基于宽频磁波透射模型参数辨识的检测成像方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及宽频磁波检测技术领域，具体涉及一种可应用于农产品品质检测、人 体内部探测成像、缺陷目标识别等基于宽频磁波透射模型参数辨识的检测成像方法与装 置。
【背景技术】
[0002] 现有无损检测是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，利用声、光、电 和磁等特性的变化，借助相关技术对试件内部及表面的结构、性质和变化等进行检查和测 试，是工业发展不可或缺的技术手段。随着国民经济的发展，人类对可食农产品的要求不再 满足于其数量，而对农产品的外观、风味、营养成分含量等品质要求越来越高，故无损检测 也逐渐应用于农产品品质评价中，如坚果的饱满度检测，常用技术包括近红外光谱分析技 术、核磁共振和声振动技术等。近红外光谱分析技术只适合对含氢基团的组分或相关属性 进行测定，要求组分含量一般应大于〇. 1%，且测试灵敏度较低；核磁共振存在射频致热效 应、噪声等问题，且成像系统体积大，设备昂贵且检测费用贵，需要专门的工作场地和环境； 声振动技术以超声作为信息载体，要求探头与试件表面紧耦合，使用起来不够方便，不适用 于形状复杂或外形不规则的试件检测。
[0003] 鉴于此，本专利根据麦克斯韦方程提出一种基于宽频磁波透射模型参数辨识的检 测成像方法与装置，该方法以磁波为载体，通过对试件所处磁信道传递函数的参数辨识结 果进行三维成像，进而对试件内部特征进行识别，实现无损检测。本专利所述方法具有磁波 频率低、对人体无害、环境逸散小且装置探头口径小、体积小、非接触式、精度高且成本低等 优点，可广泛用于工业制造检测、公路桥梁检测、农产品检测、生物及人体检测等领域。
【发明内容】
[0004] 针对目前检测领域存在的一些诸如灵敏度不高、检测方式对人体有害、设备复杂 和成本高等不足，本发明目的在于提出一种基于宽频磁波透射模型参数辨识的检测成像方 法与装置。借助通信模块，在发射端获取的宽频检测信号经过预处理后控制发射线圈中的 电流，产生宽频交变电流信号通过发射线圈产生交变感应磁场（磁波），这个交变磁场中携 带着信息。同时，在发射线圈后端设置的永磁体会产生恒定磁场，该磁场作为载磁（类似于 通信中的载波）可将这个交变磁波向远处推送。磁波穿过试件，即在试件处发生透射后被 接收线圈（或磁阻传感器、霍尔传感器）拾得后会产生感应电动势，这种磁波从发射到接收 所经历的路径可以看成是一个透射磁信道，简称磁信道，且该路径从试件内部透过。不同材 料的磁化系数各不相同，具有各向异性，甚至相差悬殊，如水的磁化系数为-0. 91X1(T5,而 氧气的磁化系数为0.19X10'这种各向异性是一个由其晶体结构决定的内部固有属性，故 不同材料在同一磁场中呈现的磁导率不同，对应的磁阻也不同。因此，这个透射磁信道的特 性必定与检测点处试件的材质、空间分布等属性有关，可用透射磁信道的传递函数来描述。 在接收端，接收线圈（或磁阻传感器、霍尔传感器）将拾得的磁信号转换成感应电动势（电 势差），这个电压信号的幅度、相位、延时等特性各不相同。根据宽频检测信号和接收端获取 的电压信号，可以对检测点所处线性磁信道进行参数辨识，据此可得到检测点处透射磁信 道的空间传递函数。如果将不同位置的磁信道传递函数进行拼接与融合，可得到反映试件 内部各个位置特性的体传递函数，根据这个体传递函数可进行三维成像，有经验的研宄人 员可对试件内部材质及其分布特点进行辨别。
[0005] 本发明利用不同材料磁化系数的各向异性导致试件不同位置的磁信道特性不一 致，通过对测试点所处磁信道的空间辨识和多点磁信道特性融合，利用试件所处磁信道的 体传递函数进行三维成像可确定试件内部材质及其分布特征而实现无损检测。实施过程 中不需要强磁场、高射频信号，对人体基本无害，故本发明具有硬件设备简单、使用方便、安 全、成本低、操作简便和显示直观等特点，在工业、农业和生物医学等领域具有广泛应用前 景。
