專利名稱：非接觸式電阻抗傳感器及基于該傳感器的圖像重建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)器件及其應(yīng)用，特別是一種非接觸式電阻抗傳感器及基于該傳感器的圖像重建方法。

背景技術(shù)：
電阻抗層析成像技術(shù)(Electrical Impedance Tomography，EIT)是近年來發(fā)展起來的一種多相流及人體生物組織可視化的參數(shù)檢測(cè)技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)可視化測(cè)量，整個(gè)系統(tǒng)的核心部件是阻抗傳感器，由其獲取管截面上介質(zhì)的阻抗信息，進(jìn)而以層析成像等形式實(shí)現(xiàn)參數(shù)檢測(cè)。
工業(yè)常見的系統(tǒng)中，EIT通常表現(xiàn)為單一的電阻層析成像(Electrical resistence tomography，ERT)模態(tài)或者電容層析成像(Electrical capacitance tomography，ECT)模態(tài)，而單一的電阻或電容模態(tài)相互獨(dú)立且測(cè)量范圍有限，因此雙模態(tài)阻抗信息的獲取可以拓寬測(cè)量范圍。
目前文獻(xiàn)中多模態(tài)測(cè)量有兩種方式，一種是分離式單模態(tài)傳感器的組合，另一種是電阻抗傳感器。
前者如Hoyle等2001年發(fā)表于《測(cè)量科學(xué)與技術(shù)》(MeasurementScience and Technology)第12卷第8期，第1157-1165頁，題為《多模態(tài)過程成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》(Design and application of a multi-modalprocess tomography system)的文章中每個(gè)模態(tài)仍是孤立的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的測(cè)量也只是在不同截面上，對(duì)同一流型的不同模態(tài)的不同位置非同步測(cè)量，由于被測(cè)多相流流速和流型變化速度快，難于實(shí)現(xiàn)對(duì)高速多相流中同一流型剖面的電阻電容信息同時(shí)提取；而公開號(hào)為CN1793879的ERT/ECT雙模態(tài)成像系統(tǒng)復(fù)合陣列傳感器、公開號(hào)為CN101025404的ECT/ERT雙模態(tài)成像系統(tǒng)交叉式復(fù)合陣列傳感器中的放置在管道的同一截面上，若電阻模態(tài)和電容模態(tài)同步激勵(lì)，則硬件上需要采取措施，避免兩種激勵(lì)模式之間的耦合影響，增加硬件系統(tǒng)的復(fù)雜度；若電阻模態(tài)和電容模態(tài)分時(shí)激勵(lì)，因?yàn)榉謺r(shí)激勵(lì)對(duì)應(yīng)的測(cè)量是分時(shí)測(cè)量，只是電阻模態(tài)和電容模態(tài)兩種模態(tài)測(cè)量的簡單組合，測(cè)量范圍也僅是兩種模態(tài)的簡單復(fù)合，且不是對(duì)同一流型剖面的同步測(cè)量，對(duì)于高速變化的多相流流型而言，仍難于捕捉到流型剖面的細(xì)節(jié)信息。
后者如公開號(hào)為CN1821762的雙模電學(xué)成像系統(tǒng)傳感器及基于該傳感器的圖像重建方法及公開號(hào)為CN101034075的方形雙模自標(biāo)定傳感器及基于該傳感器的圖像重建方法，分別提供了一種雙模電學(xué)成像系統(tǒng)傳感器，實(shí)現(xiàn)阻抗信息的獲取，同步獲得同一管截面上介質(zhì)阻抗分布的實(shí)部和虛部信息，進(jìn)而大大簡化電阻抗成像系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，擴(kuò)展測(cè)量范圍。但是該類傳感器的電極陣列與被測(cè)對(duì)象接觸，屬于接觸式測(cè)量；其電極陣列容易受腐蝕，測(cè)量效果易受接觸阻抗、流型變化等不確定因素影響。
