一种基于微波热声技术的雪花牛肉成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于微波热声检测技术领域，具体涉及一种基于微波热声技术的雪花牛肉成像装置。本发明专利技术包括微波发生器和热声信号采集及成像装置；所述微波发生器包括微波源和天线；所述热声信号采集及成像装置包括超声换能器、放大器、数据采集卡和计算机，所述计算机内置有图像重构软件；通过将微波信号辐照至样品产生热声信号，再采集热声信号从而实现成像。本发明专利技术能实现非接触式的、无损的雪花牛肉成像，同时不仅可以对雪花牛肉进行无损分级，还可以为牛肉养殖企业提供参考建议。肉养殖企业提供参考建议。肉养殖企业提供参考建议。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微波热声技术的雪花牛肉成像装置


[0001]本专利技术属于微波热声检测
，具体涉及一种基于微波热声技术的雪花牛肉成像装置。

技术介绍

[0002]微波热声技术是在二十世纪六七十年代开始发展起来的一项新技术，目前已在化学、新材料、微电子等领域得到广泛应用，其主要应用领域包括微波消融，微波热成像等。当用高频脉冲信号激励被测物体时，由于吸收了高能量的微波会使得该物体发热，由于激励频率较高，物体呈现一定周期性的温度变化，并且物体会受热膨胀，导致空间压力产生周期性变化规律，即产生声波。这种温度变化转换为超声波形式的过程，称为热声效应。
[0003]热声效应可以广泛利用于微波热声成像。微波加热成像样品时，样品受热产生超声波，产生的热声信号携带了目标的介质特性等相关信息。通过超声换能器对平面各个坐标点进行探测，就可以获得相应位置的热声信号。获得的热声信号经过放大器放大后传输至数据采集卡，再通过计算机中的图像重构软件对信号进行处理分析，就可得到成像样品所携带的能量信息，进行图像重建。

