[發明專利]一種基于壓縮感知原理的導體電導率一維分布的測量方法和裝置

有效

• 申請號: 201410164002.4
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN104090164A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 曹寧;王偉;黃崢
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 吳樹山

技術領域

本發明涉及一種導體電導率的測量方法，特別是涉及一種基于壓縮感知原理的導體電導率一維分布的測量方法和裝置。?

背景技術

導體電導率的測量方法在各行業各領域內有著廣泛的應用，如：水樣監測、土壤分析、材料檢驗等。隨著科技的進步，現代工農業生產中對各種產品的生產過程有了更高的性能和技術要求，這就需要對生產環節的各因素進行嚴格的控制。導體電導率的測量方法適用于導電紙厚度均勻性檢驗測量，土壤樣品垂直分布檢驗測量，電線電阻絲電導率檢驗測量，絕緣材料電導率檢驗測量，導電尼龍電導率檢驗測量等領域，但對導體電導率空間分布的測量，目前還未見明確、成熟和具體的實現方法。?

中國專利申請201010188421.3提出了“一種石墨電導率測量方法及測量裝置”，雖然該方案具有操作簡單、成本較低和適用于各種各向異性材料電導率測量的優點，但還存在以下明顯不足：一是測量N個點的電導率必須進行N次測量，其測量次數多，帶來的系統測量誤差大；二是每次測量均需移動微位移移動裝置，不僅浪費大量時間，而且導體電導率與溫度、濕度等環境因素密切相關，因測量時間長意及多次測量之間的環境因素干擾大，將明顯增加單次測量誤差。?

中國專利申請201210305745.X提出了一種“三角波激勵并積分處理的溶液電導率測量方法及關鍵電路”，雖然該方案具有消除電極分布電容的影響、消除隨機性干擾對測量精度的影響提高測量穩定度的優點，但還存在以下明顯不足：一是僅能測量溶液整體的電導率情況，不能具體測量溶液的電導率分布情況；二是無法測量溶液濃度的具體擴散情況。?

公知的壓縮感知(compressed?sensing,簡稱CS)理論使信號采集突破了奈奎斯特采樣定理的限制，提出了只要信號是可壓縮的或在某個變換域是稀疏的，那么就可以用一個與變換基不相關的觀測矩陣將變換所得高維信號投影到一個低維空間上，然后通過求解一個優化問題就可以從這些少量的投影中以高概率重構?出原信號的實現原理。如果利用壓縮感知原理來進行導體電導率一維分布的測量，可以只通過一個電導率檢測電路，經過多次利用可編程開關組隨機組合對樣品進行采樣，再通過一定的算法恢復，快速獲得更為準確的導體電導率分布結果。但目前還沒有見到利用壓縮感知原理來測量導體電導率一維分布的方法。?

綜上所述，如何克服現有技術的不足已成為當今導體電導率測量技術領域中亟待解決的重大難題之一。?

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術存在的不足而提供一種基于壓縮感知原理的導體電導率一維分布的測量方法和裝置，本發明具有測量過程簡便、測量精度高和測量快速等優點，適用于對現有電導率測量裝置的升級改造。?

根據本發明提出的一種基于壓縮感知原理的導體電導率一維分布的測量方法，其特征在于包括如下具體步驟：?

步驟一，將含有數十至數百個可編程開關電極的可編程開關電極帶與待測導體的表面緊密貼合；通過計算機生成伯努力隨機采樣矩陣，從該矩陣中依次取出行向量，再由計算機輸出行向量信號至可編程開關電極帶的控制端，控制數十至數百個可編程開關電極的通斷狀態，0對應開關閉合，1對應開關斷開；?

步驟二，通過電阻抗測試儀的測量電極接入待測導體兩端，測得采樣矩陣中不同行向量對應的電阻值，得出電阻采樣向量；?

步驟三，根據不同檢測導體選擇對應的稀疏變換，構成超完備字典；?

步驟四，利用恢復算法對待測導體電阻一維分布進行重建，利用電阻率計算公式：ρ＝RS/L，其中：ρ為電阻率、R為電阻值、L為待測導體的長度、S為橫截面積，求得導體電阻率一維分布，再取倒數得到導體電導率一維分布結果。?

本發明的測量方法進一步的優選方案在于：?

本發明步驟一所述將含有數十至數百個可編程開關電極的可編程開關電極帶與待測導體的表面緊密貼合，是指每個可編程開關電極在一維方向上相互串聯，并與待測導體表面緊密貼合，形成可觀測掩模。?

本發明步驟一所述生成伯努力隨機采樣矩陣的構造式為：矩陣Φ∈R^M×N該矩陣的每個元素獨立地服從對稱的伯努力分布，即：?

由于在電路中只存在通斷兩種狀態，因此上式矩陣可簡化為：?

上式Φ^s中的每一行視為一組控制向量，計算機依次根據該矩陣的行向量?輸出高低電平控制開關，0對應開關閉合，即此開關對應的部分被測導體被開關短路，該部分不計入此時所得的電阻；1對應開關斷開，即此部分計入此時所得的電阻。?