CN114046885A - 基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高功率微波测试、相控阵雷达调试测试技术领域，具体涉及基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，本发明中在热成像仪的镜头处安放的是防微波辐射玻璃，此玻璃可通透红外线，这样使热成像仪既能正常工作，又能免受微波辐射的损害，通过材料差异及形状特点使其热成像图片中能够看到，以标尺刻度为基准的连线、连线的交叉点，和在其上设的标志物亦是标尺的范畴，其作用在热成像照片中是通过它比对粗略判定辐射区域的位置与受辐射区域的面积。
Description
技术领域
本发明涉及高功率微波测试、相控阵雷达调试测试技术领域，具体涉及基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法。
背景技术
红外热成像技术，指利用红外探测器和光学成像物镜接收被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。
目前红外成像技术精确度发展得很高，对温差的区分精度可达到百分之几摄氏度；此外，由于红外成像技术属于照相技术，可瞬间(相机快门的时间)完成测试取样，可杜绝在测试过程中其他条件随时间变化造成的不确定。
吸波材料，是指能吸收投射到它表面的电磁波能量并且反射、折射和散射都很小的一类材料。电磁波吸收体以导电损耗、介电损耗、磁性损耗等来划分，可分为导电吸收体材料、介电吸收体材料和磁性吸收体材料，主要以介电损耗为损耗机理，在外界交变电场的作用下，材料纤维内的电子产生振动，将电磁能转化成为热能散耗掉。
本发明提供了基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，本发明具有操作便捷，实时直观，效费比高且高效准确等一系列优点。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明的第一目的在于提供基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，包括热成像仪、吸波材料板、辅助及保护设备、热成像仪微波防护罩、标尺以及标准面积单位块，具体测量方法步骤如下：
S1、将吸波材料板放置于待测区域；
S2、开启待测高功率微波发射源，对吸波材料板进行照射；
S3、通过热成像仪对吸波材料板进行红外成像采集；
S4、通过对吸波材料板上高功率微波红外成像区域的标尺刻度换算，获取红外成像区域面积，得到高功率微波作用区域面积；
S5、通过对应标尺刻度估算热成像图片B成像面积从而得到高功率微波能量作用区域及估算区域面积；
S6、通过热成像图片B上标准面积块所占像素的统计数量，换算出热成像图片B上每个像素所占的面积，即像素单位面积，统计热成像图片B中各个温度区域像素的数量，换算出各个温度区域的面积。
通过采用上述技术方案：通过在吸波材料板对高功率微波的吸波发热原理，采用红外成像技术，可在吸波材料板上对高功率作用范围和区域成像，一目了然。
优选的，所述热成像仪对高功率微波照射后的吸波材料板进行摄制和成像采集，吸波材料板在吸收高功率微波能量后会产生发热效应，从而导致高功率微波照射部位的局部发热升温，升温幅度与其所受的照射功率正相关，供热成像仪拍摄采集用。
通过采用上述技术方案：通过红外成像技术，在吸波材料板上对高功率作用区域瞬间成像，避免了传统技术的反复测量及采点；同时通过带有刻度的吸波材料板可以迅速计算出成像面积，也即高功率微波作用区域面积，简单实用且高效。
优选的，所述热成像仪防护罩由屏蔽微波的材料做成，在热成像仪的镜头处安放的是防微波辐射玻璃，标尺安装或刻画在吸波材料地边上，标准面积单位块安装或刻画吸波材料的边角位置上(非微波主要观测工作区位置)，可一个或多个，其位置可变动。
