[发明专利]用于利用声电互作用确定物体中的物理参数的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1和权利要求19的前序部分的用于通过确定物体的介电函数来确定物体内部例如温度或密度的物理参数的设备。本发明还涉及一种根据权利要求12的前序部分的用于确定物体内的介电函数的方法，以及根据权利要求18的用于确定食物中温度的局部分布的设备。

背景技术

为在不破坏、侵害或解剖物体的情况下获取关于任意物体的温度、密度和其它内部参数的信息，各种类型的辐射可用于提供能够重构期望的参数的信息。

选择特定类型的辐射，存在四种不同的情况，这四种情况包括它们的与分析方法的选择有关的适当暗示。这些是按两个问题领域而被分类的：

-物体对所选辐射的透明度；

-关于所选辐射的波长的所需物体中的分辨率。

情况1A

(物体对用于测量的辐射是透明的或弱吸收的，并且要达到的分辨率等于或小于辐射波长)

唯一的信息源是通过利用例如以下技术来探测近场而获得的：

-原子力显微镜(AFM)

通过读出被以高准确度置于材料表面上的次波长大小模板(stencil)上的力，来读出被测试物体表面上的结构，

-光栅隧道显微镜(RTM)

其中，代替所述力，测量来自靠近被测试物体表面所放置的次波长大小探针的隧道电流，以生成关于该物体表面的电子状态的信息，或者

-光近场显微镜

其中，电磁辐射穿过微小的孔，这要求该孔远小于所用辐射的波长，以在细探针上以次波长分辨率生成光属性的表面图像。

-阻抗断层成像(impedance tomography)

其中，一组电极被连至被测试物体，并且所有探针之间的阻抗被测量。该方法允许计算被测试物体内部的一些属性，但分辨率一般较差。该方法已成功地被用于不同的方法-预先测量心脏区域的阻抗并且在药物治疗之后评估例如抗堵塞药物的影响。

作为一般特征，上面提到的方法的高分辨率不是由于所选辐射的固有波长，而是由于提供次波长分辨率的另一约束(大部分为光圈、模板)。一般的缺点是由于被测试物体的厚度要求所造成的-上述方法要么仅生成表面信息要么在不损失分辨率的情况下生成非常有限的深度的内部信息。

情况1B

(物体对于用于测量的辐射是透明的或弱吸收的，并且分辨率远大于辐射波长。)

所有直接成像和光传输方法覆盖了这种情况。利用该方式下的电磁辐射，存在

-LIDAR

-X射线

作为分析的手段，射线跟踪和一对一映射方法由于散射不起作用而是合适的一可以假设在不损失分辨率的情况下在给定位置获取的每个像素信息仅受到位于辐射源和接收器之间的物体体积的影响。

该领域的近期发展是无源雷达，其中接收器附近环境中的所有物体的固有热发射被测量并成像。该雷达方法不需要任何发送的信号，并且因此是不可跟踪的。

在非电磁方法中存在商业上可用的

-超声断层成像，以及

-核磁共振(NMR)

情况2A

(物体对用于测量的辐射是中度吸收的，并且分辨率等于或小于辐射波长。)

物体对用于测量的辐射为中度吸收这一事实对可被探测的探针带来了厚度限制。

对于该情况，目前现有技术中没有任何可行的方法。

情况2B

(物体对于用于测量的辐射是中度吸收的，并且分辨率远大于辐射波长。)

在该情况下，多数无线电频率和微波频率应用被发现(尤其是当被测试物体是有损耗的并且被嵌入无损耗环境中时)，并且微波断层成像为可用。在这些方法中最常用的一种是

-(有源)无线电检测和测距(RADAR)其中，通过将接收器置于与发送器相同的位置(单基地雷达)或者通过将接收器置于与发送器不同的位置(双基地雷达)，来测量信号在源和目标之间并回到接收器的运行时间，并且评估由于源和目标的相对速度而造成的频率改变(多普勒雷达)。

因此需要开发用于确定物体的物理参数的设备，所述物体对用于测量的辐射是中度吸收的，所述物理参数例如是温度、密度、成分，并且其中期望的分辨率远大于辐射波长。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于确定任意构成的物体的介电函数的设备。