一種緊湊型的微波層析成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是一種緊湊型的微波層析成像裝置，涉及圖像成型領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微波層析成像利用低功率微波對(duì)物質(zhì)內(nèi)部的介質(zhì)特性進(jìn)行成像，從而對(duì)物質(zhì)內(nèi)部的性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量、分析和評(píng)估，推斷出其它物理量的分布、比例等。
[0003]從原理上，微波層析成像利用天線進(jìn)行微波的輻射和接收，微波通過一個(gè)天線向成像區(qū)域內(nèi)物質(zhì)的一個(gè)入射方向輻射，輻射的微波與物質(zhì)的介質(zhì)特性產(chǎn)生作用形成一個(gè)散射波，然后通過另一個(gè)天線沿一個(gè)散射方向接收散射波，如此構(gòu)成一對(duì)天線之間的微波信號(hào)傳輸，再利用微波檢測(cè)器測(cè)量散射波信號(hào)的幅度和相位。為了獲得在不同方向入射微波情況下多個(gè)方向散射波的數(shù)據(jù)，微波層析成像系統(tǒng)一般采用多個(gè)天線，這些天線均勻地排放在成像區(qū)域的邊緣，在獲得這些散射場(chǎng)的數(shù)據(jù)之后，利用圖像重建方法重建成像區(qū)域內(nèi)物質(zhì)的介質(zhì)特性，形成圖像。在圖像重建中，成像區(qū)域一般采用柱體形狀模型，假定在柱體成像區(qū)域內(nèi)物質(zhì)的介質(zhì)特性沿軸向方向沒有變化，微波層析成像中三維圖像重建的過程便簡(jiǎn)化為二維圖像的重建，這二維圖像重建的方法減少了許多數(shù)學(xué)運(yùn)算。
[0004]在本實(shí)用新型以前，微波成像系統(tǒng)一般采用單偶極子的天線形成天線陣列。美國(guó)專利W02006/069195闡述了一個(gè)采用單偶極子天線構(gòu)成天線陣列的微波成像系統(tǒng)。Z.Wu等(Microwave-tomographic system for oil and gas multiphase flow imaging, 1PMeasurement Science and Technology, 2009 年第 20 卷 104026)文獻(xiàn)中也闡述基于單偶極子的微波成像系統(tǒng)。由于單偶極子的最佳輻射頻率是在它的長(zhǎng)度接近四分之一波長(zhǎng)，所以在低頻微波波段單偶極子的物理長(zhǎng)度可能遠(yuǎn)大于成像區(qū)域橫截面的直徑。在這樣的情況下，物質(zhì)沿柱體成像區(qū)域軸向方向的不均勻性會(huì)給快速、有效的二維圖像重建方法帶來很大的誤差。本實(shí)用新型提出采用螺旋天線進(jìn)行發(fā)射和接收微波信號(hào)，以縮短天線沿柱體成像區(qū)域軸向方向的長(zhǎng)度，降低物質(zhì)沿柱體成像區(qū)域軸向方向的不均勻性對(duì)成像系統(tǒng)的影響，確保圖像質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供一種緊湊型的微波層析成像裝置，用于生成物質(zhì)介電常數(shù)的圖像。本實(shí)用新型提供一種緊湊型的微波層析成像裝置的成像方法，利用低功率微波實(shí)現(xiàn)成像。
[0006]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:
[0007]一種緊湊型的微波層析成像裝置，包括一個(gè)柱形成像區(qū)域、一個(gè)多個(gè)天線構(gòu)成的天線陣列，一個(gè)天線陣列基板，其特征在于，所述天線陣列中的每一個(gè)天線由螺旋天線構(gòu)成；天線陣列環(huán)繞柱形成像區(qū)域；每一個(gè)螺旋天線具有微波信號(hào)連接口 ；每一個(gè)螺旋天線能夠輻射微波或者接收微波；螺旋天線之間通過柱形成像區(qū)域進(jìn)行微波信號(hào)傳輸；螺旋天線的軸向方向與所述柱形成像區(qū)域橫截面垂直，與所述天線陣列基板垂直。
[0008]每個(gè)螺旋天線的環(huán)與環(huán)之間等距；螺旋環(huán)在的軸向方向的投影形狀為圓形或方形；每個(gè)螺旋天線有個(gè)共地。
[0009]每個(gè)螺旋天線工作在正常模式時(shí)，螺旋天線的最大輻射方向與螺旋天線的軸向垂直。
[0010]每個(gè)螺旋天線的長(zhǎng)度大于螺旋環(huán)在的軸向方向投影的圓形直徑或方形邊長(zhǎng)。