2007年，Qussai Marashdeh等人在《IEEE傳感器雜志》(SensorsJournal，IEEE)第7卷第3期，第426-433頁的題為《基于ECT傳感器的多模態(tài)層析成像系統(tǒng)》(Amultimodal tomography systembased on ECT sensors)的論文中，給出了一種非接觸式多模態(tài)測(cè)量方式的初步結(jié)果，但是其計(jì)算基于數(shù)值方法，計(jì)算方式復(fù)雜，不利于靈敏場(chǎng)的計(jì)算以及圖像重建。
綜上所述，在目前的EIT系統(tǒng)中，多模態(tài)傳感器大多為接觸式傳感器，測(cè)量結(jié)果受接觸阻抗、流型變化等因素影響較大；而現(xiàn)有的非接觸式傳感器不具有解析表達(dá)的數(shù)學(xué)模型，不利于圖像重建以及傳感器性能分析，限制了電阻抗層析成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。


發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種非接觸式電阻抗傳感器，電極陣列不與被測(cè)物質(zhì)接觸，且實(shí)現(xiàn)阻抗信息的獲取，同步獲得同一管截面上介質(zhì)阻抗分布的實(shí)部和虛部信息；并基于該傳感器，給出了其解析模型及相應(yīng)的靈敏場(chǎng)分布表達(dá)式，最后給出兩種快速成像的圖像重建方法。
為實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是提供一種非接觸式電阻抗傳感器，該傳感器安裝于測(cè)量區(qū)域，該傳感器的徑向截面結(jié)構(gòu)是由四層結(jié)構(gòu)組成，由外及內(nèi)依次為金屬管層，絕緣物質(zhì)層，電極陣列層以及絕緣環(huán)層，所述附著在絕緣環(huán)層上的電極數(shù)至少有二個(gè)，均勻分布在同一圓周上，所述絕緣物質(zhì)層的厚度小于絕緣環(huán)層外徑的1％，且使電極陣列與金屬管層之間電場(chǎng)強(qiáng)度小于絕緣物質(zhì)層的擊穿強(qiáng)度，其中所述電極陣列層通過絕緣環(huán)層與測(cè)量區(qū)域隔離。
還提供二種基于該傳感器實(shí)現(xiàn)電阻抗層析成像的圖像重建方法。
本發(fā)明的效果是該非接觸式電阻抗傳感器可實(shí)現(xiàn)非接觸的雙模態(tài)測(cè)量與圖像重建，具有如下優(yōu)點(diǎn) 1.綜合了電阻模態(tài)和電容模態(tài)兩種模態(tài)的測(cè)量優(yōu)勢(shì)，如非侵入性、響應(yīng)快速、造價(jià)低廉、適應(yīng)性強(qiáng)、工藝流程簡單等，且使測(cè)量范圍拓寬，屬于非接觸式測(cè)量，不干擾流型，且基本上不受被測(cè)物質(zhì)的腐蝕性質(zhì)等參數(shù)的影響。
2.電阻模態(tài)和電容模態(tài)兩種模態(tài)的激勵(lì)和測(cè)量同步進(jìn)行，且兩種模態(tài)對(duì)應(yīng)的橫截面的激勵(lì)電場(chǎng)分布為同一個(gè)分布，滿足相同的測(cè)量原理，所采用的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)也基本相同，從而使雙模態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)更加簡潔。
3.基于該傳感器的解析模型，可計(jì)算出相應(yīng)的靈敏場(chǎng)，即管截面上任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的阻抗實(shí)部和虛部靈敏度分布的統(tǒng)一表達(dá)式，基于本傳感器的靈敏場(chǎng)統(tǒng)一表達(dá)式，更有利于阻抗實(shí)部和虛部信息的融合。最后給出兩種實(shí)現(xiàn)測(cè)量截面的電阻抗分布的快速成像方法，實(shí)現(xiàn)非接觸式電阻抗層析成像。



圖1為本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)截面圖； 圖2為本發(fā)明的沿y軸方向得到的傳感器結(jié)構(gòu)投影圖； 圖3為基于本發(fā)明的傳感器的反投影圖像重建方法對(duì)半管流的電導(dǎo)模態(tài)圖像重建結(jié)果； 圖4為基于本發(fā)明的傳感器的反投影圖像重建方法對(duì)半管流的電容模態(tài)圖像重建結(jié)果。