[0006] 为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] -种基于宽频磁波透射模型参数辨识的检测成像装置，其特征在于包括数据处理 端、发射端和接收端；其中数据处理端用于宽频检测信号的产生、传递函数的辨识、传递函 数的融合、检测参数的设置与控制、检测结果的存储、数据通信以及人机交互；发射端通过 有线/无线的方式与数据处理端连接，负责宽频检测信号的接收、预处理和磁波信号的发 射；接收端通过有线/无线的方式与数据处理端相连，负责磁波信号的接收、放大、数字采 样处理和数据缓存、传输。
[0008] 上述一种基于宽频磁波透射模型参数辨识的检测成像装置，其中所述数据处理端 包括宽频信号发生模块、磁信道辨识模块、磁信道融合模块、主控制器、存储模块、人机交互 模块和通信模块。其中，宽频信号发生模块负责宽频检测信号的产生，其中宽频检测信号的 中心频率可以根据检测深度及分辨率要求综合考虑进行选择；磁信道辨识模块负责对收发 线圈之间单点磁信道的传递函数进行辨识；磁信道融合模块负责将辨识出的各个单点磁信 道传递函数按一定算法进行空间拼接和融合，获得描述整个检测区域磁信道空间分布的体 传递函数；主控制器负责不同模块之间的调度，以保证整个系统正常运行；存储模块用于 存储检测结果和存储分类特征库；人机交互模块负责人机交互，用于检测参数的设置、控制 命令的输入及检测结果的输出，检测区域磁信道的传递函数及其变换域（频域、拉普拉斯 域等）特性函数的绘制；通信模块负责发射端或者接收端与数据处理端之间数据和控制信 息的传递，可采用有线/无线通信模式。
[0009] 上述一种基于宽频磁波透射模型参数辨识的检测成像装置，其中所述发射端包括 通信模块、预处理模块、发射线圈阵列、强磁体。其中，通信模块负责接收数据处理端产生的 宽频检测信号，可采用有线/无线通信模式；预处理模块负责对接收的宽频检测信号进行 放大和D/A转换，转换后的信号用于控制发射线圈中的电流；发射线圈阵列是由一个或多 个发射线圈按照一定方式排列，组成一个阵列，根据安培定理，线圈中的交变电流信号会在 线圈周围产生交变磁场；强磁体用于阻挡磁力线的后向逸散，产生恒定载磁并向远处推送 交变磁场。
[0010] 上述一种基于宽频磁波透射模型参数辨识的检测成像装置，其中所述接收端包括 接收线圈阵列、接收处理模块、通信模块。其中接收线圈阵列负责宽频磁波接收信号的拾 取，由多个宽频接收线圈（或磁阻传感器、霍尔传感器）按照一定方式排列，组成一个阵列， 宽频磁波接收信号的中心频率可以根据宽频检测信号的频段进行调整，根据法拉第定律， 电路中产生的感应电动势与磁通量变化率成比例，线圈两端的电压信号体现了线圈中磁场 的变化，为了增强磁波信号的拾取能力可在线圈中设置磁芯；接收处理模块用于对线圈两 端的电压信号进行放大、A/D转换和数据缓存；通信模块负责接收端与数据处理端之间数 据和控制信息的传输，可采用有线/无线通信模式。
[0011] 本发明的另一目的在于提出一种基于宽频磁波透射模型参数辨识的检测成像方 法，具体实现步骤包括：
[0012] 步骤1 :检测和成像装置的参数配置。设置的参数包括：发射线圈参数，如线圈通 道选择（即是选择哪些线圈进行磁波信号发射）、发射驱动方式选择；宽频检测信号参数， 如检测信号波形、信号强度、中心频率、信号带宽、信号复用模式；接收线圈参数，如磁波信 号带宽、频率偏移值、采样频率、采样点数目；磁信道辨识模块参数，如滤波器的阶数；磁信 道融合模块参数，如拼接模式和拼接位置；通信模块参数，如网络连接方式、网络地址等； 检测结果显示参数，如显示模式、坐标轴显示坐标与范围、图像显示对比度、对比度大小。
[0013] 步骤2 :装置设备状态的自动检测。该步骤所检测的状态包括：发射线圈阵列的