通过采用上述技术方案：在热成像仪的镜头处安放的是防微波辐射玻璃，此玻璃可通透红外线，这样使热成像仪既能正常工作，又能免受微波辐射的损害，通过材料差异及形状特点使其热成像图片中能够看到，以标尺刻度为基准的连线、连线的交叉点，和在其上设的标志物亦是标尺的范畴，其作用在热成像照片中是通过它比对粗略判定辐射区域的位置与受辐射区域的面积。
优选的，所述步骤S2具体为：被测高功率微波对吸波材料板进行辐射照射，高功率微波能量为W＝Pt，其中P为高功率微波照射到吸波板上的功率，t为照射时间；则Q＝ηW＝ηPt；其中Q为吸收热量，η为吸收效率；吸波材料板因吸收高功率微波能量，在高功率微波作用区域内转换为热量导致吸波材料升温，而吸波材料板未被照射的区域温度保持不变，则吸波材料板高功率微波照射区域和高功率微波未照射区域形成温度差为Δt＝Q/(m*c)，其中m为吸波材料板受照射区域材料质量，c为吸波材料的比热容；该温差也即吸波材料板高功率微波照射区域照射前后温度差。
优选的，所述步骤S3具体为：采用热成像仪拍摄被高功率微波照射后的吸波材料板，得到高功率微波作用区域的直接热成像图片A，直接热成像图片A的特性是：
直接指示出了高功率微波在空间的定位；
2)热成像图片A中每个像素直接反应的照射后吸波板的相应位置的温度，但就此时的吸波板而言，每个位置温度都受到了周围区域热传递的影响，因此，直接热成像图片A不能直接精确反应吸波板的受微波照射情况，需要加以处理。
优选的，所述步骤S4具体为：将直接热成像图片A处理为去除相互热窜扰的，仅反应吸波板所受微波辐射的理想热成像图片B，原理及解决方法如下：
在吸波板受到微波照射的过程中，各区域受到的照射不均衡会在各区域形成不同的温度，各区域温度的不同就会产生相互直接的热传递，其传递遵循傅立叶定律：
其中热流密度JT(W·m-2)是在与传输方向相垂直的单位面积上，在x方向上的传热速率，它与该方向上的温度梯度dT/dx成正比，比例常数κ是一个输运特性，称为热导率(也称为导热系数)，单位是(W·m-1·K-1)，述式中负号表示传热方向与温度梯度方向相反(下同)，也可以表述如下：
其中Q(Q上一点)为导热速率，单位为W,A为传热面积，单位为m^2,T为温度，单位为K,x为在导热面上的坐标，单位为m。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
在热成像仪的镜头处安放的是防微波辐射玻璃，此玻璃可通透红外线，这样使热成像仪既能正常工作，又能免受微波辐射的损害，通过材料差异及形状特点使其热成像图片中能够看到，以标尺刻度为基准的连线、连线的交叉点，和在其上设的标志物亦是标尺的范畴，其作用在热成像照片中是通过它比对粗略判定辐射区域的位置与受辐射区域的面积；
通过红外成像技术，在吸波材料板上对高功率作用区域瞬间成像，避免了传统技术的反复测量及采点；同时通过带有刻度的吸波材料板可以迅速计算出成像面积，也即高功率微波作用区域面积，简单实用且高效。
附图说明
图1为本发明中吸波板与热成像仪设备结构图；
图2为本发明中时间t吸波材料高温区扩散温度变化梯度示意图；
图3为本发明中直接热成像图片(A)；
图4为本发明中理想热成像图片(B)；
图5为本发明中吸波板正面及特征示意图；
图6为本发明中时间t热源导热扩散形成的温度梯度即等温线示意图；
图7为本发明中吸波材料高温区向周围传导发散示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1-7所示，基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，包括热成像仪、吸波材料板、辅助及保护设备、热成像仪微波防护罩、标尺以及标准面积单位块，具体测量方法步骤如下：
S1、将吸波材料板放置于待测区域；
S2、开启待测高功率微波发射源，对吸波材料板进行照射；
S3、通过热成像仪对吸波材料板进行红外成像采集；
S4、通过对吸波材料板上高功率微波红外成像区域的标尺刻度换算，获取红外成像区域面积，得到高功率微波作用区域面积；
S5、通过对应标尺刻度估算热成像图片B成像面积从而得到高功率微波能量作用区域及估算区域面积；
