一种磁性纳米材料的磁性检测系统及方法与流程

1.本发明涉及磁性纳米材料检测技术领域，特别涉及一种磁性纳米材料的磁性检测系统及方法。


背景技术：

2.磁性纳米材料为材料尺寸限度在纳米级，通常在1
‑
100nm的准零维超细微粉，一维超薄膜或微微超细纤维或由上述物质所组成的固态或液态磁性材料，其在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。磁性纳米材料最先用于宇航工业，现已普及至民用工业。磁性纳米材料广泛应用于旋转密封，如磁盘驱动器的防尘密封、高真空旋转密封等，以及扬声器、阻尼器件、磁印刷等方面。纳米微晶金属软磁材料具有高磁导率、低损耗、高饱和磁化强度，己广泛应用于开关电源、变压器、传感器等，实现器件小型化、轻型化、高频化以及多功能化。此外，磁性纳米颗粒作为靶向药物，细胞分离等医疗应用也成为当前生物医学的热门研究课题之一，已经推广至临床。磁性纳米材料应用前景广泛，其磁学检测显得尤其重要。
3.目前，对于现有的磁性材料的检测设备由于磁性纳米材料的尺寸限制无法对磁性纳米材料进行有效的磁性测量，同时现有的磁性纳米材料的检测不够智能化及准确率不够高，所以亟需一种能够智能化准确性高的磁性纳米材料磁学性质检测系统。


