[發明專利]基于等位線濾波反投影算法的壓力分布重建方法

有效

• 申請號: 201610016387.9
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105631226B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 李士強;王新立;劉國強
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 關玲

1.一種基于等位線濾波反投影算法的壓力分布重建方法，其特征在于：所述的壓力分布重建方法包括四個步驟：

第一步：構建無壓力時電阻率分布矩陣、反投影矩陣以及加權系數矩陣

首先通過檢測壓力墊(1)自身的壓阻特性，構建壓力墊(1)的電阻率分布矩陣，然后根據壓力墊(1)的形狀、尺寸和激勵檢測方式構建反投影矩陣以及加權系數矩陣，具體如下：

1)使用電流表或電壓表，采用四探針法或范德堡法測量壓力墊(1)的電阻率，得到壓力墊(1)的電阻率分布矩陣ρ，通過壓力加載獲得壓力墊的壓阻特性關系f(ρ，P)，其中P為施加的壓力；

2)根據壓力墊(1)的形狀和尺寸，采用計算仿真軟件建立壓力墊有限元模型，該有限元模型中的有限單元數為M，將該有限元模型有限單元的電阻率設置成電阻率分布矩陣ρ的元素；確定電極個數N、電極排列方式、激勵電流注入方式、電壓測量方式，以及加權系數矩陣W；

3)采用所建立的壓力墊有限元模型，計算壓力墊表面邊緣電極處的響應電壓V_j1，V_j2，V_ij，其中，V_j1，V_j2分別為第j對電極上的響應電壓，V_ij為從i對電極注入電流后，在第j對電極間的響應電壓，V_ij＝V_j1-V_j2，i，j＝1，2，…N，N為電極個數；

4)計算有限元模型中有限單元的電位V_m，m為有限單元編號，m＝1，2，…M，V_m取第m個單元三個頂點電壓的平均值；

5)構建第i對電極激勵時的反投影矩陣B_i，矩陣中的元素B_i[m，j]可由下式(1)決定：

式中，m為有限單元編號，m＝1，2，…M；i為注入電極對編號，j為檢測電極對編號，i，j＝1，2，…N，N為電極個數，B_i[m，j]表示從第i對電極注入電流時，第j對電極間的電壓變化投影到第m個有限單元時的反投影矩陣元素；

第二步：獲得電壓檢測信號

在給壓力墊(1)施加壓力的過程中，根據預設的激勵電流注入方式，向壓力墊(1)注入電流，信號為穩恒交流信號，頻率在200kHz以下；通過布置在壓力墊(1)表面邊緣的電極，檢測電極處的電壓信號U_j1，U_j2，U_ij，其中，U_j1，U_j2分別為第j對電極上的響應電壓，U_ij為從i對電極注入電流后，在第j對電極間的響應電壓，U_ij＝U_j1-U_j2，i，j分別為注入電極對和接收電極對編號，i，j＝1，2，…N，N為電極個數；然后通過信號處理系統實現電壓信號的前置放大，濾波，二級放大處理后存儲；

第三步：采用等位線濾波反投影算法求解電阻率變化分布矩陣

1)根據下式(2)標準化處理檢測電壓的變化，得到矩陣D_ij

Dij=Uij-VijVij---(2)]]>

式中，i，j分別為注入電極對和接收電極對編號，i，j＝1，2，…N，N為電極個數，V_ij為所述第一步計算得到的的從i對電極注入電流時，在第j對電極間的響應電壓，U_ij為所述第二步檢測得到的從i對電極注入電流時，在第j對電極間的響應電壓；

2)根據式(3)求解第m個單元的電導率變化σ_m

σm=1NΣi=1NΣj=1NWi[m,j]·Bi[m,j]·Dij---(3)]]>

式中，i，j分別為注入電極對和接收電極對編號，i，j＝1，2，…N，N為電極個數，m為有限單元編號，m＝1，2，…M，W_i[m,j]為加權系數矩陣W中的對應加權系數；

3)根據式(4)獲得新的電阻率分布變化矩陣ρ′

ρm′=1σm---(4)]]>

式中，ρ_m′為第m個單元的電阻率變化，將每一個單元的電阻率變化組合在一起，其可得到整個壓力墊(1)的電阻率分布變化矩陣ρ′；

第四步：利用壓阻特性重建壓力分布圖像

根據第一步測量的壓力墊(1)的壓阻特性關系f(ρ，P)，獲得與電阻率ρ′相對應的壓力P的分布圖像。