基于高壓交流激勵(lì)電容層析成像系統(tǒng)研究.pdf

1、電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography，ECT)技術(shù)是上世紀(jì)80年代后出現(xiàn)的，能檢測(cè)被測(cè)對(duì)象內(nèi)部介質(zhì)的二維或三維分布信息的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。近年來(lái)，對(duì)電容層析成像技術(shù)研究的熱點(diǎn)主要集中在微小電容量測(cè)量與圖像重建兩個(gè)方面。本文對(duì)微小電容檢測(cè)問(wèn)題進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一種高壓交流激勵(lì)微小電容測(cè)量電路，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高壓交流激勵(lì)ECT系統(tǒng)。論文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　(1)分析了用于電容層

2、析成像系統(tǒng)的交流微小電容測(cè)量電路，研制了高壓交流激勵(lì)微小電容測(cè)量電路。研制了可分辨aF數(shù)量級(jí)的可變比對(duì)電容器，并利用該可變電容器對(duì)所設(shè)計(jì)的微小電容測(cè)量電路的性能指標(biāo)進(jìn)行了檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的測(cè)量電路具有aF數(shù)量級(jí)的分辨力、高穩(wěn)定性（4小時(shí)6aF）、高線性度（相關(guān)系數(shù)大于0.9992）等特點(diǎn)。
　　(2)以靈敏度矩陣的條件數(shù)、均勻性以及傳感器電容變化范圍等為優(yōu)化指標(biāo)，設(shè)計(jì)制作了內(nèi)置8極板傳感器陣列;研制了適合高壓交流激勵(lì)信號(hào)

3、的極板切換電路;設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了750Vpp激勵(lì)電壓的高壓交流激勵(lì)8極板ECT系統(tǒng)。利用新建高壓交流激勵(lì)8極板ECT系統(tǒng)與20Vpp激勵(lì)電壓的ECT系統(tǒng)對(duì)傳感器陣列內(nèi)部分布的占空比小于1％的目標(biāo)進(jìn)行了識(shí)別對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高壓ECT系統(tǒng)對(duì)微小目標(biāo)的識(shí)別能力高于低壓系統(tǒng)。
　　(3)分析了介電常數(shù)未知時(shí)如何選擇介電常數(shù)計(jì)算靈敏度矩陣問(wèn)題。利用高壓交流激勵(lì)8極板ECT系統(tǒng)對(duì)介電常數(shù)未知的典型流型分布進(jìn)行了圖像重建實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高壓

4、交流激勵(lì)8極板ECT系統(tǒng)具有良好的圖像重建能力。
　　(4)研制了高壓交流激勵(lì)24極板ECT系統(tǒng)，利用新建系統(tǒng)在濾波LBP、Landweber迭代、正則化迭代算法支持下對(duì)10種典型流型分布進(jìn)行了圖像重建實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，除了分布于傳感器陣列中心的核心流型的誤差指標(biāo)較高外，其它各種流型的誤差指標(biāo)均較低;而且，即使是投影LBP算法也能獲得高質(zhì)量的重建圖像，這充分說(shuō)明增加極板數(shù)量可以降低ECT系統(tǒng)的圖像重建難度，提高了ECT系統(tǒng)重建圖