圖中 1、金屬管層2、絕緣物質(zhì)層3、電極陣列 4、絕緣環(huán)層5、實(shí)現(xiàn)阻抗測(cè)量的電極陣列 6、具有相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)采集作用的保護(hù)電極陣列
具體實(shí)施例方式 結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的雙模電學(xué)成像系統(tǒng)傳感器及基于該傳感器的圖像重建方法加以說明。
如圖1、2所示，該傳感器安裝于測(cè)量區(qū)域，本傳感器的徑向截面結(jié)構(gòu)是由四層結(jié)構(gòu)組成，由外及內(nèi)依次為金屬管層1，絕緣物質(zhì)層2，電極陣列層3以及絕緣環(huán)層4。金屬管層1起屏蔽作用，可以調(diào)整其厚度以滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，絕緣物質(zhì)層2用于隔離金屬管層1和電極陣列層3；附著在絕緣環(huán)層4上的電極陣列層3，由實(shí)現(xiàn)電阻抗實(shí)部和虛部的同步測(cè)量的多個(gè)電極構(gòu)成；所述電極均勻分布在同一圓周上，在相鄰電極間的狹縫中，填充有絕緣物質(zhì)；該傳感器縱向截面結(jié)構(gòu)設(shè)置為相距有間隔的三排電極陣列，其上下兩排6為具有相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)采集作用的保護(hù)電極陣列，靠中間一排5為實(shí)現(xiàn)管截面阻抗實(shí)部和虛部的同步測(cè)量的電極陣列。
在本傳感器縱向截面，其結(jié)構(gòu)是布置相距間隔較小的三列電極陣列，電極陣列間的間隔小于電極縱向長度的2％，上下兩組電極陣列6，為具有相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)采集作用的保護(hù)電極陣列，中間位置的電極陣列5實(shí)現(xiàn)管截面的阻抗測(cè)量。在縱向截面，其結(jié)構(gòu)若僅配置一組電極陣列，亦可實(shí)現(xiàn)阻抗測(cè)量的功能，可簡化硬件電路設(shè)計(jì)，但會(huì)降低測(cè)量精度，削弱測(cè)量功能。
本傳感器采用交流電壓激勵(lì)，測(cè)量對(duì)象為管截面的電阻抗分布，包括管截面的電容率分布和管截面的電導(dǎo)率分布。所述電極可實(shí)現(xiàn)電阻抗實(shí)部和虛部的同步測(cè)量，并基于傳感器模型給出敏感場(chǎng)，即管截面的靈敏度公式以及管截面的阻抗圖像重建方法。
基于本發(fā)明傳感器模型的兩種圖像重建方法如下 1.吉洪諾夫正則化方法 基于本發(fā)明傳感器模型計(jì)算得到的Sm，n，可以給出圖像重建的吉洪諾夫正則化(Tikhonov regularization)方法，具體表達(dá)式為 Δv＝(STS+μI)STΔM 其中，Δv為電容率或電導(dǎo)率的變化量，S＝[Sm，n]，即矩陣S的第m行第n列的元素為Sm，n，矩陣ST為矩陣S的轉(zhuǎn)置，μ為待定正則化參數(shù)，I為與矩陣STS同階的單位矩陣，ΔM表示所測(cè)電阻抗值與被測(cè)截面介質(zhì)為均勻分布時(shí)的計(jì)算值之差。
具體的實(shí)現(xiàn)過程為 a.對(duì)于電極對(duì)應(yīng)的圓心角為2α的阻抗傳感器，當(dāng)在激勵(lì)電極上施加的電壓為V0，其余的電極均與地同電位時(shí)，不失一般性，假定絕緣環(huán)外半徑為1，則管截面中一點(diǎn)z處的電場(chǎng)強(qiáng)度Eb(z)的共軛函數(shù)

的分布與傳感器電極陣列上激勵(lì)電壓分布的關(guān)系為 式中β為電極相對(duì)于實(shí)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度，復(fù)數(shù)z＝x+yi表示位置，i為虛數(shù)單位，v1＝σ1(z)+iωε1(z)和v2＝σ2(z)+iωε2(z)分別是絕緣環(huán)區(qū)域和測(cè)量區(qū)域的電阻抗率，r2為測(cè)量區(qū)域的半徑，即絕緣環(huán)區(qū)域的內(nèi)半徑，ω＝2πf中f為激勵(lì)信號(hào)的頻率。