S6、通过热成像图片B上标准面积块所占像素的统计数量，换算出热成像图片B上每个像素所占的面积，即像素单位面积，统计热成像图片B中各个温度区域像素的数量，换算出各个温度区域的面积。
其中，所述热成像仪对高功率微波照射后的吸波材料板进行摄制和成像采集，吸波材料板在吸收高功率微波能量后会产生发热效应，从而导致高功率微波照射部位的局部发热升温，升温幅度与其所受的照射功率正相关，供热成像仪拍摄采集用。
其中，所述热成像仪防护罩由屏蔽微波的材料做成，在热成像仪的镜头处安放的是防微波辐射玻璃，标尺安装或刻画在吸波材料地边上，标准面积单位块安装或刻画吸波材料的边角位置上(非微波主要观测工作区位置)，可一个或多个，其位置可变动。
其中，所述步骤S2具体为：被测高功率微波对吸波材料板进行辐射照射，高功率微波能量为W＝Pt，其中P为高功率微波照射到吸波板上的功率，t为照射时间；则Q＝ηW＝ηPt；其中Q为吸收热量，η为吸收效率；吸波材料板因吸收高功率微波能量，在高功率微波作用区域内转换为热量导致吸波材料升温，而吸波材料板未被照射的区域温度保持不变，则吸波材料板高功率微波照射区域和高功率微波未照射区域形成温度差为Δt＝Q/(m*c)，其中m为吸波材料板受照射区域材料质量，c为吸波材料的比热容；该温差也即吸波材料板高功率微波照射区域照射前后温度差。
其中，所述步骤S3具体为：采用热成像仪拍摄被高功率微波照射后的吸波材料板，得到高功率微波作用区域的直接热成像图片A，直接热成像图片A的特性是：
直接指示出了高功率微波在空间的定位；
2)热成像图片A中每个像素直接反应的照射后吸波板的相应位置的温度，但就此时的吸波板而言，每个位置温度都受到了周围区域热传递的影响，因此，直接热成像图片A不能直接精确反应吸波板的受微波照射情况，需要加以处理。
其中，所述步骤S4具体为：将直接热成像图片A处理为去除相互热窜扰的，仅反应吸波板所受微波辐射的理想热成像图片B，原理及解决方法如下：
在吸波板受到微波照射的过程中，各区域受到的照射不均衡会在各区域形成不同的温度，各区域温度的不同就会产生相互直接的热传递，其传递遵循傅立叶定律：
其中热流密度JT(W·m-2)是在与传输方向相垂直的单位面积上，在x方向上的传热速率，它与该方向上的温度梯度dT/dx成正比，比例常数κ是一个输运特性，称为热导率(也称为导热系数)，单位是(W·m-1·K-1)，述式中负号表示传热方向与温度梯度方向相反(下同)，也可以表述如下：
其中Q(Q上一点)为导热速率，单位为W,A为传热面积，单位为m^2,T为温度，单位为K,x为在导热面上的坐标，单位为m。
对比例1
本实施例与所提供的实施例1的方法大致相同，其主要区别在于：步骤S3中未采用热成像仪进行数据采集；
对比例2
本实施例与所提供的实施例1的方法大致相同，其主要区别在于：步骤S4中未使用算法。
对比例3
本实施例与所提供的实施例1的方法大致相同，其主要区别在于：步骤S5中未进行成像面积的估算。
性能测试
分别取等量的实施例1和对比例1～3所提供的基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法的直观性以及成像速度：
| 直观性 | 成像速度 | |
| 实施例1 | 99.9％ | 99.9％ |
| 对比例1 | 87％ | 32％ |
| 对比例2 | 92％ | 21％ |
| 对比例3 | 89％ | 27％ |
通过分析上述各表中的相关数据可知，基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，包括热成像仪、吸波材料板、辅助及保护设备、热成像仪微波防护罩、标尺以及标准面积单位块，所述热成像仪放置于防微波辐射屏蔽罩之中，屏蔽罩在成像仪镜头前方开窗，装有特殊玻璃，该玻璃能阻挡微波辐射并允许红外线及可见光通过，具体测量方法步骤如下：
S1、将吸波材料板放置于待测区域；
S2、开启待测高功率微波发射源，对吸波材料板进行照射；
S3、通过热成像仪对吸波材料板进行红外成像采集；
