[发明专利]一种基于压阻式电极的电阻抗成像系统

权利要求书

1.一种基于压阻电极的电阻抗成像系统进行电阻抗成像的方法，其特征在于，基于压阻电极的电阻抗成像系统包括测试电极模块、信号选通器、测试信号发生与采集器以及信息处理器，所述的测试电极模块包括支撑带、滑轨和电极，其中所述支撑带为一种弹力带，所述滑轨连接在支撑带上，所述的电极可在滑轨内移动，滑轨根据支撑带所要包围的待测场域的边界形状、大小，将电极沿待测场域均匀分布，其中电极采用压阻材料制备；

所述电极有多个，每个电极上分别连接有施加激励的测量信号通道A、数据采集通道B和接通参考信号通道C，其中施加激励的测量信号通道A、数据采集通道B接线的面为相对于支撑带的面，接通参考信号通道C所连接的面为背离支撑带的面，即与待测场域边界接触的面；各个电极上的三个通道分别接入信号选通器中，所述信号选通器包括三个多路选通器，各电极的施加激励的测量信号通道A接入第一多路选通器A，数据采集通道B接入第二多路选通器B，接通参考信号通道C接入第三多路选通器C；第一多路选通器A连接第一信号线A，第二多路选通器B连接两根第二信号线B1、B2，第三多路选通器C连接第三信号线C；第一多路选通器A和第三多路选通器C由可编程控制器的CtrAC信号控制,第二多路选通器B由可编程控制器的CtrB信号控制，各信号线和CtrAC总线，CtrB总线共同构成信号测试总线，并接入测试信号发生与采集器；测试信号发生器与采集器包括电源选通器、可编程控制器和采集选通器，电源选通器连接压阻测试电压源和EIT测试电流源，采集选通器连接压阻信号采集器和ETI测试信号采集器，其中第一信号线A和第三信号线C接入电源选通器，两根第二信号B1、B2线接入采集选通器，CtrAC总线与CtrB总线接入可编程控制器，电源选通器与采集选通器均受到可编程控制器控制；

基于上述成像系统的具体成像步骤为：

(1)针对待测场域边界的情况，将支撑带包围待测场域，并将电极调整，使其均匀分布在待测场域一周；

(2)在一个压阻测试周期中，可编程控制器通过CtrAC控制第一多路选通器A，选通压阻测试电压源与1号电极通道A，CtrAC同时控制第三多路选通器C，将2号电极通道C至N号电极通道C与地选通，其中，N表示测试电极数目；可编程控制器通过CtrB控制第二多路选通器B依次选通2号电极通道B到N号电极通道B与第二信号线B1，通过采集选通器将测试信号输入到压阻信号采集系统中，如此在一个压阻测试周期中，完成了1号电极的压阻测试，其中，没有提到的电极通道悬空；

通过同样的方法完成其余电极的压阻测试，CtrAC控制第一多路选通器A，依次选通压阻测试电压源与2号电极通道A至N号电极通道A，其中，当进行第n号电极的压阻测试的过程中，CtrAC同时控制第三多路选通器C，将除去n号电极通道C的1号电极通道C到N号电极通道C与地选通，其中CtrB控制第二多路选通器B依次将除去n号电极通道B的1号电极通道B到N号电极通道B与B1选通，完成第n号电极的压阻测试；

(3)在完成所有电极的压阻测试后，进入EIT测试周期，可编程控制器通过CtrAC控制第一多路选通器A，选通EIT测试电流源与1号电极通道A，CtrAC同时控制第三多路选通器C，将2号电极通道C与地选通；可编程控制器通过CtrB控制第二多路选通器B依次将3号电极通道B、4号电极通道B与第二信号线B1、第二信号线B2选通，通过采集选通器，将测试信号输入到EIT测试信号采集系统中，如此完成一次的EIT的阻抗信息采集，之后依次将4号电极通道B、5号电极通道B与第二信号线B1、第二信号线B2选通，(n-1)号电极通道B、n号电极通道B与第二信号线B1、第二信号线B2选通，直到n＝N，至此在一个EIT测试周期内，完成了1号电极与2号电极激励的阻抗测试；

随后，依次在每个EIT测试周期中进行(n-3)号电极与(n-2)号电极激励的阻抗测试，直到n＝N，其中在一个EIT测试周期中，可编程控制器通过CtrB控制第二多路选通器B从依次将(n-1)号电极通道B、n号电极通道B与第二信号线B1、第二信号线B2选通开始，依次将(n+1)号电极通道B、(n+2)号电极通道B与第二信号线B1、第二信号线B2选通，直到(n+2)等于N，通过采集选通器，将测试信号输入到EIT测试信号采集系统中，完成对阻抗信息的测量；

(4)在完成所有电极的压阻测试与阻抗测试与采集后，发出测试总周期结束信号，并进入下一个测试总周期；

(5)在可编程控制器发出测试总周期结束信号后，信息处理器开始接收可编程控制器下一个测试总周期的压阻数据与EIT测试数据；

(6)经过设置的多个测试总周期后，信息处理器通过对各个电极的压阻数据与预置的电极压阻数据的处理，结合成像融合算法进行成像；

进一步，所述测试电极模块通过测试数据线连接信号选通器；信号选通器通过测试总线连接测试信号发生与采集器，并将总线信号分配到电极测试模块，测试信号发生与采集器分时采集压阻数据和阻抗数据，并传送到信息处理器，信息处理器通过压阻数据计算电极接触状态的归一化权重向量q，并结合预置的成像灵敏度矩阵S和电阻抗成像测试信息矩阵λ，共同生成成像结果的灰度成像矩阵g，g的大小为a*b；具体成像方法为：

λ为表示电阻抗成像系统M阶电压测试信号组成的一维向量，M是一个测试总周期所测试的电极组合的总数；

S为预置的标准场域的归一化灵敏度矩阵，利用有限元仿真方法生成；S的计算公式为：

式中，i,j表示测试电极序号，x,y表示成像的图片的像素点的位置，S_i,j(x,y)表示i,j测量电极信息对像素点x,y的映射，p表示成像的图片的关于像素点x,y位置函数，E表示在电极测到的电压，I表示在电极的激励电流；

q表征为由压阻信息得到的加权M阶向量，其得到的计算方式如下：测试信号发生与采集器每个测试总周期采集得到num维压阻信号向量β，num＝N为测试电极的个数，经过k个测试总周期后计算其均值向量Meanβ与方差向量Varβ，有：

α_i为与均值向量Meanβ与方差向量Varβ同维的向量，其中i代表测量电极序号；

得到Q为num*num的矩阵，

则q_1*M＝{(ξ-Q_ij)/ξ}，其中ij为所有选定的电极测试组合,ξ为根据具体测试环境设定的阈值参数，一般的ξ取值为2-10；

其中如果(ξ-Q_ij)/ξ出现为负的数，在后续计算中修正为0，并且作为电极脱落失效的判定标志，发出提示信号；

令M维向量Ψ为：

Ψ_i＝(λ_i*q_i)

G＝S^-1*Ψ

最后根据设定的a*b的成像规模，将G转换成二维灰度值矩阵g。

2.根据权利要求1所述的一种基于压阻电极的电阻抗成像系统进行电阻抗成像的方法，其特征在于，所述弹力带的弹性系数可选范围在0-100N/mm。