[发明专利]同面阵列电容传感器成像方法

说明书

本申请适用于无损检测技术领域，提供了一种同面阵列电容传感器成像方法，上述同面阵列电容传感器成像方法包括：建立电容传感器和待测物体的三维模型，在三维模型中确定求解区域，并将求解区域划分成有限个求解单元；分别对电容传感器上的每组电极施加循环的点电压激励信号，并计算求解区域的原始敏感场；获取每个求解单元的中心坐标和所有电极对的相对点坐标，并根据求解单元的中心坐标和电极对的相对点坐标确定抗噪声算子；根据原始敏感场和抗噪声算子确定优化敏感场；根据优化敏感场确定介电常数分布矩阵，并以介电常数分布矩阵为灰度值进行成像。上述方法可以解决同面阵列电容传感器成像时噪声影响成像效果的问题。

技术领域

本申请属于无损检测技术领域，尤其涉及一种同面阵列电容传感器成像方法。

背景技术

电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography，简称ECT)技术根据物质介电常数分布不同会导致电极对间电容值发生变化，通过测量电容数据反推出物质介电常数分布情况，达到无损检测的作用，其由于非侵入性、响应快速、测量精度高等优势，近年来广泛应用于工业管道多相流监测等领域，其电极布置主要是圆周式。

传统ECT技术中经计算得到灵敏度场后与采集的电容值求取介电常数分布矩阵，以介电常数分布矩阵为灰度值进行成像，以此表征被测物的介电常数分布变化。由于介电常数分布矩阵的求解是非适定性问题，求解的过程时病态的，一点的微小误差都会引起最终结果出现较大的偏差，也会导致图像重建中出现较大的错误。

由此发展而来的同面阵列电极传感成像技术不仅具有传统ECT技术的特点，而且还具有自身的几何优势，在被测物场几何空间受限的情况下可从单一方向对被测物进行检测，在复合材料的无损检测等方面具有巨大的发展前景。但是同面阵列电极传感成像技术相比圆周式电容成像技术，被测物的介电常数远远小于管道内多相流体的介电常数，导致实验测得的电容数值十分微小，测量精度较低；测量域的开放性不可避免地会引入测量电容的误差，导致后续成像效果不佳。

发明内容

本申请实施例提供了一种同面阵列电容传感器成像方法，可以解决同面阵列电容传感器成像时噪声影响成像效果的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种同面阵列电容传感器成像方法，包括：

建立电容传感器和待测物体的三维模型，在所述三维模型中确定求解区域，并将所述求解区域划分成有限个求解单元；

分别对所述电容传感器上的每组电极施加循环的点电压激励信号，并计算所述求解区域的原始敏感场；

获取每个所述求解单元的中心坐标和所有电极对的相对点坐标，并根据所述求解单元的中心坐标和所述电极对的相对点坐标确定抗噪声算子；

根据所述原始敏感场和所述抗噪声算子确定优化敏感场；

根据所述优化敏感场确定介电常数分布矩阵，并以所述介电常数分布矩阵为灰度值进行成像。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述将所述求解区域划分成有限个求解单元，包括：

根据电磁场理论，以所述电容传感器电极阵列的中心为中心建立两个半径不同的球体，将所述三维模型划分为四部分，包括求解区域、近场区域、远场区域和无穷远区域；

采用三角划分的方式将所述待测物体划分成有限个求解单元。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述原始敏感场的计算公式为：