技术实现要素：

4.为解决上述现有技术中所存在的对于磁性检测不够智能化，准确率不高的问题，本发明提供一种磁性纳米材料的磁性检测系统及方法，能够自动智能对于磁性纳米材料进行有效准确检测。
5.本发明为实现上述效果，提供了如下技术方案：包括：
6.激发电源，磁场激发模块，待测样品搭载平台，图像采集模块，图像处理模块，检测模块；
7.所述激发电源与所述磁场激发模块连接；
8.所述待测样品搭载平台固定放置在所述磁场激发模块中；
9.所述待测样品搭载平台与所述图像采集模块相对应放置；
10.所述图像采集模块，所述图像处理模块，所述检测模块依次连接；
11.所述激发电源用于生成脉冲电流；
12.所述磁场激发模块基于所述脉冲电流，生成检测磁场；
13.所述待测样品搭载平台用于在所述检测磁场内放置待测样品；
14.图像采集模块用于采集所述待测样品的初始图像；
15.所述图像处理模块用于对所述初始图像进行预处理，对预处理后的初始图像进行特征提取，得到特征图像，基于所述特征图像，获取提取时间；
16.所述检测模块基于所述特征图像，获取特征点，基于所述特征点，获取特征轨迹，
对所述特征轨迹及提取时间进行整合，基于整合结果，获取待测样品速度及加速度，基于所述待测样品速度及加速度，获取磁性纳米材料磁性检测结果。
17.可选的，所述磁场激发模块包括激发线圈，感应线圈，磁场生成模块；
18.所述激发线圈与所述感应线圈对应放置；
19.所述磁场生成模块与所述感应线圈连接；
20.所述激发线圈与所述激发电源连接；
21.所述激发线圈基于所述脉冲电流生成初始磁场；
22.所述感应线圈基于所述初始磁场生成感应电流；
23.所述磁场生成模块基于所述感应电流生成检测磁场。
24.可选的，所述待测样品搭载平台包括检测容器；
25.所述检测容器与所述磁场激发模块位置对应；
26.所述检测容器用于盛放有机溶剂；
27.所述检测容器采用无标签透明的试剂管或者玻璃管；
28.所述待测样品不溶于所述有机溶剂。
29.可选的，所述图像处理模块包括图像预处理模块，图像提取模块；
30.所述图像采集模块，所述图像预处理模块，所述图像提取模块依次连接；
31.所述图像预处理模块用于对所述初始图像进行预处理，获取预处理后的图像；
32.所述图像提取模块通过全卷积神经网络对所述预处理后的图像进行特征提取，得到特征图像，基于所述特征图像，获取提取时间。
33.可选的，所述图像预处理模块包括滤波模块，二值化模块，孔洞填充模块；
34.所述图像采集模块，所述滤波模块，所述二值化模块，所述孔洞填充模块，所述图像提取模块依次连接；
35.所述滤波模块用于对初始图像进行滤波降噪；
36.所述二值化模块用于对滤波降噪后的初始图像进行二值化处理，得到二值化处理后的图像；
37.所述孔洞填充模块用于对所述二值化处理后的图像进行孔洞填充，得到预处理后的图像。
38.可选的，所述图像处理模块还包括训练模块；
39.所述训练模块与所述图像提取模块连接；
40.所述训练模块用于获取待测样品训练集，并基于待测样品训练集训练全卷积神经网络，其中，所述全卷积神经网络用于提取预处理后的初始图像中的待测样品目标特征，并对待测样品目标特征进行框定，获取特征图像。
41.可选的，所述检测模块包括特征点获取模块，轨迹获取模块，磁性分析模块；
42.所述图像处理模块，所特征点获取模块，所述轨迹获取模块，所述磁性分析模块依次连接；
43.所述特征点获取模块用于根据特征图像中待测样品目标特征，获取特征点，其中，特征点为特征图像中待测样品目标特征的像素点；
44.所述轨迹获取模块用于储存每帧特征图像中的特征点，并基于特征点在特征图像中的位置，获取特征轨迹，将提取时间与特征轨迹中的特征点进行整合，对整合结果进行处
理，获取待测样品的速度及加速度，基于待测样品速度及加速度进行磁矩计算，得到磁性纳米材料磁性检测结果。
45.本发明还提供了一种磁性纳米材料的磁性检测方法，包括，
46.获取脉冲电流，基于脉冲电流生成检测磁场；
47.将待测样品放入检测磁场中，获取待测样品在检测磁场中的初始图像，对初始图像进行预处理，得到预处理后的初始图像；
48.构建全卷积神经网络，通过全卷积神经网络对预处理后的初始图像进行特征提取，获取特征图像；
49.基于特征图像提取特征点，对特征点进行位置处理，基于位置处理结果，获取特征轨迹，将特征轨迹中的特征点与提取时间进行整合，基于整合结果，获取待测样品速度及加速度，基于待测样品速度及加速度进行磁矩计算，获取磁性纳米材料磁性检测结果。
50.本发明具有如下技术效果：
51.本发明通过激发电源生成脉冲电流，将脉冲电流输送给磁场激发模块，磁场激发模块生成检测磁场，将待测样品搭载平台放入检测磁场中，通过图像采集模块采集待测样本在磁场内的初始图像，并通过图像处理模块对初始图像进行预处理并对预处理后的初始图像进行特征提取，获取特征图像，检测模块基于特征图像对待测物体进行运动轨迹分析，获取待测样品的速度及加速度，并基于待测样品在磁场内的速度及加速度，计算待测样品磁学性质的相关参数，能够有效准确的完成磁性纳米材料的磁性检测，同时上述模块中除了待测样品搭载平台需要人工进行待测样品的放置，其余模块无需人工操作，能够自动智能的完成检测，极大提高了检测的效率，具有很强的实用性。
附图说明
52.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
53.图1为本发明实施例提供的磁性检测系统示意图；
54.图2为本发明实施例提供的磁性检测方法流程示意图。
具体实施方式
55.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
56.为了解决在现有技术中存在对于磁性纳米材料磁性检测不够智能化及准确率不高等问题，本发明提供了如下方案：
57.如图1所示，本发明提供了一种磁性纳米材料的磁性检测系统，包括：
58.激发电源，磁场激发模块，待测样品搭载平台，图像采集模块，图像处理模块，检测模块；激发电源与磁场激发模块连接；待测样品搭载平台固定放置在磁场激发模块中；待测
样品搭载平台与图像采集模块相对应放置；图像采集模块，图像处理模块，检测模块依次连接；
59.激发电源用于生成脉冲电流；激发电源采用脉冲电流激发装置，为磁场激发模块提供有效的脉冲电流，保证磁场激发模块能够有效的激发检测磁场。
