[发明专利]可产生多种形式激励的电磁层析成象激励系统

说明书

本发明是检测物质中的导磁率和导电率分布的电磁层析成象的激励系统。

电磁层析成象是九十年代发展起来的一种基于磁感应原理的新型成象技术，它可以同时获取被测物场空间某一截面上的导磁率(μ)和(或)导电率(σ)的分布，在检测技术中有重要的应用价值。

一个典型的电磁层析成象系统分为四个部分：激励系统、检测系统、图象重建单元及图象特征参数提取单元。

其工作过程如下：激励线圈中通入的交流电流在空间产生一个交变磁场，检测线圈以感应的方式得到物场空间边界处磁场的分布信息，即获得一个“投影”角度下的观测信号。通过激励线圈的结构设计和电路的控制，改变激励磁场的空间分布，可以得到多个投影角度下的观测信息。当物场空间中存在导电性和(或)导磁性物质时，磁场的分布随被测区域内导电率和导磁率分布改变，这时获得的检测信号反映了被测区域内的物体分布情况，经电路处理后，运用定性或定量的图象重建算法可重建出物场的分布状况，最后经图象特征参数提取单元获得物体分布的参数。

电磁层析成象图象重建的质量与其所能获得的独立测量数据量和敏感场分布有关。独立测量数据量等于独立激励磁场分布数与检测线圈数的积；敏感场是指当被测管道内部每个象素单元处物质的电磁特性发生改变时，测量信号变化的分布图。独立测量数据量越多，敏感场分布越均匀，越有利于图象的重建。

电磁层析成象的激励系统包括激励线圈及其相关控制电路，用于产生激励磁场，它决定了电磁层析成象系统所能得到的独立激励磁场分布数，即独立的投景角度数，并与敏感场的分布直接相关，对整个系统的性能有直接的影响。

目前存在两种电磁层析成象激励系统。

第一种叫做多电极的电磁层析成象激励系统，它包括N个绕在铁心上的线圈和一个屏蔽层，同时这N个线圈也作为检测线圈。测量时依次激励每一个线圈，并测量其它N-1个线圈以感应方式获得的信号，这种传感器结构的优点是它有较多的独立投影方向(N个)，其缺点是敏感场分布不均匀，在物场空间中心处的灵敏度很低。

第二种称为产生空间正交平行场的电磁层析成象激励系统，它的激励线圈由两组在空间相互垂直、呈正弦分布的线圈组成，可以产生不同方向的平行磁场。理论上可以证明这种平等的激励磁场是电磁层析成象系统所能提供的具有最高中心检测灵敏度的激励场，这也是该系统最为突出的优点。但它存在一个严重的缺点，只有两个独立的投影方向，影响了系统成象的质量。

本发明的目的是提供一种新型的电磁层析成象的激励系统，使其既能获得较多的独立测量数据，又能产生较均匀的激励场分布，提高物场中的中心灵敏度，改善电磁层析成象系统的成象质量。

本发明是以如下方式实现的。激励系统是激励线圈、屏蔽层和控制电路组成，激励线圈由处在相对于被测区域中心的一个同心圆上均匀分布的N个大小相同的矩形导电性箔构成，称之为极板。激励线圈的外部是由高导磁不导电的材料制成的屏蔽层，用以提高系统的电磁兼容性并增强物场空间内的激励磁场强度。控制电路是由N组相同的激励电路构成，它是由交流电压计算电路，电压控制电流源和极板激励电流方向选择电路三部分组成。

电磁层析成象系统工作时，交流电压计算电路为N个电压控制电流源提供所需幅值的正弦电压，电压控制电流源将电压转换为电流，由极板激励电流方向选择电路控制各个极板上流过的电流的方向，激发不同形式的激励磁场分布。在该系统上实现的似平行场激励，既具有较多的独立投影方向，又有比较均匀的激励分布，改善了层析成象系统的成象质量。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图1为激励线圈(极板)截面图。

附图2为激励线圈(极板)展开图。

激励线圈是由N个相同大小的矩形导电性金属箔(极板)[1]均匀地贴装在一个具有合适半径的非导电导磁材料制成的薄圆桶外壁上。在极板的两端引出导线，以通入激励信号。为减小边缘电磁场效应，极板的高度应大于3倍的极板所处圆周的直径。[2]为屏蔽层。

控制电路是由N组相同的激励电路构成。附图3是其中一组激励电路。它是由电压计算电路、电压控制电流源和极板上激励电流方向选择电路三部分组成，如附图3所示。

电压计算电路为每个电压控制电流源提供具有一定幅值的正弦电压信号，它由数字模拟(D/A)转换器DAC1208-5乘法器AD734组成，电压的大小可由计算机控制D/A设置。

电压控制电流源将电压信号转换为电流信号，它是由运算放大器ZF411CN和6个PNP、6个NPN三极管组成，其中三极管可以选用三极管阵列TPQ6502构成。