技术实现思路

[0004]本专利技术是针对目前采用传统直接观察法对雪花牛肉进行分级时，需将肉牛屠宰后观测的弊端，提出基于微波热声技术的雪花牛肉成像装置。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]基于微波热声技术的雪花牛肉成像装置，其特征在于，包括微波发生器和热声信号采集及成像装置；所述微波发生器包括微波源和天线；所述热声信号采集及成像装置包括超声换能器、放大器、数据采集卡和计算机，所述计算机内置有图像重构软件；
[0007]所述微波源用于产生微波信号；所述天线将微波信号辐照至成像样品，激发成像样品产生热声信号；所述超声换能器用于接收和采集热声信号；所述放大器将热声信号进行放大处理；所述数据采集卡用于对放大后的热声信号进行数据处理分析，通过计算机的图像重构软件显示样品图像。
[0008]进一步的，所述超声换能器为线性超声探头、凸面超声探头、相控阵超声探头、脉冲回波式探头、多元线性阵列超声探测器和多元环形阵列超声探测器中的一种。
[0009]进一步的，所述微波源的工频频率为0.001～300GHz，功率为1～1000kW，脉冲宽度为 0.1～1000ns，脉冲重复频率为1～1000Hz。
[0010]进一步的，所述天线为偶极子天线、喇叭天线、螺旋天线、贴片天线、开口波导天线、 Vivaldi天线和介质填充天线中的一种。
[0011]本专利技术的有益效果为：能实现非接触式的、无损的雪花牛肉成像，同时不仅可以对雪花牛肉进行无损分级，还可以为牛肉养殖企业提供参考建议(如延长放牧实验提高体脂率，或者喂养精饲料提高瘦肉率等)，有助于提高雪花牛肉产出率，促进市场良性发展。
附图说明
[0012]图1为本专利技术提供的基于微波热声技术的雪花牛肉成像装置结构图；
[0013]图2为本专利技术提供的基于微波热声技术的雪花牛肉成像方法流程图；
[0014]图3为对美国prime级红标肥牛第一位置进行微波热声成像示意图；
[0015]图4为对美国prime级红标肥牛第二位置进行微波热声成像示意图；
[0016]图5为对美国prime级红标肥牛第三位置进行微波热声成像示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和实施例，对本专利技术技术方案进行详细描述：
[0018]实施例
[0019]如图1所示，本例的基于微波热声技术的雪花牛肉成像装置，包括微波发生器和热声信号采集及成像装置；所述微波发生器包括微波源1和天线2；所述热声信号采集及成像装置包括超声换能器3、放大器4、数据采集卡5和计算机(包含图像重构软件)6；
[0020]所述微波源1用于产生微波信号；所述天线2将微波信号辐照至成像样品，激发成像样品产生热声信号；所述超声换能器3用于接收和采集热声信号；所述放大器4将热声信号进行放大处理；所述数据采集卡5用于对放大后的热声信号进行数据处理分析，通过计算机6 的图像重构软件显示样品图像。
[0021]本专利技术实施例中热声信号采集及成像装置的工作原理为：微波源1产生微波信号，微波信号经由天线2传播至雪花牛肉，雪花牛肉中脂肪和肌肉组织对微波吸收存在差异，且通过微波热声效应产生相应热声信号，热声信号反映了脂肪和肌肉组织对微波吸收差异的特性，雪花牛肉发出的热声信号被超声换能器3接收，再经过放大器4放大后，将得到的热声信号传输至数据采集卡5，计算机6利用图像重构软件分析成像样品吸收天线辐照后产生的热声信号，重建出成像样品的高分辨率图像。
[0022]本实施例中的微波发生器和热声信号采集及成像装置：微波源1提供激发产生微波热声信号的微波，脉冲电源和微波电子管是微波源1的主要组成部分，微波源1工频频率为 0.001～300GHz，功率为1～1000kW，脉冲宽度为0.1～1000ns，脉冲重复频率为1～1000Hz；天线2用于辐射出微波信号，天线2为偶极子天线、喇叭天线、螺旋天线、贴片天线、开口波导天线、Vivaldi天线或介质填充天线等，以提供更加均匀的场分布，实现对成像样品的均匀加热，优选为一种形状为正方形的偶极子天线，工作频率为3.0GHz，口径64*64mm2，增益7dB；本实例中将成像样品放置于天线2能量分布为3dB波瓣内的最佳加热区域内，以实现对成像样品的均匀加热；超声换能器3为线性超声探头、凸面超声探头、相控阵超声探头、脉冲回波式探头、多元线性阵列超声探测器或多元环形阵列超声探测器，本实例中优选为线性超声探头以探测热声信号；放大器4用于对热声信号的放大处理；数据采集卡5的作用是接收超声换能器采集的信号，计算机6分析成像样品的能量信息，重建高分辨率图像。
[0023]本例的装置使用，包括以下步骤：
[0024]1、确定采集区域，成像样品位于表皮之下；
[0025]2、启动微波源，通过天线将微波信号辐照至成像样品；
[0026]3、通过超声换能器采集成像样品的热声信号，经过放大器的放大处理，传输至数
据采集卡；
[0027]4、通过计算机的图像重构软件对热声信号进行处理，得到成像样品的热声图像。
[0028]利用本专利技术的方法对一份美国prime级红标肥牛进行了微波热声成像。试验取面积为 34*28mm2的雪花牛肉样品，并划分了三个位置不同的面积为1*1mm2的成像区域，成像结果如图1～3所示。根据热声成像结果，可以发现与成像样品的实际图像符合度较高，并且具有较高的分辨率，满足专利技术目的。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于微波热声技术的雪花牛肉成像装置，其特征在于，包括微波发生器和热声信号采集及成像装置；所述微波发生器包括微波源和天线；所述热声信号采集及成像装置包括超声换能器、放大器、数据采集卡和计算机，所述计算机内置有图像重构软件；所述微波源用于产生微波信号；所述天线将微波信号辐照至成像样品，激发成像样品产生热声信号；所述超声换能器用于接收和采集热声信号；所述放大器将热声信号进行放大处理；所述数据采集卡用于对放大后的热声信号进行数据处理分析，通过计算机的图像重构软件显示样品图像。2.根据权利要求1所述的基于微波热声技术的雪花牛肉成像装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈泓江，夏添，胡哲江，黄林，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：