基于高壓交流激勵電容層析成像系統(tǒng)研究.pdf

1、電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography，ECT)技術是上世紀80年代后出現(xiàn)的，能檢測被測對象內(nèi)部介質(zhì)的二維或三維分布信息的自動檢測技術。近年來，對電容層析成像技術研究的熱點主要集中在微小電容量測量與圖像重建兩個方面。本文對微小電容檢測問題進行了研究，設計了一種高壓交流激勵微小電容測量電路，并在此基礎上設計實現(xiàn)了高壓交流激勵ECT系統(tǒng)。論文的主要工作及創(chuàng)新點包括:
　　(1)分析了用于電容層

2、析成像系統(tǒng)的交流微小電容測量電路，研制了高壓交流激勵微小電容測量電路。研制了可分辨aF數(shù)量級的可變比對電容器，并利用該可變電容器對所設計的微小電容測量電路的性能指標進行了檢驗。檢驗結果表明，所設計的測量電路具有aF數(shù)量級的分辨力、高穩(wěn)定性（4小時6aF）、高線性度（相關系數(shù)大于0.9992）等特點。
　　(2)以靈敏度矩陣的條件數(shù)、均勻性以及傳感器電容變化范圍等為優(yōu)化指標，設計制作了內(nèi)置8極板傳感器陣列;研制了適合高壓交流激勵信號

3、的極板切換電路;設計實現(xiàn)了750Vpp激勵電壓的高壓交流激勵8極板ECT系統(tǒng)。利用新建高壓交流激勵8極板ECT系統(tǒng)與20Vpp激勵電壓的ECT系統(tǒng)對傳感器陣列內(nèi)部分布的占空比小于1％的目標進行了識別對比實驗，實驗結果表明高壓ECT系統(tǒng)對微小目標的識別能力高于低壓系統(tǒng)。
　　(3)分析了介電常數(shù)未知時如何選擇介電常數(shù)計算靈敏度矩陣問題。利用高壓交流激勵8極板ECT系統(tǒng)對介電常數(shù)未知的典型流型分布進行了圖像重建實驗。實驗結果表明，高壓

4、交流激勵8極板ECT系統(tǒng)具有良好的圖像重建能力。
　　(4)研制了高壓交流激勵24極板ECT系統(tǒng)，利用新建系統(tǒng)在濾波LBP、Landweber迭代、正則化迭代算法支持下對10種典型流型分布進行了圖像重建實驗。實驗結果表明，除了分布于傳感器陣列中心的核心流型的誤差指標較高外，其它各種流型的誤差指標均較低;而且，即使是投影LBP算法也能獲得高質(zhì)量的重建圖像，這充分說明增加極板數(shù)量可以降低ECT系統(tǒng)的圖像重建難度，提高了ECT系統(tǒng)重建圖