b.根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的表達(dá)式，計(jì)算得到敏感場(chǎng)，即管截面內(nèi)任一點(diǎn)阻抗的靈敏度系數(shù)為 其中，Mm為從0度開始，按逆時(shí)針排列的第n個(gè)電極施加電壓V0激勵(lì)時(shí)，在從0度開始，按逆時(shí)針排列的第m個(gè)電極上測(cè)得的電阻抗值，Mn為從0度開始，按逆時(shí)針排列的第m個(gè)電極施加電壓V0激勵(lì)時(shí)，在從0度開始，按逆時(shí)針排列的第n個(gè)電極上測(cè)得的電阻抗值；按逆時(shí)針排列的第m個(gè)電極相對(duì)于0度的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角為βm，按逆時(shí)針排列的第m個(gè)電極相對(duì)于0度的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角為βn；兩次激勵(lì)時(shí)的阻抗率分布分別為vm和vn，兩次激勵(lì)在同一點(diǎn)z處的電場(chǎng)強(qiáng)度Eβm(z)和電場(chǎng)強(qiáng)度Eβn(z)作內(nèi)積運(yùn)算。
c.采用恰當(dāng)?shù)募?lì)模式，并計(jì)算得到Sm，n，通過表達(dá)式 Δv＝(STS+μI)STΔM 計(jì)算得到敏感場(chǎng)，即管截面內(nèi)任一點(diǎn)的電阻抗改變值，其中，Δv為電容率或電導(dǎo)率的變化量；S＝[Sm，n]，即矩陣S的第m行n列的元素為Sm，n，矩陣ST為矩陣S的轉(zhuǎn)置，μ為待定正則化參數(shù)，I為與矩陣STS同階的單位矩陣，ΔM表示所測(cè)電阻抗值與管截面介質(zhì)為均勻分布時(shí)的計(jì)算值之差； d.將上述敏感場(chǎng)，即管截面內(nèi)任一點(diǎn)的電阻抗改變值以灰度的形式表示，得到測(cè)量值對(duì)應(yīng)分布的阻抗分布的重建圖像。
2.等電力線反投影方法 對(duì)于電極對(duì)應(yīng)的圓心角為2α的阻抗傳感器，當(dāng)在激勵(lì)電極上施加的電壓為V0，其余的電極均與地同電位時(shí)，不失一般性，假定絕緣環(huán)外半徑為1，傳感器工作時(shí)，其測(cè)量區(qū)域內(nèi)電力線函數(shù)ψ2(z)和電勢(shì)函數(shù)2(z)所構(gòu)成的復(fù)勢(shì)函數(shù)f2(z)滿足
其中f2(z)為一全純函數(shù)，其實(shí)部ψ2(z)表示圓形管截面的電力線分布，虛部2(z)表示圓形管截面的電壓分布；β為電極相對(duì)于實(shí)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度，復(fù)數(shù)z＝x+yi表示位置，i為虛數(shù)單位，v1＝σ1(z)+iωε1(z)和v2＝σ2(z)+iωε2(z)分別是絕緣環(huán)區(qū)域和測(cè)量區(qū)域的電阻抗率，r2為測(cè)量區(qū)域的半徑，即絕緣環(huán)區(qū)域的內(nèi)半徑，ω＝2πf中f為激勵(lì)信號(hào)的頻率。
a.根據(jù) ψ2(z)＝Re[f2(z)] 計(jì)算得到每個(gè)測(cè)量電極邊界對(duì)應(yīng)的等電力線，并確定電極對(duì)應(yīng)的投影域；其中，Re[·]表示取復(fù)變函數(shù)的實(shí)部。
b.將每個(gè)電極對(duì)應(yīng)的測(cè)量值與均勻分布對(duì)應(yīng)的計(jì)算值相除，得到對(duì)應(yīng)的比率，根據(jù)相應(yīng)的比率，改變投影域內(nèi)的阻抗值；得到測(cè)量值對(duì)應(yīng)分布的阻抗分布的重建圖像。
上述圖像重建方法中計(jì)算的理論基礎(chǔ)為似穩(wěn)電磁場(chǎng)條件下的拉普拉斯方程 ·(v(z)(z))＝0 其中，v(z)＝σ(z)+iωε(z)表示復(fù)數(shù)z＝x+yi所代表的位置對(duì)應(yīng)的電阻抗率，σ(z)為電導(dǎo)率，ε(z)為介電常數(shù)，ω＝2πf中f為激勵(lì)信號(hào)的頻率。
則對(duì)于任一測(cè)量電極，設(shè)其對(duì)應(yīng)的弧長為s，獲取的電容值，即電阻抗的虛部特征值的表達(dá)式為
對(duì)于任一測(cè)量電極，設(shè)其對(duì)應(yīng)的弧長為s，獲取的電導(dǎo)值，即電阻抗的實(shí)部特征值的表達(dá)式為
