 的變化，為了增強磁波信號的拾取能力可在線圈中設置磁芯；接收處理模塊用于對線圈兩 端的電壓信號進行放大、A/D轉換和數據緩存；通信模塊負責接收端與數據處理端之間數 據和控制信息的傳輸，可采用有線/無線通信模式。
[0011] 本發明的另一目的在于提出一種基于寬頻磁波透射模型參數辨識的檢測成像方 法，具體實現步驟包括：
[0012] 步驟1 :檢測和成像裝置的參數配置。設置的參數包括：發射線圈參數，如線圈通 道選擇（即是選擇哪些線圈進行磁波信號發射）、發射驅動方式選擇；寬頻檢測信號參數， 如檢測信號波形、信號強度、中心頻率、信號帶寬、信號復用模式；接收線圈參數，如磁波信 號帶寬、頻率偏移值、采樣頻率、采樣點數目；磁信道辨識模塊參數，如濾波器的階數；磁信 道融合模塊參數，如拼接模式和拼接位置；通信模塊參數，如網絡連接方式、網絡地址等； 檢測結果顯示參數，如顯示模式、坐標軸顯示坐標與范圍、圖像顯示對比度、對比度大小。
[0013] 步驟2 :裝置設備狀態的自動檢測。該步驟所檢測的狀態包括：發射線圈陣列的