基于方形双模自标定传感器的图像重建方法

摘要

本发明提供一种方形双模自标定传感器，该传感器的横截面包括有三层，外层结构为起结构固定和屏蔽作用的金属管层，中间层结构为绝缘物质层，内层结构层为附着在绝缘层上的多个电极；所述电极按一定规律分布在同一截面上，所述电极按一定规律分布在同一截面上，相邻电极的间隔不为等间距。同时提供二种基于该传感器的图像重建方法。有益效果是针对方形测量区域，该双模电成像系统传感器扩展了测量范围，可测量截面不同/激励不同步的对象，具有自标定的性质。采用多种激励模式，实现同步同位置测量，使测量截面的电阻抗分布的实部和虚部信息相互融合，简化了双模态测量系统软硬件的设计和实现。

主权项

1、一种基于方形双模自标定传感器的图像重建方法，该方法是通过方形双模自标定传感器实现的，所述传感器的横截面包括有三层结构，外层结构为起结构固定和屏蔽作用的金属管层(1)，中间层结构为绝缘物质层(2)，内层结构层(3)为附着在绝缘层(2)上的多个电极；所述绝缘物质层(2)厚度小于所述电极厚度的3％，且保证电极与金属管层(1)之间电场强度要小于绝缘物质层(2)的击穿强度，所述电极按一定规律分布在同一截面上，电极的位置和尺寸由计算得到，相邻电极的间隔不为等间距；该方法的步骤如下：a.对于测量电极数为N的方形阻抗传感器，对应圆形管截面中电压分布与传感器电极阵列上激励电压分布的关系为：式中：Re[·]表示取复数的实部，i为虚数单位，V_k表示第k个电极上的电压的幅值，S_k表示第k个电极对应的弧长，为一全纯函数，f(z)的实部表示管截面的电压分布，虚部ψ(z)表示管截面的电力线分布；改变每个电极上的激励电压，能够得到多种激励模式，对应多种管截面中的电压分布；在j(1≤j≤N/2)个相邻的电极上同步施加交流激励电压，其余电极均接地，循环扫描，构成j-by-j激励模式；b.对于第k个电极，设其边界对应圆形管截面的两个圆周角分别为α和β，则根据：其中，R为对应圆形管截面半径，v为对应圆形管截面介质为均匀分布时，对应的电导率σ或电容率ε或复阻抗率；S_k表示第k个电极对应的弧长，M_k为第k个电极上获取的测量值；根据M_k的表达式，计算得到方形管截面介质为均匀分布时，第k个电极上的电容值和电导值；c.基于j-by-j激励模式，计算得到敏感场，即圆形管截面内任一点阻抗的实部和虚部的灵敏度系数为：M_m为第n个电极激励时，第m个电极上测得的电容值或电导值，M_n为第m个电极激励时，第n个电极上测得的电容值或电导值，为计算方便，S_m，n简化为：式中，c为一实常数，计算中令c＝1；d.基于j-by-j激励模式，计算得到的S_m，n，通过表达式Δv＝(S^TS+μI)^-1S^TΔM计算得到敏感场，即管截面内任一点的电阻抗改变值，其中，Δv为电容率或电导率的变化量；S＝[S_m，n]，即矩阵S的第m行n列的元素为S_m，n，矩阵S^T为矩阵S的转置，μ为待定规则化参数，I为与矩阵S^TS同阶的单位矩阵，ΔM表示所测电容值或电导值与管截面介质为均匀分布时的计算值之差；e.将上述敏感场，即管截面内任一点的电阻抗改变值以灰度的形式表示，并经共形变换到方形区域，得到方形截面测量值对应分布的阻抗分布的重建图像。