電阻抗（ECT-ERT）雙模態(tài)層析成像技術研究.pdf

1、電學成像技術(Electrical Tomography,ET)是基于電磁場理論的新型測量技術,具有無輻射、非侵入、響應速度快、成本低廉以及可視化測量等優(yōu)點,在工業(yè)測量及醫(yī)學監(jiān)測中具有誘人的發(fā)展前景. 電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)和電阻層析成像(Electrical Resistance Tomography,ERT)是目前最為成熟的兩種ET技術.ERT適于測量以導電

2、性介質為連續(xù)相的介質,而ECT適于測量以非導電性介質為連續(xù)相的介質.為了拓寬ET技術的應用范圍,獲取更為豐富測量信息,提高測量精度,將ERT和ECT有機地進行融合,提出了ERT/ECT雙模態(tài)成像技術. 本課題對ERT/ECT雙模態(tài)空間敏感陣列電極的數(shù)學模型、電路網(wǎng)絡模型、傳感器結構優(yōu)化以及硬件系統(tǒng)設計等有關方面內(nèi)容進行了深入研究,主要工作和結果如下: 1.采用復電導率概念,提出了統(tǒng)一的ERT/ECT敏感場數(shù)學模型,并給出

3、了ERT/ECT正問題的有限元求解方法； 2.基于多端口電路網(wǎng)絡理論,分析了ERT和:ECT系統(tǒng)的多種激勵模式及其獨立測量數(shù),研究了由不同激勵測量模式所得到的阻抗、導納、電壓傳輸比和電流傳輸比等參數(shù)的關系,并分析了不同激勵模式的圖像重建算法的關系,提出了一種可減小測量信號動態(tài)范圍的新的激勵測量模式--共點單電極激勵測量模式； 3.基于敏感陣列電極等效電路分析和有限元仿真計算,分別設計了多種結構的ERT、ECT單模態(tài)及ER

4、T/ECT雙模態(tài)空間敏感陣列電極,提出了傳感器結構參數(shù)優(yōu)化指標,并給出了優(yōu)化結果； 4.構建了一套EIT成像系統(tǒng)和一套完整的ERT/ECT雙模態(tài)成像系統(tǒng),采用相同的電路拓撲結構實現(xiàn)了ERT和ECT的融合,該系統(tǒng)可實現(xiàn)單模態(tài)及雙模態(tài)運行.圖像重建軟件包集成了幾種典型重構算法,與硬件系統(tǒng)配合可進行實時成像,大量實驗驗證了硬件和軟件系統(tǒng)性能.該系統(tǒng)具有使用靈活、可擴展性強、工作穩(wěn)定可靠、測量精度高以及圖像質量清晰的特點. 最后