[发明专利]基于电阻抗成像原理的具有灵敏度修正功能的柔性传感器

说明书

基于电阻抗成像原理的具有灵敏度修正功能的柔性传感器涉及柔性区域传感领域。本发明向区域中的不同位置施加外界加载，从均匀分布在传感区域边缘的电极采集加载前后的电压信号，通过阻抗成像获得因外界加载而引起的区域内的电导率变化的分布。将所有位置得到的分布峰值除以在传感区域中心加载得到的峰值，得到比值随位置变化的标定曲线；构造灵敏度修正矩阵，将修正矩阵与阻抗成像中的重建矩阵做矩阵乘法，从而得到灵敏度修正后的电导率变化的分布。本发明实现了具有均匀灵敏度分布的柔性区域传感，解决了传统区域传感器灵敏度的位置依赖性的问题。该方法适用于各种基于电阻抗成像原理的传感装置，在柔性人机触觉交互中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及柔性区域传感技术领域，涉及针对电阻抗成像原理(electricalimpedance tomography,EIT)的灵敏度位置依赖性的修正方法。

背景技术

基于电阻抗成像原理(electrical impedance tomography,EIT)的区域传感技术是一种仅根据边界电信号对传感区域中的加载信号进行图像重建的传感方法，具有检测导线简洁、区域内部传感信息连续的优势，在柔性传感、医学监测等领域具有广泛的应用。

然而，基于电阻抗成像原理的传感器受到灵敏度分布的位置相关性的影响，导致对不同位置的信息强度的解读不具可比性。该问题严重影响了电阻抗成像原理在柔性传感器中的应用，阻碍了对不同位置的加载强度的检测。多项研究表明，基于电阻抗成像原理的柔性传感器表现出传感性能的位置相关性。例如，美国普渡大学的Tallman等研究人员发现传感器对若干处于不同位置的相同强度的载荷的成像结果呈现位置相关性。美国达拉华大学的Thostenson教授团队在检测不同位置的加载信号时发现，靠近传感器边界处的重建图像的灵敏度更高。英国索尔福德大学Russo等研究人员发现基于电阻抗成像原理的柔性传感器不仅灵敏度呈现位置相关性，其它传感性能包括对位置误差等信息的检测也与位置相关。

在大面积柔性传感领域，目前对于电阻抗成像原理的成像位置相关性的问题仍缺乏解决方法，导致了上述技术问题。在基于电阻抗成像原理的传感装置的发明专利中，包括针对电极的易动性(CN201910057540.6)、成像算法(CN202010004004.2，CN202010068369.1)、压阻型材料(CN201310006835.3)等问题进行了发明申请。其中，利用机器学习算法替代电阻抗成像的图像重建过程，能够在一定程度上避免逆运算求解结果的位置相关性，但是，目前机器学习算法对加载数量和多个加载情况的识别具有局限性，无法全面替代电阻抗成像的重建过程。因此，电阻抗成像法仍是获得大面积传感结果的基本途径，而基于电阻抗成像原理的传感灵敏度的位置依赖性的问题是制约大面积柔性传感性能的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有基于电阻抗成像原理的区域传感技术的不足，提出一种具有修正灵敏度功能的柔性区域传感器，通过基于电阻抗成像原理的柔性区域传感器测试并确定修正矩阵的参数，该装置能够在连续的柔性传感区域上对外界加载得到位置无关的检测灵敏度，实现对加载强度的有效传感。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种具有灵敏度修正功能的基于电阻抗成像原理的柔性传感器，包括传感模块和信号处理模块。

所述传感模块能够敏感外部加载信息、从传感区域边界的电极处采集电压信号；

所述信号处理模块利用传感模块中采集的电压信号，得到灵敏度的修正矩阵，根据电阻抗成像原理对所采集到的电压信号进行图像重建，将修正矩阵与电阻抗成像过程中的重建矩阵做矩阵乘法，得到传感区域的电导率变化的分布，最终得到灵敏度修正后的重建图像。

所述灵敏度修正矩阵的建立过程包括以下步骤：