電阻抗（ECT-ERT）雙模態(tài)層析成像技術(shù)研究.pdf

1、電學(xué)成像技術(shù)(Electrical Tomography,ET)是基于電磁場(chǎng)理論的新型測(cè)量技術(shù),具有無輻射、非侵入、響應(yīng)速度快、成本低廉以及可視化測(cè)量等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)測(cè)量及醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)中具有誘人的發(fā)展前景. 電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)和電阻層析成像(Electrical Resistance Tomography,ERT)是目前最為成熟的兩種ET技術(shù).ERT適于測(cè)量以導(dǎo)電

2、性介質(zhì)為連續(xù)相的介質(zhì),而ECT適于測(cè)量以非導(dǎo)電性介質(zhì)為連續(xù)相的介質(zhì).為了拓寬ET技術(shù)的應(yīng)用范圍,獲取更為豐富測(cè)量信息,提高測(cè)量精度,將ERT和ECT有機(jī)地進(jìn)行融合,提出了ERT/ECT雙模態(tài)成像技術(shù). 本課題對(duì)ERT/ECT雙模態(tài)空間敏感陣列電極的數(shù)學(xué)模型、電路網(wǎng)絡(luò)模型、傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)等有關(guān)方面內(nèi)容進(jìn)行了深入研究,主要工作和結(jié)果如下: 1.采用復(fù)電導(dǎo)率概念,提出了統(tǒng)一的ERT/ECT敏感場(chǎng)數(shù)學(xué)模型,并給出

3、了ERT/ECT正問題的有限元求解方法； 2.基于多端口電路網(wǎng)絡(luò)理論,分析了ERT和:ECT系統(tǒng)的多種激勵(lì)模式及其獨(dú)立測(cè)量數(shù),研究了由不同激勵(lì)測(cè)量模式所得到的阻抗、導(dǎo)納、電壓傳輸比和電流傳輸比等參數(shù)的關(guān)系,并分析了不同激勵(lì)模式的圖像重建算法的關(guān)系,提出了一種可減小測(cè)量信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的新的激勵(lì)測(cè)量模式--共點(diǎn)單電極激勵(lì)測(cè)量模式； 3.基于敏感陣列電極等效電路分析和有限元仿真計(jì)算,分別設(shè)計(jì)了多種結(jié)構(gòu)的ERT、ECT單模態(tài)及ER

4、T/ECT雙模態(tài)空間敏感陣列電極,提出了傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化指標(biāo),并給出了優(yōu)化結(jié)果； 4.構(gòu)建了一套EIT成像系統(tǒng)和一套完整的ERT/ECT雙模態(tài)成像系統(tǒng),采用相同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了ERT和ECT的融合,該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)單模態(tài)及雙模態(tài)運(yùn)行.圖像重建軟件包集成了幾種典型重構(gòu)算法,與硬件系統(tǒng)配合可進(jìn)行實(shí)時(shí)成像,大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了硬件和軟件系統(tǒng)性能.該系統(tǒng)具有使用靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、測(cè)量精度高以及圖像質(zhì)量清晰的特點(diǎn). 最后