[发明专利]蜂巢结构平面电容传感器及薄层状物成像检测方法及装置

权利要求书

1.一种蜂巢结构平面传感器结构设计，其特征在于，包括：

传感器电极阵列由边长为L的正六边形构成蜂巢结构，正六边形电极间隔为G；

基于对所述正六边形组成蜂巢结构的设计方法，其特征在于，1)以正中正六边形形心为中心，沿径向扩展蜂巢结构，形成中心对称的圆形传感阵列；2)以中心处二个正六边形心连线为X对称轴或Y对称轴，沿X轴和Y轴方向扩展蜂巢结构，形成以X轴和Y轴对称的方形或长方形传感器阵列；

采用PCB(Printed Circuit Board)制板工艺制作，FR4印制板基材相对介电常数为4.5、正面边缘屏蔽宽度0.5L；背板根据应用环境的影响，在边缘处作全部或部分屏蔽。

2.根据权利要求1所述的两种蜂巢结构平面传感器，其特征在于，所述电极边长L及间隔G，由传感器所处测量环境中被测物尺寸、所要求探测穿透深度和被测物介电常数决定。

3.一种基于权利要求1所述的蜂巢结构平面电容层析成像应用于薄层状物成像检测装置设计，其特征在于，包括：

采用单电极激励模式，微控制器输出逻辑控制3:8译码器，实现多通道扫描测量，信号采集电路结构采用3:8译码器输出控制多通道激励测量模式选择—T型开关组合，对传感器阵列的极间电容器施加激励及测量接入切换控制。

实现激励测量模式选择功能的T型开关组合控制电路设计，采用与电极数目相等高指标参数的低注入电荷、导通电阻变化平坦的四路SPST模拟开关，或T型四路-双向视频开关；

4.根据权利要求3所述的设计装置，其特征在于，所述采用单电极激励模式，接至激励源的所有T型开关中仅有一个处于接通状态，接至测量端的所有开关中仅一个处于接通状态，其余未接入激励或测量的电极都处于接地状态，所述设计装置上电后，还包括：

电极确保不同时被置激励和被置测量状态，造成激励源短路接入测量端，将74LS138片选控制端设置为“无效”，全部T型开关组合初始状态为“断开”。

5.根据权利要求3所述的设计装置，其特征在于，采用单极激励模式，实现多通道扫描测量，依次对阵列中一个电极施加电压激励，按独立测量组合依次选取余下电极中一个接入测量端，阵列中其余极板保持接地状态条件下，来测量获取两者之间电容数据。

6.根据权利要求4和权利要求5所述的激励模式控制和数据采集控制方法，其特征在于，电容测量数据采集装置由嵌入式微控制器控制并采集电容数据，通过USB2.0通信接口发送至终端成像计算机成像。

7.根据权利要求6所述电容测量数据获取方法，其特征在于，所述终端成像计算机获得的电容数据应用于所述重建算法，其特征在于，所述系统灵敏度模型为c＝Sg，所述线性反投影重建算法，对所述灵敏度模型和电容数据进行图像重建，生成薄层状被测物内部结构图像的检测方法包括：

对所述灵敏度通过有限元仿真分析软件计算得到，所述灵敏度的计算方法，为利用敏感场电场分布来计算灵敏度方法，计算方式简单、便于快速计算获得；

对所述灵敏度模型和电容数据处理，其特征在于，所述线性反投影算法重建得到图像解所述图像解表示为：所述c为M维归一化电容向量，g为N维归一化介电常数向量，S为归一化后灵敏度矩阵。

8.蜂巢结构平面电容层析成像应用于薄层状物成像检测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取基于电容传感器采集薄层状被测物的电容数据；

建立模块，用于基于对所述电容传感器的敏感场及所述电容数据进行分析处理，建立平面电容层析成像系统的图像重建模型；

生成模块，基于所述图像重建模型，采用线性反投影的在线重建算法进行图像重建，生成薄层被测物内部结构的检测图像。

9.一种嵌入式微控制器及集成一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一条可执行指令，所述可执行指令使处理器执行所述权利要求4-6中任一项所述的薄层状物在线检测电容测量数据采集方法对应操作。

10.一种终端计算机，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器用于存放至少一条可执行指令，所述可执行指令使处理器执行所述权利要求7中任一项所述的薄层状物在线检测图像的生成方法对应的操作。