本发明涉及土木工程材料测量和成像技术，具体涉及一种利用近场微波对多孔混凝土孔结构进行测量和成像分析的方法。
背景技术：
1、多孔混凝土是由水泥砂浆体裹覆具有骨架结构的碎石集料而形成的多孔结构轻质混凝土材料。由于孔洞的存在，使得多孔混凝土在抗滑、透水、降噪、保温和隔热等方面的物理力学特性优于普通混凝土，在透水道路、绿色建筑、园林绿化等场景有着广泛的应用。
2、混凝土的孔结构包括孔隙率、孔径尺寸、孔形貌、孔分布等。孔结构直接影响到多孔混凝土的强度、耐久、透气等其它各种功能，因而了解孔结构的相关参数对于多孔混凝土相关性能的研究有着重大意义。
3、目前，对多孔混凝土孔结构平面图像的获取方法主要包括以下几种：
4、一、拓印法。主要步骤为：1、取纸按压在涂有有色汁液的试件测试表面；2、一段时间后取下纸张得到多孔混凝土的拓印图像；3进行图像分析，得到孔结构参数。拓印法在实际的使用过程中由于手动操作步骤繁琐、难以控制等问题，存在图像质量难以保证且精度较低的缺点。
5、二、图像分析法。以中国专利200810218446.6公开的一种多孔混凝土表面孔径的测定方法为例，主要步骤为：1、采用数码照相或摄像机的ccd成像技术获取附标尺的多孔混凝土的数字图像；2、将拍摄的图片用图像分析软件进行若干处理后，得到等效孔径；3、舍弃直径小于1.0mm的微孔数据；4、将余下的表面孔径数据导入统计分析软件中，计算平均孔径。图像分析法的主要缺点为：1、图像处理效果较差，精度太低，达不到对孔隙的准确分割；2、图像处理步骤较为繁琐，对图像处理技术要求较高。
6、三、ct扫描法。以中国专利201310408977.2公开的一种基于ct技术的多孔混凝土孔结构表征方法为例，主要步骤为：1、利用pvc管制备多孔混凝土试件；2、使用ct扫描仪获取多孔混凝土的二维断层图像；3、通过计算机对图像处理得到孔隙分布图。由于ct设备价格较高，进行ct扫描的费用也较高,因而ct扫描法存在费用较高的缺点。
7、四、感压纸法。以中国专利201810627231.3公开的一种多孔混凝土孔结构参数获取和分析方法为例，主要步骤为：1、将通过切割机或打磨机处理且清扫过的平整干净的混凝土试块置于混凝土试块加压装置上；2、将感压纸中的生色感压纸粘贴在测试面上，显色感压纸放置在生色感压纸上，使生色感压纸与显色感压纸完全重合接触，使用加压装置对感压纸进行均匀加压5-10秒，随后取出显色感压纸，对其进行拍摄，获得多孔混凝土试块孔结构图像；3、将获取的多孔混凝土试块孔结构图像导入图像分析软件中，对其进行对比度增强，噪声消除等处理，获得孔隙的质心、最大和最小等效半径、周长、面积以及数量的参数，再根据图像比例尺计算出每个参数的实际值。可以看出，感压纸法的缺点在于：1、操作过程中多为手动过程，相关精度很难保证，很容易出现相关误差；2、图像处理过程中，需要对图像数据进行对比度增强、噪声消除等处理，得到的参数还要再根据感压纸的尺寸与数字图像的实际大小，计算出图像比例尺，根据图像比例尺计算出每个参数的实际值，容易导致最后得到的参数与实际情况相比出现较大的误差。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种新型的、高精度的利用近场微波分析多孔混凝土孔结构的方法。
2、为了实现上述目的，本发明技术方案为一种利用近场微波对多孔混凝土孔结构成像的方法，该方法包括：
3、步骤1：试块预处理；
4、用切割机切削多孔混凝土试块，或用打磨机打磨多孔混凝土试块，得到平整的多孔混凝土试块测试面，对测试面进行清扫使测试面干净无杂物，将多孔混凝土试块放置于近场微波系统的载物基片上，并使测试面朝上，位于载物基片与探针的针尖之间，完成试块的预处理；
5、步骤2：获取扫描数据；
6、放置待测样品于载物基片上，通过ccd相机确定探针针尖到样品的距离，纵向移动载物基片使得待测样品与探针的针尖之间的距离至软接触点即临界接触点；在样品上确定测量区域，选取一个原点，将探针的初始测量位置移动至此，记录此刻探针位置为(x0，y0，0)；如果把探针的初始测量位置看作原点，以平面直角坐标系的方式来看，该系统的测量区域为第一象限区域；启动近场微波系统开始进行测量，样品扫描过程中，探针针尖发出的信号与样品产生电磁相互作用，并产生近场回波信号；近场回波信号由信号发生与接收装置采集，通过矢量网络分析仪处理回波信号测得所需多孔混凝土试块测试面区域范围内的谐振频率fr；谐振频率fr为电磁波平均磁能和平均电能相等时的频率；
7、步骤3：图像成像；
8、将获取的多孔混凝土试块测试区域范围内的谐振频率fr导入软件，通过计算机处理得到所需的多孔混凝土试块测试面区域坐标(xi，yi，zi)与谐振频率fr形成的图像；
9、步骤4：孔结构分析；
10、在步骤3中得到每个点的数据为(xi,yi,zi,fri),这些数据呈一一对应的关系，则可提取探针与样品间距离z的数据组：
11、
12、和谐振腔谐振频率fr的数据组：
13、
14、为了排除测量过程当中机械噪声干扰，所以重复对扫描区域表面作点扫描，前后进行多次点扫描测量，最后得到多组数据，再对求其平均值得根据推导的点扫描拟合方程式，对和z进行数据拟合，得到均值关系曲线等式为：
15、
16、上述两式中的x、y为变量，代表整个待测样品表面采集的所有点的三维空间坐标中的(x，y)坐标,k、k1、c、c1均为常数；对做归一化处理得到各个位置的fr_norm值，判定fr_norm值大于0.5时所处坐标点位于孔隙中，确定孔隙中fr_norm值最大点m的fr_norm值对应确定该点的坐标(xm，ym)，再选取孔隙边缘一点n的fr_norm值对应确定该点的坐标(xn，yn)，通过坐标确定m点、n点原来的fr值，再通过上述公式求得两点的z坐标zm和zn，由于z值代表探针与样品间距离，则该孔隙深度h即为h＝zm-zn；
17、选取孔隙上边缘和下边缘各一点，两点x坐标相同，孔垂直宽度a即为a＝y上-y下；
18、同样的，选取孔隙左边缘和右边缘各一点，两点y坐标相同，孔水平宽度b即为b＝x右-x左。
19、本发明与现有技术相比，具有以下有益技术效果：
20、1、精度高：本发明采用近场微波方式对多孔混凝土进行扫描成像，成像分辨率达到亚微米级别；2、本发明通过电磁反演的方式，不仅可以提取多孔混凝土试块的表面孔结构参数，还能得到一些内部孔、隐蔽孔的参数。本发明方法科学可靠，具有精度高，能够发现以往成像技术发现不到的一些细节的优点，能够更加清晰准确地表征出孔隙结构，同样适用于其它平面上孔的成像。
1.一种利用近场微波对多孔混凝土孔结构成像的方法，该方法包括：
