[發明專利]非接觸式電阻抗傳感器及基于該傳感器的圖像重建方法

無效

• 申請號: 200810052417.7
• 申請日: 2008-03-12
• 公開（公告）號: CN101241094A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 王化祥;曹章
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04;A61B5/053
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司
• 代理人: 呂志英

技術領域

本發明涉及一種檢測器件及其應用，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

電阻抗層析成像技術(Electrical?Impedance?Tomography，EIT)是近年來發展起來的一種多相流及人體生物組織可視化的參數檢測技術。為實現可視化測量，整個系統的核心部件是阻抗傳感器，由其獲取管截面上介質的阻抗信息，進而以層析成像等形式實現參數檢測。

工業常見的系統中，EIT通常表現為單一的電阻層析成像(Electrical?resistence?tomography，ERT)模態或者電容層析成像(Electrical?capacitance?tomography，ECT)模態，而單一的電阻或電容模態相互獨立且測量范圍有限，因此雙模態阻抗信息的獲取可以拓寬測量范圍。

目前文獻中多模態測量有兩種方式，一種是分離式單模態傳感器的組合，另一種是電阻抗傳感器。

前者如Hoyle等2001年發表于《測量科學與技術》(MeasurementScience?and?Technology)第12卷第8期，第1157-1165頁，題為《多模態過程成像系統設計與應用》(Design?and?application?of?a?multi-modalprocess?tomography?system)的文章中每個模態仍是孤立的系統，實現的測量也只是在不同截面上，對同一流型的不同模態的不同位置非同步測量，由于被測多相流流速和流型變化速度快，難于實現對高速多相流中同一流型剖面的電阻電容信息同時提取；而公開號為CN1793879的ERT/ECT雙模態成像系統復合陣列傳感器、公開號為CN101025404的ECT/ERT雙模態成像系統交叉式復合陣列傳感器中的放置在管道的同一截面上，若電阻模態和電容模態同步激勵，則硬件上需要采取措施，避免兩種激勵模式之間的耦合影響，增加硬件系統的復雜度；若電阻模態和電容模態分時激勵，因為分時激勵對應的測量是分時測量，只是電阻模態和電容模態兩種模態測量的簡單組合，測量范圍也僅是兩種模態的簡單復合，且不是對同一流型剖面的同步測量，對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節信息。

后者如公開號為CN1821762的雙模電學成像系統傳感器及基于該傳感器的圖像重建方法及公開號為CN101034075的方形雙模自標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成像系統傳感器，實現阻抗信息的獲取，同步獲得同一管截面上介質阻抗分布的實部和虛部信息，進而大大簡化電阻抗成像系統的軟硬件設計，擴展測量范圍。但是該類傳感器的電極陣列與被測對象接觸，屬于接觸式測量；其電極陣列容易受腐蝕，測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傳感器的多模態層析成像系統》(Amultimodal?tomography?systembased?on?ECT?sensors)的論文中，給出了一種非接觸式多模態測量方式的初步結果，但是其計算基于數值方法，計算方式復雜，不利于靈敏場的計算以及圖像重建。

綜上所述，在目前的EIT系統中，多模態傳感器大多為接觸式傳感器，測量結果受接觸阻抗、流型變化等因素影響較大；而現有的非接觸式傳感器不具有解析表達的數學模型，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實現工業化應用。

發明內容

為解決上述技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種非接觸式電阻抗傳感器，電極陣列不與被測物質接觸，且實現阻抗信息的獲取，同步獲得同一管截面上介質阻抗分布的實部和虛部信息；并基于該傳感器，給出了其解析模型及相應的靈敏場分布表達式，最后給出兩種快速成像的圖像重建方法。

為實現以上目標，本發明采取的技術方案是提供一種非接觸式電阻抗傳感器，該傳感器安裝于測量區域，該傳感器的徑向截面結構是由四層結構組成，由外及內依次為金屬管層，絕緣物質層，電極陣列層以及絕緣環層，所述附著在絕緣環層上的電極數至少有二個，均勻分布在同一圓周上，所述絕緣物質層的厚度小于絕緣環層外徑的1％，且使電極陣列與金屬管層之間電場強度小于絕緣物質層的擊穿強度，其中：所述電極陣列層通過絕緣環層與測量區域隔離。

還提供二種基于該傳感器實現電阻抗層析成像的圖像重建方法。