S4、通过对吸波材料板上高功率微波红外成像区域的标尺刻度换算，获取红外成像区域面积，得到高功率微波作用区域面积；
S5、通过对应标尺刻度估算热成像图片B成像面积从而得到高功率微波能量作用区域及估算区域面积；
S6、通过热成像图片B上标准面积块所占像素的统计数量，换算出热成像图片B上每个像素所占的面积，即像素单位面积，统计热成像图片B中各个温度区域像素的数量，换算出各个温度区域的面积。
其中，所述热成像仪对高功率微波照射后的吸波材料板进行摄制和成像采集，吸波材料板在吸收高功率微波能量后会产生发热效应，从而导致高功率微波照射部位的局部发热升温，升温幅度与其所受的照射功率正相关，供热成像仪拍摄采集用。
其中，所述热成像仪防护罩由屏蔽微波的材料做成，在热成像仪的镜头处安放的是防微波辐射玻璃，在热成像仪的镜头处安放的是防微波辐射玻璃，此玻璃可通透红外线，这样使热成像仪既能正常工作，又能免受微波辐射的损害，标尺安装或刻画在吸波材料地边上，标准面积单位块安装或刻画吸波材料的边角位置上(非微波主要观测工作区位置)，可一个或多个，其位置可变动，通过材料差异及形状特点使其热成像图片中能够看到，以标尺刻度为基准的连线、连线的交叉点，和在其上设的标志物亦是标尺的范畴，其作用在热成像照片中是通过它比对粗略判定辐射区域的位置与受辐射区域的面积。
其中，所述步骤S2具体为：被测高功率微波对吸波材料板进行辐射照射，高功率微波能量为W＝Pt，其中P为高功率微波照射到吸波板上的功率，t为照射时间；则Q＝ηW＝ηPt；其中Q为吸收热量(为吸波板吸收微波辐射转化的热量)，η为吸收效率；吸波材料板因吸收高功率微波能量，在高功率微波作用区域内转换为热量导致吸波材料升温，而吸波材料板未被照射的区域温度保持不变，则吸波材料板高功率微波照射区域和高功率微波未照射区域形成温度差为Δt＝Q/(m*c)，其中m为吸波材料板受照射区域材料质量，c为吸波材料的比热容；该温差也即吸波材料板高功率微波照射区域照射前后温度差。
其中，所述步骤S3具体为：采用热成像仪拍摄被高功率微波照射后的吸波材料板，得到高功率微波作用区域的直接热成像图片A，直接热成像图片A的特性是：
直接指示出了高功率微波在空间的定位；
2)热成像图片A中每个像素直接反应的照射后吸波板的相应位置的温度，但就此时的吸波板而言，每个位置温度都受到了周围区域热传递的影响，因此，直接热成像图片A不能直接精确反应吸波板的受微波照射情况，需要加以处理。
其中，所述步骤S4具体为：将直接热成像图片A处理为去除相互热窜扰的，仅反应吸波板所受微波辐射的理想热成像图片B，原理及解决方法如下：
在吸波板受到微波照射的过程中，各区域受到的照射不均衡会在各区域形成不同的温度，各区域温度的不同就会产生相互直接的热传递，其传递遵循傅立叶定律：
其中热流密度JT(W·m-2)是在与传输方向相垂直的单位面积上，在x方向上的传热速率，它与该方向上的温度梯度dT/dx成正比，比例常数κ是一个输运特性，称为热导率(也称为导热系数)，单位是(W·m-1·K-1)，述式中负号表示传热方向与温度梯度方向相反(下同)，也可以表述如下：
其中Q(Q上一点)为导热速率，单位为W,A为传热面积，单位为m^2,T为温度，单位为K,x为在导热面上的坐标，单位为m。
本发明中：在热成像仪的镜头处安放的是防微波辐射玻璃，此玻璃可通透红外线，这样使热成像仪既能正常工作，又能免受微波辐射的损害，通过材料差异及形状特点使其热成像图片中能够看到，以标尺刻度为基准的连线、连线的交叉点，和在其上设的标志物亦是标尺的范畴，其作用在热成像照片中是通过它比对粗略判定辐射区域的位置与受辐射区域的面积；
通过红外成像技术，在吸波材料板上对高功率作用区域瞬间成像，避免了传统技术的反复测量及采点；同时通过带有刻度的吸波材料板可以迅速计算出成像面积，也即高功率微波作用区域面积，简单实用且高效。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，其特征在于，包括热成像仪、吸波材料板、辅助及保护设备、热成像仪微波防护罩、标尺以及标准面积单位块，具体测量方法步骤如下：
S1、将吸波材料板放置于待测区域；