[0011 ] 每個(gè)螺旋天線由銅、或者黃銅制成。
[0012]每個(gè)螺旋天線通過微波信號(hào)連接口與微波信號(hào)源或者微波檢測(cè)器連接。
[0013]所述天線陣列基板由鋁、銅、或者不銹鋼材料制成，天線陣列基板為天線陣列的共地。
[0014]所述柱形成像區(qū)域包括一個(gè)柱形管道或容器以及內(nèi)部區(qū)域；管道或容器的軸向方向與螺旋天線的軸向方平行。
[0015]每個(gè)螺旋天線有個(gè)SMA連接器作為微波連接口，SMA的外殼與天線陣列基板相連接，SMA的中心導(dǎo)線與螺旋天線相連接，SMA的外殼與中心導(dǎo)線之間有個(gè)介質(zhì)材料隔離。
[0016]采用該一種緊湊型的微波層析成像裝置的成像方法，至少有一個(gè)微波信號(hào)源，用于微波的激勵(lì)，頻率范圍為300兆赫茲至10千兆赫茲；
[0017]至少有一個(gè)微波檢測(cè)器，用于微波的檢測(cè)；
[0018]至少有一個(gè)測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)所有天線之間的微波信號(hào)傳輸測(cè)量，包括幅度和相位的測(cè)量，形成一組測(cè)量數(shù)據(jù)，重建所述柱形成像區(qū)域內(nèi)橫截面上的介電常數(shù)的分布圖像。
[0019]采用該一種緊湊型的微波層析成像裝置的成像方法，包含一個(gè)顯示方法，顯示介電常數(shù)的分布圖像。
[0020]采用該一種緊湊型的微波層析成像裝置的成像方法，包括以下步驟:
[0021]I)、提供一個(gè)平行的螺旋天線陣列，排列在所述柱形成像區(qū)域的周邊，并通過所述柱形成像區(qū)域進(jìn)行信號(hào)傳輸。
[0022]2)、提供一個(gè)螺旋天線陣列的基板作為天線陣列的共地。
[0023]3)、提供一個(gè)測(cè)量方法，測(cè)量天線之間的信號(hào)傳輸，包括幅度和相位的測(cè)量。
[0024]4)、提供一個(gè)二維圖像重建方法，利用螺旋天線之間的信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)導(dǎo)出所述柱形成像區(qū)域內(nèi)介電常數(shù)的分布圖像。
[0025]本實(shí)用新型一種微波層析成像裝置，技術(shù)效果如下:
[0026]所述裝置和方法能夠?qū)β菪炀€陣列所包圍區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行成像，生成介電常數(shù)的分布圖像；
[0027]所述裝置能夠縮短天線沿柱體成像區(qū)域軸向方向的長(zhǎng)度，降低物質(zhì)沿柱體成像區(qū)域軸向方向的不均勻性對(duì)成像結(jié)果的影響，確保圖像質(zhì)量。
【附圖說明】
[0028]圖1示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面俯視圖，包括螺旋天線以及SMA連接口的透視圖。
[0029]圖2示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面俯視圖，包括螺旋天線以及SMA連接口的透視圖。
[0030]圖3示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面俯視圖。
[0031]圖4示出本實(shí)用新型的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]一種緊湊型的微波層析成像裝置，提供一個(gè)柱形成像區(qū)域、一個(gè)多個(gè)天線構(gòu)成的天線陣列，一個(gè)天線陣列基板；天線陣列中的每一個(gè)天線由緊湊的螺旋天線構(gòu)成；天線陣列環(huán)繞柱形成像區(qū)域，每個(gè)天線具有微波信號(hào)連接口，用于傳輸微波信號(hào)，能夠輻射微波或者接收微波，天線之間通過所述柱形成像區(qū)域進(jìn)行微波信號(hào)傳輸。
[0033]天線是個(gè)輻射和接收微波的裝置。天線的特性在許多教科書中已經(jīng)有了詳細(xì)的描述(如“天線理論-分析與設(shè)計(jì)”，巴拉尼斯，1988)。天線輻射可分為近區(qū)場(chǎng)和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，輻射場(chǎng)可以利用麥克斯韋方程求解。天線是形狀可以是線天線和面天線，本實(shí)用新型采用螺旋天線，螺旋天線由金屬線制成，環(huán)與環(huán)之間基本等距，螺旋環(huán)在的軸向方向的投影