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微波无损检测成像系统设计及改进研究

孙衍山  
【摘要】: 介绍了国内外微波无损检测方面的研究和实际应用发展的概况。简述了微波无损成像系统的实际项目背景,相关的技术进展及发展趋势。对钢筋混凝土微波无损检测成像的原理进行简明介绍,通过分析确定了微波无损自动成像系统的结构及需要改进的方面。 介绍了三维高频电磁场散射分析的有限元理论和电磁场理论的原理,介绍了利用有限元软件ANSYS实现三维高频电磁场仿真的具体步骤和注意事项。针对本课题利用ANSYS建立了钢筋混凝土的高频电磁场仿真有限元仿真模型并进行了仿真试验。利用仿真试验得到的结果数据,对ω-k成像算法改进、系统参数对成像效果的影响等进行了研究和讨论。 针对系统扫描精度和自动化要求,改进设计了天线扫描机构,用步进电机进行扫描天线机构的控制。对步进电机选型试验做了简单介绍。对步进电机的驱动电路进行了仿真设计、实际电路设计和调试,实现了符合微波无损检测系统精度要求的天线扫描机构。 根据系统精度要求,设计了高精度数据采集系统。介绍了∑-△模拟数字变换器,芯片AD7712的具体参数和高精度混合信号电路系统设计。设计电路并调试,结合软件滤波实现了高精度数据采集系统。 本微波无损检测成像系统需要高精度宽频带的标准微波发射源。介绍了集成锁相环频率合成器微波源原理和设计方法,对微波源进行了扩频设计并利用仿真软件ADIsimPLL进行了仿真验证。介绍了频谱分析仪的基本原理和微波信号源参数测量方法,对微波源参数进行了参数测试验证,测试结果表明微波源符合系统要求。 利用虚拟仪器软件LabVIEW进行了上位计算机软件程序开发,实现了友好的人机交互界面,系统自动控制,成像算法嵌入,图像和检测数据的显示和存储。 利用设计改进后的微波无损成像系统进行实际钢筋混凝土试块测试和成像,验证了系统有一定的可靠性和实用价值,对系统结构和算法的进一步改进提出了建议。


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