[發(fā)明專(zhuān)利]非接觸式電阻抗傳感器及基于該傳感器的圖像重建方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810052417.7
• 申請(qǐng)日: 2008-03-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101241094A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王化祥;曹章
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/04
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/04;A61B5/053
• 代理公司: 天津才智專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 呂志英

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(guò)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E_b(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

E‾β(z)=-Σn=1∞4V0v1e-inβsinnαπr22n(v1-v2)-π(v1+v2)zn-1]]>

=i2V0v1π(v1+v2)[1z-ei(β-α)-1z-ei(β+α)]-Σn=1∞4V0v1e-inβr22n(v1-v2)sinnαπ(v1+v2)[r22n(v1-v2)-(v1+v2)]zn-1]]>

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E_b(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

Sm,n=ΔMΔv=Mm-Mnvm-vn=Eβm(z)·Eβn(z)V02]]>

其中，M_m為從0度開(kāi)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(kāi)始，按逆時(shí)針排列的第m個(gè)電極上測(cè)得的電阻抗值，M_n為從0度開(kāi)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(kāi)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β_m，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β_m；兩次激勵(lì)時(shí)的阻抗率分布分別為v_m和v_n，兩次激勵(lì)在同一點(diǎn)z處的電場(chǎng)強(qiáng)度E_βm(z)和電場(chǎng)強(qiáng)度E_βn(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S_m，n，通過(guò)表達(dá)式

????????????Δv＝(S^TS+μI)^-1S^TΔM

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＝[S_m，n]，即矩陣S的第m行n列的元素為S_m，n，矩陣S^T為矩陣S的轉(zhuǎn)置，μ為待定正則化參數(shù)，I為與矩陣S^TS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(xiàn)，并確定電極對(duì)應(yīng)的投影域；

其中，f2(z)=i2V0v1π(v1+v2)log[z-ei(β-α)z-ei(β+α)]-Σn=1∞4V0v1e-inβr22n(v1-v2)sinnαπn(v1+v2)[r22n(v1-v2)-(v1+v2)]zn]]>為測(cè)量區(qū)域內(nèi)電力線(xiàn)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。