[发明专利]一种医用盐雾浓度检测装置及计算方法

摘要

本发明提供了一种医用盐雾浓度检测装置及计算方法，包括电容阵列传感器、数据采集控制系统、图像重建上位机，电容阵列传感器设置在医用盐雾输送管上，用于将盐雾浓度的变化转化为传感器输出电容的变化；数据采集控制系统与图像重建上位机连接，用于控制电容阵列传感器检测医用盐雾的电容，并将电容转化为数字量并传送给图像重建上位机中；图像重建上位机通过电容层析成像图像重构算法重建出输送管内的盐雾浓度分布图像，并通过所述盐雾浓度检测计算方法计算盐雾浓度。具有精度高、灵敏度高、抗杂散电容能力强、安全性高、实时性好的特点。

主权项

1.一种医用盐雾输送管内的盐雾浓度检测装置，其特征在于，包括电容阵列传感器(4)、数据采集控制系统(2)、图像重建上位机(1)，电容阵列传感器(4)设置在医用盐雾输送管(3)上，用于将盐雾浓度的变化转化为传感器输出电容的变化；所述电容阵列传感器(4)包括测量电极阵列(8)、半椭圆环状屏蔽电极(7)、屏蔽罩(6)，所述测量电极阵列(8)以圆周均布方式贴于被测医用盐雾输送管(3)的外侧，通过电缆与数据采集控制系统(2)连接；半椭圆环状屏蔽电极(7)套在医用盐雾输送管(3)上、且位于测量电极阵列(8)两侧，半椭圆环状屏蔽电极(7)的高度高于测量电极厚度；所述屏蔽罩(6)固定在医用盐雾输送管(3)上、并将测量电极阵列(8)和半椭圆环状屏蔽电极(7)包附在其与所述输送管(3)构成的空间内；数据采集控制系统(2)与图像重建上位机(1)连接，用于控制电容阵列传感器(4)检测医用盐雾的电容，并将电容转化为数字量并传送给图像重建上位机(1)中；图像重建上位机(1)通过电容层析成像图像重构算法重建出输送管(3)内的盐雾浓度分布图像，并通过所述盐雾浓度检测计算方法计算盐雾浓度；所述重建出输送管(3)内的盐雾浓度分布图像的方法为：首先，图像重建上位机(1)通过电容层析成像图像重构算法重建出输送管(3)内的盐雾浓度分布图像：将图像重建问题理解为一种最优解的问题，即定义一个目标函数，其中：C为归一化电容测量值矩阵，C＝SG；S为归一化灵敏度矩阵；G代表的是归一化后的介电常数分布矩阵，即图像重构中的像素灰度值；由于S不是方阵，因此其逆矩阵S‑不存在，所以不能够对其进行直接求解，通过求解S的转置矩阵ST来代替逆矩阵S‑，进而求取G的近似值，G＝STC基于正则化的思想，选取预处理矩阵，确定好正则化因子κ；G0代表的是初始值，设置为0，定义迭代公式：Gk+1＝Gk+αkDST(C‑SGk)+βk(Gk‑Gk‑1)其中αk、βk为步长，k表示次迭代次数；令D＝(STS+κI)‑1，表示预处理矩阵，正则化因子κ的大小取在0.5到1之间，I代表单位阵；利用数据采集控制系统(2)采集的一系列测量电压值通过迭代公式求解出最优解Gk值，完成图像重建；所述盐雾浓度检测计算方法为：首先，上位机(1)对重建图像二值化转换处理，黑色代表盐雾，用0表示；白色代表气体，用1表示；依据图像二值化转换处理结果，求得二值图像中黑色像素的总数s黑总及总的像素s总；然后，利用重建图像中黑色/总像素的比值，得到输送管(3)内的盐雾瞬时浓度C瞬其次，根据每秒重建的N幅图像,分别计算得到各瞬时浓度，C瞬1，C瞬2,...C瞬i,...C瞬N；最后，对各瞬时的盐雾浓度进行平均计算，得到平均盐雾浓度C平均