[發明專利]一種平面式的電容層析成像系統及檢測方法

在審

• 申請號: 201910843434.0
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110514703A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 蕭鵬;史倩竹;丁雨謝;殷麗娟
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N27/24
• 分類號: G01N27/24;G01N27/22
• 代理公司: 23206 哈爾濱龍科專利代理有限公司
• 代理人: 高媛<國際申請>=<國際公布>=<進入國

1.一種平面式的電容層析成像系統，其特征在于所述電容層析成像系統包括上位機、單片機、電容測量電路、開關電路、陣列式電容傳感器，其中：

所述單片機分別與上位機、電容測量電路和開關電路連接；

所述開關電路分別與陣列式電容傳感器和電容測量電路連接；

所述上位機包含有數據采集通信系統以及圖像重建系統；

所述單片機控制開關電路對陣列式電容傳感器進行電極切換，實現不同電極間的電容連接，以便能用電容測量電路進行測量，電容測量電路的數據單向傳遞到單片機，利用單片機對數據進行采集后與上位機的數據采集通信系統通信將數據傳入電腦，然后圖像重建系統對數據進行處理與重建。

2.一種利用權利要求1所述平面式的電容層析成像系統進行材料內部缺陷檢測的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：

步驟一：使用20KHz的交流信號對電容測量電路進行激勵；

步驟二：利用單片機控制開關電路對陣列式電容傳感器進行電極切換，實現不同電極間的電容連接，以便能用電容測量電路進行測量，單片機采集電容測量電路的數據，通過串口通信程序再將數據傳遞到上位機；

步驟三：利用上位機的數據采集通信系統采集到數據后利用圖像重建系統對采集到的數據進行圖像重建，得到材料內部缺陷情況。

3.根據權利要求2所述的利用平面式的電容層析成像系統進行材料內部缺陷檢測的方法，其特征在于所述交流信號由信號發生器產生，信號的峰值為5V。

4.根據權利要求2所述的利用平面式的電容層析成像系統進行材料內部缺陷檢測的方法，其特征在于所述電容測量電路采用交流激勵式的測量方法，在待測電容經過正弦激勵信號激勵后，產生的信號如下：

式中，V₀₁為輸出信號，V_i為輸入信號，C₀為待測電容，C_f為反饋參考電容。

5.根據權利要求4所述的利用平面式的電容層析成像系統進行材料內部缺陷檢測的方法，其特征在于所述交流激勵后的信號通過帶通濾波器濾波后利用AD630對正弦信號進行全波整流，再利用低通濾波器對這一整流后的信號進行濾波，根據傅里葉理論，最后得到和電容值成正比的直流電壓信號。

6.根據權利要求2所述的利用平面式的電容層析成像系統進行材料內部缺陷檢測的方法，其特征在于所述陣列式電容傳感器是利用印刷電路制作而成的4×4的16電極陣列，每個電極都為16mm的正方形電極片，相鄰電極間的間隔為8mm。

7.根據權利要求2所述的利用平面式的電容層析成像系統進行材料內部缺陷檢測的方法，其特征在于所述開關電路使用的多路復用芯片為16路雙向模擬開關CD4067，通過單片機控制兩個開關芯片實現不同電極間的總計120個電容的測量。

8.根據權利要求2所述的利用平面式的電容層析成像系統進行材料內部缺陷檢測的方法，其特征在于所述單片機通過數字IO口控制開關電路的模擬開關，利用模擬輸入端接收電容測量電路的直流電壓信號，并通過串口將數據發送到上位機。

9.根據權利要求2所述的利用平面式的電容層析成像系統進行材料內部缺陷檢測的方法，其特征在于所述數據采集通信系統和圖像重建系統利用MFC以及C++編寫而成。

10.根據權利要求2所述的利用平面式的電容層析成像系統進行材料內部缺陷檢測的方法，其特征在于所述圖像重建系統使用的算法為奇異值分解算法。