[發(fā)明專利]一種同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法

在審

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• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109738494A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)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(chǎn)權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠

本發(fā)明公開了一種同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法，包括：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；根據(jù)電磁場理論，建立兩個半徑不同的球體，將整個三維模型分為四部分；對被測物體進行單元類型定義，對電容傳感器進行單元劃分，根據(jù)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，計算得到敏感場的靈敏度矩陣，根據(jù)靈敏度矩陣進行圖像重建；獲取重建質量、穩(wěn)定性。能夠根據(jù)對同面陣列電容成像系統(tǒng)的近場和遠場進行三維建模來求解靈敏度矩陣，在深度方向上對敏感場的分層劃分和在水平方向上對敏感場的分單元劃分，能夠獲取質量好的重建圖像，進行圖像檢測和圖像分析。

技術領域

本發(fā)明涉及電容成像技術領域，尤其涉及一種同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法。

背景技術

電容成像檢測技術是一種基于邊緣電容效應，適用于非導電材料內部缺陷和導電材料表面缺陷檢測的新興無損檢測技術，其利用檢測探頭在非導電被測試件內部和導電材料表面形成特定的電場分布進行缺陷的檢測和評估。當無缺陷時，電場分布無擾動；當有缺陷存在時，會改變電場的分布并引起檢測極板上電荷的變化。

在圖像重建過程中需要借助靈敏度矩陣S將電容傳感器測量得到的電容信號反演出介電常數(shù)的分布情況，所以S的準確與否直接關系到重建效果的好壞。因此，靈敏度矩陣的獲取對圖像重建具有重要的指導意義。傳統(tǒng)環(huán)狀陣列電容傳感器需要選取垂直電容傳感器極板的平面進行圖像重建，和其類似，同面陣列電容傳感器也需要選取與極板相平行的平面進行圖像重建。由于距離傳感器極板的距離不同，導致不同深度上的電場強度有較大差別，進而使得不同層的靈敏度矩陣性質并不相同，影響后期靈敏度準確度的計算。

發(fā)明內容

針對上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法。

為達到以上目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種同面陣列電容傳感器的敏感場分析方法，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(jù)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(qū)域、近場區(qū)域、遠場區(qū)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(jù)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(huán)的點電壓激勵，并將遠場邊界的電勢設置為0，計算原始節(jié)點的電壓值，經(jīng)轉換后變?yōu)楣?jié)點的電場強度，計算得到敏感場的靈敏度矩陣，并根據(jù)靈敏度矩陣進行圖像重建；

5)、根據(jù)重建圖像獲取重建質量、穩(wěn)定性。

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(qū)域，小半徑球體內除去檢測區(qū)域后的剩余空間為近場區(qū)域，大半徑球體與較小半徑球體的中間區(qū)域為遠場區(qū)域，大半徑球體外部區(qū)域設定為無窮遠。

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(jù)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；