S2、开启待测高功率微波发射源，对吸波材料板进行照射；
S3、通过热成像仪对吸波材料板进行红外成像采集；
S4、通过对吸波材料板上高功率微波红外成像区域的标尺刻度换算，获取红外成像区域面积，得到高功率微波作用区域面积；
S5、通过对应标尺刻度估算热成像图片B成像面积从而得到高功率微波能量作用区域及估算区域面积；
S6、通过热成像图片B上标准面积块所占像素的统计数量，换算出热成像图片B上每个像素所占的面积，即像素单位面积，统计热成像图片B中各个温度区域像素的数量，换算出各个温度区域的面积。
2.根据权利要求1所述的基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，其特征在于：所述热成像仪对高功率微波照射后的吸波材料板进行摄制和成像采集，吸波材料板在吸收高功率微波能量后会产生发热效应，从而导致高功率微波照射部位的局部发热升温，升温幅度与其所受的照射功率正相关，供热成像仪拍摄采集用。
3.根据权利要求1所述的基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，其特征在于：所述热成像仪防护罩由屏蔽微波的材料做成，在热成像仪的镜头处安放的是防微波辐射玻璃，标尺刻画在吸波材料地边上，标准面积单位块刻画吸波材料的边角位置上。
4.根据权利要求1所述的基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：被测高功率微波对吸波材料板进行辐射照射，高功率微波能量为W＝Pt，其中P为高功率微波照射到吸波板上的功率，t为照射时间；则Q＝ηW＝ηPt；其中Q为吸收热量，η为吸收效率；吸波材料板因吸收高功率微波能量，在高功率微波作用区域内转换为热量导致吸波材料升温，而吸波材料板未被照射的区域温度保持不变，则吸波材料板高功率微波照射区域和高功率微波未照射区域形成温度差为Δt＝Q/(m*c)，其中m为吸波材料板受照射区域材料质量，c为吸波材料的比热容；该温差也即吸波材料板高功率微波照射区域照射前后温度差。
5.根据权利要求1所述的基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：采用热成像仪拍摄被高功率微波照射后的吸波材料板，得到高功率微波作用区域的直接热成像图片A，直接热成像图片A的特性是：
1)直接指示出了高功率微波在空间的定位；
2)热成像图片A中每个像素直接反应的照射后吸波板的相应位置的温度，但就此时的吸波板而言，每个位置温度都受到了周围区域热传递的影响，因此，直接热成像图片A不能直接精确反应吸波板的受微波照射情况，需要加以处理。
6.根据权利要求1所述的基于红外成像的高功率微波空间定位及能量区域测量方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：将直接热成像图片A处理为去除相互热窜扰的，仅反应吸波板所受微波辐射的理想热成像图片B，原理及解决方法如下：
在吸波板受到微波照射的过程中，各区域受到的照射不均衡会在各区域形成不同的温度，各区域温度的不同就会产生相互直接的热传递，其传递遵循傅立叶定律：
其中热流密度JT(W·m-2)是在与传输方向相垂直的单位面积上，在x方向上的传热速率，它与该方向上的温度梯度dT/dx成正比，比例常数κ是一个输运特性，称为热导率，单位是(W·m-1·K-1)，述式中负号表示传热方向与温度梯度方向相反(下同)，也可以表述如下：
其中Q(Q上一点)为导热速率，单位为W,A为传热面积，单位为m^2,T为温度，单位为K,x为在导热面上的坐标，单位为m。
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- 2021-11-22 CN CN202111387234.2A patent/CN114046885A/zh active Pending
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