60.磁场激发模块基于脉冲电流，生成检测磁场；磁场激发模块包括激发线圈，感应线圈，磁场生成模块；激发线圈与感应线圈对应放置；磁场生成模块与感应线圈连接；激发线圈与激发电源连接；激发线圈基于脉冲电流生成初始磁场；感应线圈基于初始磁场生成感应电流；磁场生成模块基于感应电流生成检测磁场。激发线圈与感应线圈平行放置，同时可以适当调整激发线圈与感应线圈的匝数，来改变感应线圈内的感应电流大小，磁场生成模块可以选取平行板电容器，其与感应线圈串联，来生成检测磁场，也可以选择c型电磁铁，将感应线圈缠绕在电磁铁上进行检测磁场生成。
61.待测样品搭载平台用于在检测磁场内放置待测样品；待测样品搭载平台包括检测容器；检测容器与磁场激发模块位置对应；检测容器用于盛放有机溶剂；检测容器采用无标签透明的试剂管或者玻璃管或其他的透明的可以清楚拍摄其内部溶剂的容器；待测样品为液态磁性材料，有机溶剂选择无法溶解待测样品的溶剂，同时待测样品的密度应当与有机溶剂的密度相同，保证待测样品能够在有机溶剂漂浮，进一步保证有效拍摄待测样品的移动位移等信息。
62.图像采集模块用于采集待测样品的初始图像；图像采集模块采用高清相机，在拍摄待测样品的初始图像之前，需要等待待测样品进入静止状态，尽量减少外界的干扰。
63.图像处理模块用于对初始图像进行预处理，对预处理后的初始图像进行特征提取，得到特征图像，基于特征图像，获取提取时间；
64.图像处理模块包括图像预处理模块，图像提取模块；图像采集模块，图像预处理模块，图像提取模块依次连接；图像预处理模块用于对初始图像进行预处理，获取预处理后的图像；图像提取模块通过全卷积神经网络对预处理后的图像进行特征提取，得到特征图像，基于特征图像，获取提取时间。
65.图像预处理模块包括滤波模块，二值化模块，孔洞填充模块；图像采集模块，滤波模块，二值化模块，孔洞填充模块，图像提取模块依次连接；滤波模块用于对初始图像进行滤波降噪；滤波降噪的方式可采用高斯滤波，将图像中的由于拍摄问题或者溶剂问题所生成的噪声点进行去除。二值化模块用于对滤波降噪后的初始图像进行二值化处理，得到二值化处理后的图像；孔洞填充模块用于对二值化处理后的图像进行孔洞填充，得到预处理后的图像。在图像二值化后将图像进行孔洞填充进一步的将大的噪声点进行去除，保证对于待测样品目标的选取更加精确。
66.图像处理模块还包括训练模块；训练模块与图像提取模块连接；训练模块用于获取待测样品训练集，并基于待测样品训练集训练全卷积神经网络，其中，全卷积神经网络用于提取预处理后的初始图像中的待测样品目标特征，并对待测样品目标特征进行框定，获取特征图像。本技术构建的全卷积神经网络，由3个卷积层相连接构成，最后在加上一个卷积层连接，将卷积神经网络中的全连接层替换为卷积层，进一步提升特征识别的有效性。
67.检测模块基于特征图像，获取特征点，基于特征点，获取特征轨迹，对特征轨迹及提取时间进行整合，基于整合结果，获取待测样品速度及加速度，基于待测样品速度及加速
度，获取磁性纳米材料磁性检测结果。
68.检测模块包括特征点获取模块，轨迹获取模块，磁性分析模块；图像处理模块，所特征点获取模块，轨迹获取模块，磁性分析模块依次连接；特征点获取模块用于根据特征图像中待测样品目标特征，获取特征点，其中，特征点为特征图像中待测样品目标特征的像素点；特征点可以待测样品目标特征框定区域全部像素点，由此计算全部像素点位移量，或者为待测样品中目标特征框定区域内的某个固定位置的像素点，即可以选取框定区域中的左上角或右上角某个像素点，再或者对框定目标进行几何中心计算，求解出几何中心点作为特征点。
69.轨迹获取模块用于储存每帧特征图像中的特征点，并基于特征点在特征图像中的位置，获取特征轨迹，将提取时间与特征轨迹中的特征点进行整合，对整合结果进行处理，获取待测样品的速度及加速度，基于待测样品速度及加速度进行磁矩计算，得到磁性纳米材料磁性检测结果。
70.轨迹获取模块中在获取特征点之后，将特征点在图像中的坐标，映射到三维坐标轴中，并记录xyz坐标，根据映射到三维坐标轴中的特征点，将特征点进行依次连接并将连接线路进行平滑处理，获取特征轨迹，基于特征轨迹中的每个特征点的时间及特征轨迹的梯度，获取待测样品的速度及加速度，通过下式计算单位体积磁矩m，
[0071][0072]
其中，v为待测样品体积，m为待测样品质量，η为有机溶液的粘滞系数，d为待测样品直径，v为待测样品速度，μ为磁性常数，h为磁场强度，磁场强度可以通过激发电流大小计算获得，也可以通过磁传感器直接在待测样品搭载平台处进行测量获得，为梯度算子。单位体积磁矩m与其他磁学性质参数之间存在某些换算关系，然后通过单位体积磁矩计算其他的磁学性质参数，完成对待测样品的磁性检测。
[0073]
如图2所示，本发明还公开了一种磁性纳米材料的磁性检测系统相对应的磁性检测方法，包括，获取脉冲电流，基于脉冲电流生成检测磁场；将待测样品放入检测磁场中，获取待测样品在检测磁场中的初始图像，对初始图像进行预处理，得到预处理后的初始图像；构建全卷积神经网络，通过全卷积神经网络对预处理后的初始图像进行特征提取，获取特征图像；基于特征图像提取特征点，对特征点进行位置处理，基于位置处理结果，获取特征轨迹，将特征轨迹中的特征点与提取时间进行整合，基于整合结果，获取待测样品速度及加速度，基于待测样品速度及加速度进行磁矩计算，获取磁性纳米材料磁性检测结果。
[0074]
本发明具有如下技术效果：
[0075]
本发明通过激发电源生成脉冲电流，将脉冲电流输送给磁场激发模块，磁场激发模块生成检测磁场，将待测样品搭载平台放入检测磁场中，通过图像采集模块采集待测样本在磁场内的初始图像，并通过图像处理模块对初始图像进行预处理并对预处理后的初始图像进行特征提取，获取特征图像，检测模块基于特征图像对待测物体进行运动轨迹分析，获取待测样品的速度及加速度，并基于待测样品在磁场内的速度及加速度，计算待测样品磁学性质的相关参数，能够有效准确的完成磁性纳米材料的磁性检测，同时上述模块中除了待测样品搭载平台需要人工进行待测样品的放置，其余模块无需人工操作，能够自动智
能的完成检测，极大提高了检测的效率，具有很强的实用性。
[0076]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。