從而對(duì)于任一測(cè)量電極，設(shè)其對(duì)應(yīng)的弧長為s，對(duì)應(yīng)的電阻抗的實(shí)部和虛部，可由統(tǒng)一的測(cè)量值表達(dá)式M給出
其中，V為被測(cè)量電極間的電壓。當(dāng)v(z)＝ε(z)時(shí)，測(cè)量值M＝C；當(dāng)v(z)＝σ(z)時(shí)，測(cè)量值M＝G。故通過對(duì)測(cè)量值表達(dá)式M的分析，本傳感器具有同時(shí)同位置測(cè)量電阻抗的兩種模態(tài)，即電阻模態(tài)和電容模態(tài)的功能。
采用有機(jī)玻璃管以及銅箔膠帶構(gòu)建了16電極的傳感器，采用精密阻抗分析儀Agilent4294A對(duì)層流進(jìn)行測(cè)量，反投影算法的電導(dǎo)模態(tài)和電容模態(tài)的圖像重建結(jié)果分別如圖3和圖4所示。
以上對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式的描述，并不局限于此，附圖中所示僅是本發(fā)明的實(shí)施方式之一。在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案類似的結(jié)構(gòu)或?qū)嵤├鶎俦景l(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種非接觸式電阻抗傳感器，該傳感器安裝于測(cè)量區(qū)域，該傳感器的徑向截面結(jié)構(gòu)是由四層結(jié)構(gòu)組成，由外及內(nèi)依次為金屬管層(1)，絕緣物質(zhì)層(2)，電極陣列層(3)以及絕緣環(huán)層(4)，所述附著在絕緣環(huán)層(4)上的電極數(shù)至少有二個(gè)，均勻分布在同一圓周上，所述絕緣物質(zhì)層(2)的厚度小于絕緣環(huán)層(4)外徑的1％，且使電極陣列(3)與金屬管層(1)之間電場(chǎng)強(qiáng)度小于絕緣物質(zhì)層(2)的擊穿強(qiáng)度，其特征是
所述電極陣列層(3)通過絕緣環(huán)層(4)與測(cè)量區(qū)域隔離。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模電學(xué)成像系統(tǒng)傳感器，其特征是電極陣列層(3)中，相鄰電極間距所對(duì)應(yīng)的圓心角小于電極所對(duì)應(yīng)的圓心角。
3、基于權(quán)利要求1所述傳感器的圖像重建方法，該方法為該傳感器的吉洪諾夫正則化圖像重建方法，包括以下步驟
a.由于絕緣環(huán)的存在，測(cè)量區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度分布與絕緣環(huán)的介電常數(shù)及厚度相關(guān)，根據(jù)傳感器數(shù)學(xué)模型表達(dá)式，快速計(jì)算其測(cè)量區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度分布；
對(duì)于電極對(duì)應(yīng)的圓心角為2α的阻抗傳感器，當(dāng)在激勵(lì)電極上施加的幅值為v0、頻率為f的交流電壓，其余的電極均與地同電位時(shí)，不失一般性，假定絕緣環(huán)外半徑為1，則管截面中一點(diǎn)z處的電場(chǎng)強(qiáng)度Eb(z)的共軛函數(shù)
的分布與傳感器電極陣列上激勵(lì)電壓分布的關(guān)系為
式中β為電極相對(duì)于實(shí)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度，復(fù)數(shù)z＝x+yi表示位置，i為虛數(shù)單位，v1＝iωε1(z)和v2＝σ2(z)+iωε2(z)分別是絕緣環(huán)區(qū)域和測(cè)量區(qū)域的電阻抗率，r2為測(cè)量區(qū)域的半徑，即絕緣環(huán)區(qū)域的內(nèi)半徑，ω＝2πf中f為激勵(lì)信號(hào)的頻率；
b.根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度Eb(z)的表達(dá)式，計(jì)算得到敏感場(chǎng)分布，即管截面內(nèi)任一點(diǎn)阻抗的靈敏度系數(shù)為
