[發(fā)明專利]同面陣列電容傳感器成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010280246.4
• 申請(qǐng)日: 2020-04-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111413376B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘釗;李鵬程;王姍;溫銀堂;張玉燕;李瑞航;李宗亮;石沙沙;任萍;王震宇;陳禹伏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/22
• 分類號(hào): G01N27/22
• 代理公司: 石家莊輕拓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 13128
• 代理人: 張培元

本申請(qǐng)適用于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種同面陣列電容傳感器成像方法，上述同面陣列電容傳感器成像方法包括：建立電容傳感器和待測(cè)物體的三維模型，在三維模型中確定求解區(qū)域，并將求解區(qū)域劃分成有限個(gè)求解單元；分別對(duì)電容傳感器上的每組電極施加循環(huán)的點(diǎn)電壓激勵(lì)信號(hào)，并計(jì)算求解區(qū)域的原始敏感場(chǎng)；獲取每個(gè)求解單元的中心坐標(biāo)和所有電極對(duì)的相對(duì)點(diǎn)坐標(biāo)，并根據(jù)求解單元的中心坐標(biāo)和電極對(duì)的相對(duì)點(diǎn)坐標(biāo)確定抗噪聲算子；根據(jù)原始敏感場(chǎng)和抗噪聲算子確定優(yōu)化敏感場(chǎng)；根據(jù)優(yōu)化敏感場(chǎng)確定介電常數(shù)分布矩陣，并以介電常數(shù)分布矩陣為灰度值進(jìn)行成像。上述方法可以解決同面陣列電容傳感器成像時(shí)噪聲影響成像效果的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種同面陣列電容傳感器成像方法。

背景技術(shù)

電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography，簡(jiǎn)稱ECT)技術(shù)根據(jù)物質(zhì)介電常數(shù)分布不同會(huì)導(dǎo)致電極對(duì)間電容值發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電容數(shù)據(jù)反推出物質(zhì)介電常數(shù)分布情況，達(dá)到無(wú)損檢測(cè)的作用，其由于非侵入性、響應(yīng)快速、測(cè)量精度高等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于工業(yè)管道多相流監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，其電極布置主要是圓周式。

傳統(tǒng)ECT技術(shù)中經(jīng)計(jì)算得到靈敏度場(chǎng)后與采集的電容值求取介電常數(shù)分布矩陣，以介電常數(shù)分布矩陣為灰度值進(jìn)行成像，以此表征被測(cè)物的介電常數(shù)分布變化。由于介電常數(shù)分布矩陣的求解是非適定性問(wèn)題，求解的過(guò)程時(shí)病態(tài)的，一點(diǎn)的微小誤差都會(huì)引起最終結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差，也會(huì)導(dǎo)致圖像重建中出現(xiàn)較大的錯(cuò)誤。

由此發(fā)展而來(lái)的同面陣列電極傳感成像技術(shù)不僅具有傳統(tǒng)ECT技術(shù)的特點(diǎn)，而且還具有自身的幾何優(yōu)勢(shì)，在被測(cè)物場(chǎng)幾何空間受限的情況下可從單一方向?qū)Ρ粶y(cè)物進(jìn)行檢測(cè)，在復(fù)合材料的無(wú)損檢測(cè)等方面具有巨大的發(fā)展前景。但是同面陣列電極傳感成像技術(shù)相比圓周式電容成像技術(shù)，被測(cè)物的介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于管道內(nèi)多相流體的介電常數(shù)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電容數(shù)值十分微小，測(cè)量精度較低；測(cè)量域的開(kāi)放性不可避免地會(huì)引入測(cè)量電容的誤差，導(dǎo)致后續(xù)成像效果不佳。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種同面陣列電容傳感器成像方法，可以解決同面陣列電容傳感器成像時(shí)噪聲影響成像效果的問(wèn)題。

第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種同面陣列電容傳感器成像方法，包括：

建立電容傳感器和待測(cè)物體的三維模型，在所述三維模型中確定求解區(qū)域，并將所述求解區(qū)域劃分成有限個(gè)求解單元；

分別對(duì)所述電容傳感器上的每組電極施加循環(huán)的點(diǎn)電壓激勵(lì)信號(hào)，并計(jì)算所述求解區(qū)域的原始敏感場(chǎng)；

獲取每個(gè)所述求解單元的中心坐標(biāo)和所有電極對(duì)的相對(duì)點(diǎn)坐標(biāo)，并根據(jù)所述求解單元的中心坐標(biāo)和所述電極對(duì)的相對(duì)點(diǎn)坐標(biāo)確定抗噪聲算子；

根據(jù)所述原始敏感場(chǎng)和所述抗噪聲算子確定優(yōu)化敏感場(chǎng)；

根據(jù)所述優(yōu)化敏感場(chǎng)確定介電常數(shù)分布矩陣，并以所述介電常數(shù)分布矩陣為灰度值進(jìn)行成像。

在第一方面的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述將所述求解區(qū)域劃分成有限個(gè)求解單元，包括：

根據(jù)電磁場(chǎng)理論，以所述電容傳感器電極陣列的中心為中心建立兩個(gè)半徑不同的球體，將所述三維模型劃分為四部分，包括求解區(qū)域、近場(chǎng)區(qū)域、遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域和無(wú)窮遠(yuǎn)區(qū)域；

采用三角劃分的方式將所述待測(cè)物體劃分成有限個(gè)求解單元。

在第一方面的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述原始敏感場(chǎng)的計(jì)算公式為：