УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СВЧ-ГОЛОГРАММ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ ВОССТАНОВЛЕННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК G03H1/00 

Известные устройства [1-3] для получения СВЧ-голограмм и визуализации восстановленного изображения содержат генератор СВЧ-колебаний, освещающую антенну, объект в голографируемом объеме, приемные антенны, многоканальный приемник, антенну опорной волны, аналоговое устройство визуализации. Эти устройства полностью повторяют типовую схему оптической голографии с опорной волной, когда в плоскости приемной антенны возникает интерференция между рассеянием от объекта и опорной волной. Приемное устройство фиксирует интенсивность интерференционной картинки и передает их геометрическое расположение из плоскости приемной апертуры на устройство визуализации. Устройство визуализации сжимает пространственный масштаб картинки до масштабов, при которых возможно обратное восстановление голограммы в оптическом диапазоне, как и в обычной оптической голографии. Чаще всего для этих целей использовалась фотопленка. В прототипе она заменена на систему ультразвуковых преобразователей и приемников, а так же управляемых некогерентных источников света. Такая система визуализации позволяет получить голографическое изображение в реальном времени.

Недостатком голографической системы с опорной волной является тот факт, что при фиксации интенсивности стоячей волны (результат интерференции двух волн одной частоты) теряется конкретная фаза рассеянной волны. Такой способ регистрации позволяет фиксировать фазу только с точностью до 180 градусов. Этот недостаток в оптической голографии компенсируется большим количеством разрешающих элементов (зерен) на фотопленке. В СВЧ-голографии принципиальным является малое количество (по сравнению с оптикой) разрешающих элементов, поэтому система с опорной волной обладает низкими значениями по разрешению, динамическому диапазону и чувствительности, в сравнении с потенциально возможными, когда фиксируются точное значение фаз и амплитуд рассеянного сигнала. Кроме того, аналоговое устройство визуализации является громоздким и неудобным в эксплуатации.

Ожидаемый технический результат описываемого изобретения заключается в повышении чувствительности, динамического диапазона и пространственного разрешения устройства СВЧ-голографии, а так же в уменьшении его габаритных и весовых показателей.

Технический результат достигается тем, что из схемы регистрации исключается опорная волна, а фиксация амплитуд и фаз рассеянного сигнала осуществляется фазочувствительным приемником с квадратурными каналами. Устройство визуализации заменяется портативным компьютером, на котором реализуется программа построения голографического изображения.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, на котором представлена общая структурная схема устройства. Здесь: 1 - генератор СВЧ-колебаний, 2 - освещающая антенна, 3 - объект в голографируемом объеме, 4 - приемные антенны, 5 - коммутатор, 6 - фазочувствительный приемник, 7 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 8 - компьютер.

Прибор работает следующим образом. Генератор СВЧ-колебаний 1 вырабатывает непрерывный монохроматический сигнал СВЧ-диапазона, который поступает на освещающую антенну 2 и на второй вход фазочувствительного приемника. Отраженные от объекта 3 радиоволны попадают на приемные антенны 4, соединенные с коммутатором 5. Фазочувствительный приемник 6 подключается последовательно к каждой из антенн через коммутатор 6 и вырабатывает квадратурные напряжения относительно опорного, поступающего на его второй вход от генератора СВЧ-колебаний 1. Эти напряжения поступают на АЦП 7 и далее в цифровом виде на компьютер 8, на котором реализована программа восстановления изображения и его визуализации. Восстановление изображения осуществляется методом обращения фронта волнового поля на основе формул Кирхгофа [4], а визуализация - любой стандартной программой трехмерной графики, включая возможность построения стереоскопического изображения при наличии дополнительных устройств (например, стереоочков).

Устройство может быть реализовано для рабочей частоты 10 ГГц, поскольку в этом диапазоне реализуется компромисс между хорошим пространственным разрешением и достаточно глубоким проникновением радиоволн в голографируемый объект, что позволяет использовать его в качестве интроскопа.

В настоящее время существует большой перечень стандартных элементов этого диапазона, из которых могут быть изготовлены электронные узлы устройства: генератора СВЧ-колебаний 1, коммутатора 5 и приемника 6. К АЦП 7 так же не предъявляется специальных требований - это может быть любое низкоскоростное устройство с разрядной сеткой 16 бит. В качестве освещающей антенны 2 может использоваться стандартная рупорная антенна. Приемные антенны 4 могут быть выполнены, например, как щелевые, или антенны Вивальди, в виде печатных плат. Для восстановления изображения и его визуализации достаточно производительности компьютера типа "Пентиум".

Патентуемое устройство может найти широкое применение в качестве интроскопа для решения многих задач, например:

1. Неразрушающий контроль состояния арматуры железобетонных конструкций.

2. Поиск скрытой электропроводки в стенах.

3. Оценка состояния асфальтового покрытия.

4. Поиск брошенных мин.

ЛИТЕРАТУРА

1. Е.А.Антонов, В.М.Гинзбург, Г.И.Рукман. Способ голографической регистрации быстропротекающих процессов. Авт. свид. №263769, кл. 21 g, 53/00, 10.02.1970.

2. В.М.Гинзбург, В.М.Курбатов, В.М.Мещанкин. Устройство для голографической регистрации быстропротекающих процессов на радиочастотах. Авт. свид. №250311, кл. 21 е, 36/10, 12.08.1969.

3. В.М.Мещанкин. Устройство для получения СВЧ-голограмм и визуализации восстановленного изображения. Авт. свид. №275257, кл. 21 g, 53/00, 03.07.1970 (прототип).

4. М.Б.Виноградов, О.В.Руденко, А.П.Сухоруков. Теория волн. - М., Наука, 1979, 384 с.

Устройство СВЧ-голографии может найти применение в качестве интроскопа для неразрушающего контроля. Предлагается схема непосредственной регистрации рассеянного от объекта сигнала фазочувствительным приемником, а задача восстановления изображения решается численно и визуализируется на экране компьютера. Технический результат повышение чувствительности и разрешающей способности. 1 ил.

Устройство для получения СВЧ-голограмм и визуализации восстановленного изображения, состоящее из генератора СВЧ-колебаний, первый выход которого соединен с освещающей антенной, и приемных антенн, отличающееся тем, что приемные антенны последовательно соединены с введенными в устройство коммутатором, фазочувствительным приемником, АЦП и компьютером, а второй выход генератора СВЧ-колебаний соединен со вторым входом фазочувствительного приемника, при этом восстановление изображения осуществляется компьютерной программой методом обращения фронта волнового поля на основе формул Кирхгофа, а визуализация осуществляется любой стандартной программой трехмерной графики.