[发明专利]一种非接触式磁感应成像系统及其成像方法

摘要

本发明涉及一种非接触式磁感应成像系统及其成像方法，成像系统包括信号发生模块、信号发射模块、控制模块、信号接收模块、信号处理模块、图像显示模块；控制模块控制信号发生模块产生单频率的射频信号，射频信号以交变电流的形式施加在信号发射模块中，交变电流产生交变磁场，信号接收模块对交变磁场进行接收，并将接收到的信号通过控制模块传输至信号处理模块，信号处理模块对接收到的信号进行重构得到目标生物体的二维重构图像，二维重构图像传输至图像显示模块进行显示。成像方法包括电磁波激励、回波信号测量、目标生物体二维成像处理和二维重构图像显示。

主权项

1.一种非接触式磁感应成像方法，其包括以下步骤：S1、设置一包括信号发生模块、信号发射模块、控制模块、信号接收模块、信号处理模块和图像显示模块的非接触式磁感应成像系统；信号发生模块包括射频信号发生器和和多通道控制开关电路板；信号发射模块采用作为激励线圈的射频线圈，信号接收模块采用作为测量线圈的射频线圈；S2、电磁波激励；控制模块控制信号发射模块中至少一个激励线圈向目标生物体施加正弦交变电流；所述正弦交变电流在目标生物体周围产生激励磁场，激励磁场使目标生物体产生涡流，涡流产生感应磁场和散场磁场；S3、回波信号测量；控制模块控制信号接收模块中至少三个离目标生物体垂直距离相同的测量线圈检测来自目标生物体的感应磁场和散场磁场；检测到的感应磁场和散场磁场传输至信号处理模块；S4、信号处理模块对接收到的感应磁场和散场磁场进行二维成像处理，得到目标生物体的二维图像数据；S5、目标生物体的二维图像传输至图像显示模块进行显示；所述步骤S4中，信号处理模块对接收到的感应磁场和散场磁场进行二维成像处理的具体过程为：S41、对目标生物体进行建模；建立目标生物体的电磁属性和散射回波之间的非线性观测模型，基于测量线圈的分布排列建立描述目标生物体内部结构的表征模型；非线性观测模型包括内部场效应模型和目标外部场效应模型；内部场效应模型描述为：式(3)中，H_inc为入射磁场，ω＝2πf为工作角频率，f为信号的发射频率，μ₀为自由空间的磁导率，G为格林函数，为从场源点到散射磁场的位置矢量,为从场源点到目标生物体内一点的位置矢量,k₀为自由空间的波数，J_m为磁电流密度，J_m＝jωμ₀(μ_r‑1)H，μ_r为目标生物体的磁导率，J_s为感应电流密度，J_s＝jωε₀(ε_r‑1)E，ε₀为自由空间的介电常数，ε_r为目标生物体的介电常数，ε_r＝ε′_r‑jσ/ωε₀，σ为目标生物体的电导率，ε′_r为目标生物体相对介电常数的实部，E为总电场，E＝入射场+散射场；外部场效应模型描述为：式(4)中，为从场源点到场域内任一点的单位向量，R为从场源点到散射场内任意一点的距离；S42、计算成像；对至少三个测量线圈所接收到的感应磁场和散场磁场进行如下分析：依次对所有测量线圈中的任意两个测量线圈所接收到的感应磁场和散场磁场进行两两对比；依次根据两两对比得到的差异获得能够反映目标生物体电磁属性分布的幅值和相位的信息；根据连续检测到的电磁属性分布信息，利用MATLAB平台或其他计算机语言从建立的非线性观测模型和描述目标生物体内部结构的表征模型中提取出相应的变化数值和曲线，并根据变化数值重建目标生物体的二维图像。