[發明專利]一種同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法

在審

• 申請號: 201910086659.6
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109738494A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 張玉燕;馬學韜;溫銀堂;王振春;王文魁
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01N27/24
• 分類號: G01N27/24
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠

1.一種同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法，其特征在于，包括：

1)、對電容傳感器以及被測物體按照傳感器的實際尺寸建立三維模型；

2)、根據電磁場理論，以傳感器電極陣列的中心為中心建立兩個半徑不同的球體，將整個三維模型分為四部分，包括測量區域、近場區域、遠場區域、以及無窮遠；

3)、對被測物體進行單元類型定義，采用三角自由劃分對電容傳感器進行單元劃分，根據單元類型采用映射劃分方式對被測物體進行單元劃分，完成同面陣列電容傳感器以及被測物體敏感場建模；

4)、劃分完畢后在傳感器極板上施加循環的點電壓激勵，并將遠場邊界的電勢設置為0，計算原始節點的電壓值，經轉換后變為節點的電場強度，計算得到敏感場的靈敏度矩陣，并根據靈敏度矩陣進行圖像重建；

5)、根據重建圖像獲取重建質量、穩定性。

2.根據權利要求1所述的同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法，其特征在于，所述將整個三維模型分為四部分具體為：被測物體及電容傳感器為檢測區域，小半徑球體內除去檢測區域后的剩余空間為近場區域，大半徑球體與較小半徑球體的中間區域為遠場區域，大半徑球體外部區域設定為無窮遠。

3.根據權利要求1所述的同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法，其特征在于，所述采用映射劃分方式對被測物體進行單元劃分具體包括：

3.1、將被測物依深度對敏感場進行單元劃分，深度方向上平均分為若干層，每層的厚度均相同；將靠近電容傳感器的一層定義為第一層，向上依次排列；

3.2、對每一層的敏感場進行獨立求解計算，每層敏感場求解得到一個靈敏度矩陣，得到若干個靈敏度矩陣；

3.3、根據每層的靈敏度矩陣，對被測物體的各層靈敏度進行深度圖像重建；

3.4、在深度圖像重建基礎上，在水平面上對敏感場進行單元劃分，將敏感場的長寬分為n等份并采用映射劃分方法將每層的敏感場分為n²個單元，求解每個單元的靈敏度矩陣值，對被測物體進行圖像重建。

4.根據權利要求3所述的同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法，其特征在于，所述對被測物體進行單元類型定義包括：

被測物體的單元類型定義為三維四面體靜電實體單元SOLID123，傳感器以及近場區域的單元類型定義為三維二十節點靜電實體單元SOLID122，遠場區域的單元類型定義為三維遠場單元INFIN111。

5.根據權利要求3所述的同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法，其特征在于，所述靈敏度矩陣計算公式為：

式中S_i,j(x,y)表示電極對i-j在(x,y)位置處的靈敏度；E_i(x,y)表示對第i號電極施加電壓信號時(x,y)位置處的電場強度；E_j(x,y)表示對第j號電極施加電壓信號時(x,y)位置處的電場強度；p(x,y)表示所求解的敏感場區域；V_i，V_j表示施加在極板上的電壓激勵。

6.根據權利要求3所述的同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法，其特征在于，所述靈敏度矩陣的穩定性為：

K(A)＝║A║║A^-1║

式中A為靈敏度矩陣，函數值K(A)越小，矩陣A的穩定性越好，重建圖像越準確。