基于微波二维成像无损检测系统的研制

发布时间：2020-04-03 17:44

【摘要】：随着国内外对微波光谱分辨性、透视性等研究的不断深入,微波技术在农产品检测领域中的应用价值越来越受到重视。农产品的微波特征谱中包含着丰富物理信息和化学信息,这些信息为微波技术在农产品无损检测应用中提供了科学依据。本文研制了微波二维无损检测成像平台,以普通面粉为研究对象,对面粉特征谱分析和二维成像方法进行了初步探索,获得了相关面粉特征谱和成像方法。具体研究内容如下:(1)微波无损检测原理验证。利用单反射式的自由空间法,以1.5cm、1.8cm和2.0cm厚度的面粉和1.5cm厚度的霉变面粉作为样本,借助矢量网络分析仪对待测样品进行了介电常数测试。在1.5cm、1.8cm和2.0cm厚度下面粉测量的介电常数分别为2.512、2.529和2.514,1.5cm厚度的霉变面粉介电常数为3.004。对厚度误差进行分析,其厚度误差(35)?_r3.0%。实验结果表明:不同厚度的同一批次面粉的介电常数变化不大,相同厚度的面粉和霉变面粉的介电常数变化明显。初步验证了微波无损检测区分面粉和霉变面粉的可行性。(2)检测平台硬件设计。从硬件电路设计、微波收发天线设计和机械结构设计三个方面介绍了平台的硬件设计。硬件电路设计以STM32单片机为控制核心,外围模块包含最小系统、通讯接口电路、键盘扫描电路和AD转换电路四个主要部分,对各个模块的作用、设计过程和设计思路进行了介绍。设计的微波天线谐振频率点为2.357GHz,在-10dB时的带宽为2.337~2.377GHz,并给出了天线尺寸图,选取微波收发天线右上方的辐射进行测算,在-31dB时辐射效率为90%,其设计满足微波天线定向辐射的要求。基于已完成的微波天线对外围的检测电路进行设计,再通过满足硬件电路和微波收发天线的安装需求设计其机械结构。(3)检测平台软件设计。利用STM32单片机和虚拟仪器LabVIEW进行了下位机程序和上位机程序的开发,实现了数据采集、数据处理、数据存储、图像显示、系统自动控制和参数设置等功能。(4)系统进行整机安装调试和成像试验。首先对装置的硬件和软件分别进行调试。调试成功后进行整机联调。采用2.33GHz频率的微波对空载、金属板、面粉和滑石粉四组样品进行成像试验,测试的四组待测样品微波特征谱峰值分别介于940~960、90~110、880~900、860~880之间,特征谱和颜色之间能够很好的进行线性拟合,并能用不同的颜色进行区分样品。试验初步验证了成像平台的可行性,并提出了平台未来的改进计划。
【图文】：

江苏大学硕士学位论文件总体设计包含硬件电路设计、微波收发天线设计和机械结构设计。在硬件时，同步推进软件程序设计，软件程序设计包含二维运动控制、ADF4350 程序和串口通讯程序等下位机程序设计和 LabVIEW 上位机前面板图像显示界序设计。在进行软硬件程序联调成功后，采用待测样品进行无损检测试验和验证无损检测成像平台的可行性。

反射系数和透射系数,再利用这两组参数进） 单反射测量 （b）传输反射测noreflection measurement (b) Transmission refle图 2.1 自由空间法的测量方式Fig. 2.1 Measurement Method of Free Space Metho验先采用单反射法并借助中国电子科技集团网络分析仪进行待测样品的介电参数测量。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS210.7

【参考文献】

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本文编号：2613507