其中，Mm為從0度開始，按逆時(shí)針排列的第n個(gè)電極施加幅值為V0、頻率為f的交流電壓時(shí)，在從0度開始，按逆時(shí)針排列的第m個(gè)電極上測(cè)得的電阻抗值，Mn為從0度開始，按逆時(shí)針排列的第m個(gè)電極施加的幅值為v0、頻率為f的交流電壓時(shí)，在從0度開始，按逆時(shí)針排列的第n個(gè)電極上測(cè)得的電阻抗值；按逆時(shí)針排列的第m個(gè)電極相對(duì)于0度的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角為βm，按逆時(shí)針排列的第m個(gè)電極相對(duì)于0度的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角為βm；兩次激勵(lì)時(shí)的阻抗率分布分別為vm和vn，兩次激勵(lì)在同一點(diǎn)z處的電場(chǎng)強(qiáng)度Eβm(z)和電場(chǎng)強(qiáng)度Eβn(z)作內(nèi)積運(yùn)算；
c.由于絕緣環(huán)的存在，計(jì)算中需考慮的變化量為電阻抗值，采用恰當(dāng)?shù)慕涣麟妷杭?lì)模式，并計(jì)算得到Sm，n，通過表達(dá)式
Δv＝(STS+μI)-1STΔM
計(jì)算得到敏感場(chǎng)，即管截面內(nèi)任一點(diǎn)的電阻抗改變值，其中，Δv為電阻抗率的變化量；S＝[Sm，n]，即矩陣S的第m行n列的元素為Sm，n，矩陣ST為矩陣S的轉(zhuǎn)置，μ為待定正則化參數(shù)，I為與矩陣STS同階的單位矩陣，ΔM表示所測(cè)電阻抗值與管截面介質(zhì)為均勻分布時(shí)的計(jì)算值之差；
d.將上述敏感場(chǎng)，即管截面內(nèi)任一點(diǎn)的電阻抗改變值以灰度的形式表示，得到測(cè)量值對(duì)應(yīng)的阻抗分布的重建圖像。
4、基于權(quán)利要求1所述傳感器的圖像重建方法，該方法為所述傳感器的反投影圖像重建方法，包括以下步驟
a.由于絕緣環(huán)的存在，測(cè)量區(qū)域的電場(chǎng)分布與絕緣環(huán)的介電常數(shù)及厚度相關(guān)，根據(jù)ψ2(z)＝Re[f2(z)]的表達(dá)式計(jì)算得到每個(gè)測(cè)量電極邊界對(duì)應(yīng)的等電力線，并確定電極對(duì)應(yīng)的投影域；
其中，為測(cè)量區(qū)域內(nèi)電力線函數(shù)ψ2(z)和電勢(shì)函數(shù)2(z)所構(gòu)成的復(fù)勢(shì)函數(shù)；Re[·]表示取復(fù)變函數(shù)的實(shí)部。
b.將每個(gè)電極對(duì)應(yīng)的測(cè)量值與均勻分布對(duì)應(yīng)的計(jì)算值相除，得到對(duì)應(yīng)的比率，根據(jù)相應(yīng)的比率，改變投影域內(nèi)的阻抗值；得到測(cè)量值對(duì)應(yīng)分布的阻抗分布的重建圖像。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非接觸式電阻抗傳感器，該傳感器安裝于測(cè)量區(qū)域，該傳感器的徑向截面結(jié)構(gòu)是由四層結(jié)構(gòu)組成，由外及內(nèi)依次為金屬管層，絕緣物質(zhì)層，電極陣列層以及絕緣環(huán)層，所述附著在絕緣環(huán)層上的電極數(shù)至少有二個(gè)，均勻分布在同一圓周上，所述絕緣物質(zhì)層的厚度小于絕緣環(huán)層外徑的1％，且使電極陣列與金屬管層之間電場(chǎng)強(qiáng)度小于絕緣物質(zhì)層的擊穿強(qiáng)度所述電極陣列層通過絕緣環(huán)層與測(cè)量區(qū)域隔離。還提供二種基于該傳感器實(shí)現(xiàn)電阻抗層析成像的圖像重建方法。本發(fā)明給出了其解析模型及相應(yīng)的靈敏場(chǎng)分布表達(dá)式及兩種快速成像方法，該傳感器可實(shí)現(xiàn)同步同位置的雙模態(tài)阻抗測(cè)量，有利于阻抗分布實(shí)部和虛部信息的相互融合，簡化了雙模態(tài)測(cè)量系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)A61B5/053GK101241094SQ20081005241
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月12日
發(fā)明者王化祥, 章 曹 申請(qǐng)人:天津大學(xué)