一種新型電學(xué)層析成像傳感器研究.pdf

1、電阻層析成像(ERT,Electrical resistance tomography)技術(shù)利用圍繞在物場周圍的電極陣列對物場施加特定頻率幅值的激勵信號,然后測量物場響應(yīng)激勵的邊界電壓值,據(jù)此進行圖像重建以獲得物場內(nèi)電學(xué)參數(shù)的可視化分布。由于ERT技術(shù)具有無侵害性、經(jīng)濟性和簡便性等優(yōu)點,因此成為工業(yè)過程層析成像和醫(yī)學(xué)在線監(jiān)護等領(lǐng)域的研究熱點。然而,電阻層析成像的空間分辨率不高嚴(yán)重地限制了其可應(yīng)用的范圍,測量系統(tǒng)可獲得的獨立測量數(shù)嚴(yán)重不足

2、是制約圖像重建空間分辨率的重要因素之一。因此,如何有效地通過改善硬件系統(tǒng)提高獨立測量數(shù)成為一個重要的課題。
　　針對現(xiàn)有的ERT系統(tǒng)獨立測量數(shù)不足的問題,本文提出了一種48電極陣列以取代現(xiàn)有的ERT系統(tǒng)中普遍使用的16電極陣列,從而使獨立測量數(shù)提高到原來的三倍。同時,采用有限元仿真的方法為電極形狀的選擇提供了理論依據(jù)。為了克服當(dāng)前ERT領(lǐng)域電極數(shù)目增多所面臨的瓶頸問題,本文在增加電極數(shù)目的同時提出了一種新的激勵模式—分組鄰邊激勵模

3、式。在COMSOL Multiphysics3.4環(huán)境下進行了仿真,結(jié)果表明48電極陣列在該激勵方式下具有與鄰邊激勵模式下16電極陣列相近的電流密度分布情況。從而驗證了48電極陣列可以保證電流密度分布均衡性的前提下將獨立測量數(shù)提高三倍。
　　為了實現(xiàn)48電極陣列測量數(shù)據(jù)的圖像重建,本文還研究了基于LBP的48電極成像算法,并用Matlab語言實現(xiàn)了該算法;在COMSOL Multiphysics3.4環(huán)境下進行了仿真,得到48電極

4、陣列的邊界電壓數(shù)據(jù),利用該程序進行圖像重建并與16電極陣列仿真數(shù)據(jù)的LBP圖像重建結(jié)果進行比對。實驗結(jié)果表明:48電極陣列測量數(shù)據(jù)的空間分辨率明顯高于16電極陣列。
　　最后,為了在現(xiàn)有的16通道ERT系統(tǒng)上實現(xiàn)48電極陣列的分組鄰邊激勵的目的,專門設(shè)計了一款48-16選通電路并實現(xiàn)了實驗性測量。實驗結(jié)果表明:該電路可以在選路信號的控制下,將48電極陣列中的所有電極分為三組,依次進行分組激勵測量。該電路為分組激勵模式提供了一種硬件