[发明专利]一种基于压缩感知原理的导体电导率一维分布的测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种导体电导率的测量方法，特别是涉及一种基于压缩感知原理的导体电导率一维分布的测量方法和装置。 

背景技术

导体电导率的测量方法在各行业各领域内有着广泛的应用，如：水样监测、土壤分析、材料检验等。随着科技的进步，现代工农业生产中对各种产品的生产过程有了更高的性能和技术要求，这就需要对生产环节的各因素进行严格的控制。导体电导率的测量方法适用于导电纸厚度均匀性检验测量，土壤样品垂直分布检验测量，电线电阻丝电导率检验测量，绝缘材料电导率检验测量，导电尼龙电导率检验测量等领域，但对导体电导率空间分布的测量，目前还未见明确、成熟和具体的实现方法。 

中国专利申请201010188421.3提出了“一种石墨电导率测量方法及测量装置”，虽然该方案具有操作简单、成本较低和适用于各种各向异性材料电导率测量的优点，但还存在以下明显不足：一是测量N个点的电导率必须进行N次测量，其测量次数多，带来的系统测量误差大；二是每次测量均需移动微位移移动装置，不仅浪费大量时间，而且导体电导率与温度、湿度等环境因素密切相关，因测量时间长意及多次测量之间的环境因素干扰大，将明显增加单次测量误差。 

中国专利申请201210305745.X提出了一种“三角波激励并积分处理的溶液电导率测量方法及关键电路”，虽然该方案具有消除电极分布电容的影响、消除随机性干扰对测量精度的影响提高测量稳定度的优点，但还存在以下明显不足：一是仅能测量溶液整体的电导率情况，不能具体测量溶液的电导率分布情况；二是无法测量溶液浓度的具体扩散情况。 

公知的压缩感知(compressed sensing,简称CS)理论使信号采集突破了奈奎斯特采样定理的限制，提出了只要信号是可压缩的或在某个变换域是稀疏的，那么就可以用一个与变换基不相关的观测矩阵将变换所得高维信号投影到一个低维空间上，然后通过求解一个优化问题就可以从这些少量的投影中以高概率重构 出原信号的实现原理。如果利用压缩感知原理来进行导体电导率一维分布的测量，可以只通过一个电导率检测电路，经过多次利用可编程开关组随机组合对样品进行采样，再通过一定的算法恢复，快速获得更为准确的导体电导率分布结果。但目前还没有见到利用压缩感知原理来测量导体电导率一维分布的方法。 

综上所述，如何克服现有技术的不足已成为当今导体电导率测量技术领域中亟待解决的重大难题之一。 

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术存在的不足而提供一种基于压缩感知原理的导体电导率一维分布的测量方法和装置，本发明具有测量过程简便、测量精度高和测量快速等优点，适用于对现有电导率测量装置的升级改造。 

根据本发明提出的一种基于压缩感知原理的导体电导率一维分布的测量方法，其特征在于包括如下具体步骤： 

步骤一，将含有数十至数百个可编程开关电极的可编程开关电极带与待测导体的表面紧密贴合；通过计算机生成伯努力随机采样矩阵，从该矩阵中依次取出行向量，再由计算机输出行向量信号至可编程开关电极带的控制端，控制数十至数百个可编程开关电极的通断状态，0对应开关闭合，1对应开关断开； 

步骤二，通过电阻抗测试仪的测量电极接入待测导体两端，测得采样矩阵中不同行向量对应的电阻值，得出电阻采样向量； 

步骤三，根据不同检测导体选择对应的稀疏变换，构成超完备字典； 

步骤四，利用恢复算法对待测导体电阻一维分布进行重建，利用电阻率计算公式：ρ＝RS/L，其中：ρ为电阻率、R为电阻值、L为待测导体的长度、S为横截面积，求得导体电阻率一维分布，再取倒数得到导体电导率一维分布结果。 

本发明的测量方法进一步的优选方案在于： 

本发明步骤一所述将含有数十至数百个可编程开关电极的可编程开关电极带与待测导体的表面紧密贴合，是指每个可编程开关电极在一维方向上相互串联，并与待测导体表面紧密贴合，形成可观测掩模。 

本发明步骤一所述生成伯努力随机采样矩阵的构造式为：矩阵Φ∈R^M×N该矩阵的每个元素独立地服从对称的伯努力分布，即： 

由于在电路中只存在通断两种状态，因此上式矩阵可简化为： 

上式Φ^s中的每一行视为一组控制向量，计算机依次根据该矩阵的行向量 输出高低电平控制开关，0对应开关闭合，即此开关对应的部分被测导体被开关短路，该部分不计入此时所得的电阻；1对应开关断开，即此部分计入此时所得的电阻。