[发明专利]一种ERT-ECT双模态复合电极设计方法

说明书

本发明涉及一种ERT‑ECT双模态复合电极设计方法，属于电学层析成像领域。该方法明确ERT‑ECT双模态复合成像系统，建立ERT与ECT数学模型。根据电容与电阻各自测量电极特点，将圆形电阻测量电极放置于环形电容测量电极内部，两者间采用绝缘环进行隔离，在保证电阻测量结果准确的情况下，减小电阻测量电极面积增大电容测量电极面积，提高被测场域边缘面积利用率，同时电极采用一体化的设计方式易于测量系统硬件的拆卸与安装。

技术领域

本发明属于电学层析成像领域，涉及一种ERT-ECT双模态复合电极设计方法。

背景技术

电学层析成像技术(Electrical Tomography简称为ET)自提出以来经过近40年的研究与发展取得了长足的进步，由于其非侵入、无辐射、响应速度快、成本较低以及结构化成像的优点，在工业、建筑以及医学领域具有广阔的应用前景。

电阻层析成像(Electrical Resistance Tomography,简称为ERT)以及电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography简称为ECT)是电学层析成像技术的两个重要分支，经过相关学者的不断深耕研究，两项技术理论基础较为完善。

电阻层析成像技术与电容层析成像技术在成像原理、系统结构、以及优化算法方法方面存在显著的相似性：例如两者均基于传感器采集的待测区域边缘信号数据使用图像重构算法得到场域内特定的电信号分布图像；两种测量方式系统构成均具有激励发生模块、数据采集模块、图像重建模块以及信号控制模块等相似的关键结构；两种技术均需要进行电学的正问题与逆问题分析与求解。同时两种测量方式也高度契合的具有互补性，当被测区域电导率较大时，使用ECT构建电容等效模型，测量场域内介电常数分布图像；当被测区域电导率较小时，使用ERT构建电阻等效模型，测量场域内电阻率分布图像；同时使用双模态测量方式还具有成像精度高利于对比验证的优势

高度的相似性以及契合的互补性使得ERT-ECT双模态同步测量成为可能，但也对测量电极的设计提出了更高要求。目前采用ERT电极阵列和ERT电极阵列均匀交叉排列的分布方式可以基本满足精度和实时性要求并消除残留泄露电流的影响，但仍存在一定缺陷。一方面均匀交叉的分布方式难以有效利用被测场域边缘面积，另一方面非一体化的电极方式不利于拆卸与安装，针对以上问题本发明提出了一种一体化的ERT-ECT双模态复合电极设计方法

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种ERT-ECT双模态复合电极设计方法，电学层析成像基本原理，建立ERT数学模型与ECT数学模型，在保证满足ERT-ECT双模态测量的基础上，根据电容与电阻的不同测量方式有效利用被测场域边缘面积。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种ERT-ECT双模态复合电极设计方法，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；