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(chǎng)周圍的電極陣列對(duì)物場(chǎng)施加特定頻率幅值的激勵(lì)信號(hào),然后測(cè)量物場(chǎng)響應(yīng)激勵(lì)的邊界電壓值,據(jù)此進(jìn)行圖像重建以獲得物場(chǎng)內(nèi)電學(xué)參數(shù)的可視化分布。由于ERT技術(shù)具有無(wú)侵害性、經(jīng)濟(jì)性和簡(jiǎn)便性等優(yōu)點(diǎn),因此成為工業(yè)過(guò)程層析成像和醫(yī)學(xué)在線監(jiān)護(hù)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。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(cè)量系統(tǒng)可獲得的獨(dú)立測(cè)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(guò)改善硬件系統(tǒng)提高獨(dú)立測(cè)量數(shù)成為一個(gè)重要的課題。
　　針對(duì)現(xiàn)有的ERT系統(tǒng)獨(dú)立測(cè)量數(shù)不足的問(wèn)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(dú)立測(cè)量數(shù)提高到原來(lái)的三倍。同時(shí),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(wèn)題,本文在增加電極數(shù)目的同時(shí)提出了一種新的激勵(lì)模式—分組鄰邊激勵(lì)模

3、式。在COMSOL Multiphysics3.4環(huán)境下進(jìn)行了仿真,結(jié)果表明48電極陣列在該激勵(lì)方式下具有與鄰邊激勵(lì)模式下16電極陣列相近的電流密度分布情況。從而驗(yàn)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(dú)立測(cè)量數(shù)提高三倍。
　　為了實(shí)現(xiàn)48電極陣列測(cè)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(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了該算法;在COMSOL Multiphysics3.4環(huán)境下進(jìn)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(jìn)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(jìn)行比對(duì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:48電極陣列測(cè)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(shí)現(xiàn)48電極陣列的分組鄰邊激勵(lì)的目的,專門設(shè)計(jì)了一款48-16選通電路并實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)性測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該電路可以在選路信號(hào)的控制下,將48電極陣列中的所有電極分為三組,依次進(jìn)行分組激勵(lì)測(cè)量。該電路為分組激勵(lì)模式提供了一種硬件