[实用新型]一种电磁波层析成像装置

说明书

技术领域

本实用新型是一种电磁波层析成像装置，涉及计算机图像成型领域。

背景技术

电磁波层析成像根据所采用的频率也称为射频层析成像、 微波层析成像和毫米波层析成像， 它是利用低功率电磁波对物质内部的介质特性进行成像， 从而对物质内部的性质进行测量、分析和评估， 包括温度、湿度和浓度的测量。

在本质上，电磁波层析成像采用天线进行电磁波的辐射和接收。电磁波通过一个天线沿着一个入射方向辐射到成像区域内的物质，与物质的介质特性产生作用形成一个散射波， 然后通过另一个天线接收沿着一个散射方向的散射波， 如此构成一对天线之间的电磁波信号传输，再利用电磁波检测器测量散射波信号的幅度和相位。为了获得在不同方向入射下多个方向的散射波数据，电磁波层析成像系统一般采用多个天线， 这些天线均匀地排放在成像区域的边缘， 在获得这些散射场的数据，利用图像重建方法重建成像区域内物质的介质特性，形成图像。

美国专利WO2006/069195阐述了一个微波成像系统，采用了改良的单偶极子天线进行微波信号的辐射与接收。 Z. Wu等（Microwave-tomographic system for oil and gas multiphase flow imaging, IOP Measurement Science and Technology, 2009年 第20卷 104026）文献中阐述基于单偶极子的微波成像系统。

在本实用新型以前，微波成像系统所用的单偶极子的天线均是开放式的，天线不仅向成像区域内的物质辐射， 而且向成像区域外的各个方向辐射。这样，微波成像系统容易受到天线周围环境的影响，产生误差，降低图像质量。美国专利WO2006/069195描述了一种减少环境影响的微波成像装置，利用装在一个非金属容器内的盐水衰减天线向成像区域外辐射的电磁波和朝向同一区域的散射波， 但是盐水的介质特性随环境温度、电磁波频率、盐份含量而变化， 给系统校正带来不便，也影响系统的成像精度。本实用新型提出采用金属柱形电磁屏蔽装置， 以排除天线周围环境对成像系统的影响， 确保图像质量。

发明内容

本实用新型提供一种电磁波层析成像装置，用于生成介电常数的图像。本实用新型提供一种电磁波层析成像方法，利用低功率电磁波实现成像。

本实用新型采取的技术方案为：

一种电磁波层析成像装置，包括一个金属的柱形电磁屏蔽装置，一个柱形成像区域、一个多个天线构成的天线阵列，所述天线阵列排放在圆柱形金属电磁屏蔽装置内；每一个天线具有用于传输电磁波信号的连接口；每一个天线能够辐射电磁波或者接收电磁波；多个天线之间通过柱形成像区域进行电磁波信号传输。多个天线天线的长度方向与所述柱形电磁屏蔽装置的轴向方向平行、与柱形成像区域横截面垂直；天线与圆柱形金属电磁屏蔽装置之间设有空间。

每个天线通过电磁波信号连接口与电磁波信号源或者电磁波检测器连接。

每个天线是单偶极子天线，其横截面为圆形、方形、或长方形；每个天线有个共地。

所述柱形电磁屏蔽装置由铝、 铜、或者不锈钢材料制成，柱形电磁屏蔽装置为天线阵列的共地。

所述柱形电磁屏蔽装置包括一个柱形管道或容器；管道或容器的轴向方向与天线的长度方向平行，管道或容器内部构成柱形成像区域。

一种电磁波层析成像装置的成像方法，至少有一个电磁波信号源，用于电磁波的激励，电磁波激励频率范围为1兆赫兹至100千兆赫兹；

至少有一个电磁波检测器，用于电磁波的检测；至少有一个测量方法，实现所有天线之间的电磁波信号传输测量，包括幅度和相位的测量，形成一组测量数据，重建所述柱形成像区域内横截面上的介电常数的分布图像。

一种电磁波层析成像装置的成像方法，包含一个显示方法，显示介电常数的分布图像。

一种电磁波层析成像装置的成像方法，一种电磁波层析成像方法，其特征在于包括以下步骤：

1）、提供一个平行的天线阵列，排列在所述柱形成像区域的周边，并通过所述柱形成像区域进行信号传输。

2）、提供一个金属的柱形电磁屏蔽装置，包围所述天线阵列和柱形成像区域， 形成一个封闭式的电磁波层析成像结构，减少成像区域外环境的影响。

3）、提供一个测量方法， 测量天线之间的信号传输，包括幅度和相位的测量。

4）、提供一个图像重建方法，利用天线之间的信号传输数据导出所述柱形成像区域内介电常数的分布图像。

本实用新型一种电磁波层析成像装置，技术效果如下：