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原文传递一种基于电阻抗成像技术的检测系统和方法

专利名称：	一种基于电阻抗成像技术的检测系统和方法
摘要：	本发明公开了一种基于电阻抗成像技术的检测系统和方法。本发明的系统，包括涂设在待检测基材上的导电涂层、均匀分布在导电涂层上的多个接收电极、与任意两个接收电极通过导线连接的电源、与剩下接收电极通过导线连接的数据采集装置、与数据采集装置和电源电连接的中央处理器和对待检测基材施加压力的万能试验机。该方法采用上述系统进行检测。本发明的系统通过导电涂层随着基体材料加载受力拉伸导致电阻发生变化的情况，检测出其内部裂缝情况，可以实时检测和监测基体材料损坏程度，为结构质量监测做出贡献，真正达到无损检测的目的，本发明的方法新颖、简便、低成本、可操作性强。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	中国地质大学(武汉)
发明人：	周小勇;李阳;潘勋;李庆刚
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910677553.3
公开号：	CN110412092A
代理机构：	武汉知产时代知识产权代理有限公司
代理人：	邹桂敏
分类号：	G01N27/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号
主权项：	1.一种基于电阻抗成像技术的检测系统，其特征在于：包括涂设在待检测基材上的导电涂层、均匀分布在所述导电涂层上的多个接收电极、与任意两个接收电极通过导线连接的电源、与剩下所述接收电极通过导线连接的数据采集装置、与所述数据采集装置和电源电连接的中央处理器。 2.如权利要求1所述的一种基于电阻抗成像技术的检测系统，其特征在于：所述导电涂层包括如下质量份数的组分：环氧丙烯酸酯树脂40-80份，稀释剂16-56份，光引发剂0.5-2.5份，光敏剂0.5-2.5份，光稳定剂0.1-1份，消泡剂0.1-1份，流平剂0.1-1份，增韧剂4-24份，硅烷偶联剂1-5份，导电填料80-300份。 3.如权利要求2所述的一种基于电阻抗成像技术的检测系统，其特征在于：所述稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯烷酮和1，4-丁二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。 4.如权利要求3所述的一种基于电阻抗成像技术的检测系统，其特征在于：所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗琳基-1-丙酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮其中的一种或多种；所述光敏剂为二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮和米蚩酮其中的一种或多种。 5.如权利要求2所述的一种基于电阻抗成像技术的检测系统，其特征在于：所述增韧剂为液体聚硫橡胶、液体硅橡胶和聚醚其中的一种或多种。 6.如权利要求2所述的一种基于电阻抗成像技术的检测系统，其特征在于：所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷其中的一种或多种。 7.如权利要求2-6任一项所述的一种基于电阻抗成像技术的检测系统，其特征在于：所述导电填料为银包铜粉、碳纳米管和石墨烯其中的一种或多种。 8.一种基于电阻抗成像技术的检测方法，其特征在于，使用权利要求1-7任一项所述的检测系统，具体步骤如下： S1：将预先配制好的导电材料用刷子均匀地涂抹在基体材料表面，然后将2n个接收电极均匀的分布在所述导电涂层上；其中任意两个接收电极通过导线连接的电源，剩下的2n－2个所述接收电极通过导线与数据采集装置连接，接收电极分别标为1、2、3.......2n； S2：打开电源，并通过中央处理器控制电源输出参数，数据采集装置采集与其相连接的电极之间的电压，使用相邻激励模式进行测量当电源通过(1,2)电极向导电涂层中输入恒定电流，在(2,3)、(3,4)……(2n,1)等电极来采集各组电压，然后再通过(2,3)电极输入恒定电流，同样采集剩余各组电极上的电压，以此类推直至循环采集完成，每个数据0.02-2s的速率进行数据采集，当采用2n个电极时，一组数据包含2n×2n＝4n2个电压； S3：外力对基体材料进行缓慢加载后，待基体材料侧面出现微裂缝，重复步骤S2，测得一组数据； S4：中央处理器将加载前后收集的两组数据对导电涂层电势差分布进行EIT逆问题计算，利用软件MATLAB结合修正的Gauss-Newton迭代算法，寻找最合适参数，实现电阻抗成像。 9.如权利要求8所述的一种基于电阻抗成像技术的检测方法，其特征在于，修正的Gauss-Newton迭代算法为：假设基体材料损伤前后导电涂层的电导率分别为σref和σ，测量电压分别为Vref和V，则 Vref＝U(σref)+nref (1) 式中U(σref)是基体材料损伤前导电涂层电导率分布σref和电极电位的可观测量V之间的计算模型，nref是基体材料损伤前的测量噪声；基体材料损伤前导电涂层的最佳均匀估计值基体材料损伤前测量中获取的一个近似误差项ε：则式中n是基体材料损伤后测量噪声δn＝n-nref；基体材料损伤后导电涂层的最佳均匀估计值式中L是关于量测噪声统计特性的一个已知矩阵，pσ(σ)是总变差函数的可微近似，pσ(σ)可由式(6)获得：式中是在有限元网格Ωk单元中σ的梯度，Ne是计算域中的元素数，α是一个控制惩罚因子权重的参数，β是一个调节最大后验估计计算中pσ(σ)梯度的参数。 10.如权利要求8所述的一种基于电阻抗成像技术的检测方法，其特征在于，中央处理系统控制电源，使其输出0.1-100mA、频率为10-100000Hz的正弦交流电。
所属类别：	发明专利