[发明专利]一种ERT-ECT双模态复合电极设计方法

权利要求书

1.一种ERT-ECT双模态复合电极设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：建立ERT-ECT双模态复合成像系统；

S2：ERT数学模型的建立；

ERT系统激励源采用低频信号，满足似稳场条件，根据恒定电场理论与麦克斯韦方式，对于被测场域内任意一点具有以下条件：

J＝γ·E (1)

上式中，J为电流密度，γ为电导率，E为电场强度；

根据场内电势分布与电场强度E间的关系得到如下关系：

对于均匀、线性且各向同性的介质，式(3)中电导率γ为常数，得到条件将式(4)简化为拉普拉斯方程：

S3：ECT数学模型的建立；

采用静电场理论进行分析，对于被测场域内任意一点具有以下条件：

其中，D为电通量密度，ρ为电荷密度，除此之外对于各向同性的媒质中具有如下条件：

D＝εE (7)

上式中E为电场强度，ε为介电常数

将式(7)与式(8)整理得：

ECT系统激励源采用低频信号，且场域内没有孤立电荷存在，满足似稳场条件得到以下条件：

根据场内电势分布与电场强度E间的关系得到如下关系：

对于均匀、线性且各向同性的介质，式(10)中电导率ε为常数，得到条件上式(11)简化为拉普拉斯方程：

S4：ERT-ECT双模态复合电极结构；

ERT-ECT双模态复合电极主体包括ERT电极(7)、ECT电极(8)、绝缘环(9)、屏蔽层(10)以及电极引线；圆形ERT电极(7)布置于环形ECT电极(8)内部，两者间采用绝缘环(9)隔离，一个复合电极(11)由一组ERT电极(7)、ECT电极(8)以及绝缘环(9)构成；

电容测量如式(13)，其中S为电极板相对有效面积，与电极排布方式有关，且当电极排布方式一定时，电容测量电极面积S₀越大，一对电极的相对有效面积S越大；

ECT测量时，电流计算公式如式(14)所示：

取倒数，整理得式(15)：

ECT系统测量值与电容极面积S₀呈正相关，在保证ERT系统有效测量基础上，增大ECT电容极板面积，提高电容测量灵敏度；

S5：ERT-ECT双模态复合电极排布方式；

ERT-ECT双模态复合电极阵列中复合电极(11)数量为8至32个，电极组外侧设置有屏蔽层(10)，八电极阵列中，对于圆柱形被测物场(12)，复合电极(11)阵列放置于待测场域表面均匀分布，每组相邻复合电极(11)相对于圆心角度相同均为45度。

2.根据权利要求1所述的一种ERT-ECT双模态复合电极设计方法，其特征在于：所述ERT-ECT双模态复合成像系统由信号发生模块(1)产生指定的检测信号，检测信号经由激励信号分配模块(2)放大后依次注入激励传感器中，通过数据采集模块(3)收集检测传感器对应的电阻电容值，将检测信号通过数据解调模块(4)后经计算机控制接口(5)送入图像重建模块(6)，图像重建模块(6)使用对应的图像重构算法重得到物场空间中电导率及介电常数分布图像。

3.根据权利要求1所述的一种ERT-ECT双模态复合电极设计方法，其特征在于：所述ERT电极(7)与ECT电极(8)材质为黄铜、不锈钢或钛合金，绝缘环(9)材质为橡胶。