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原文传递一种同面阵列电容传感器的敏感场分析方法

专利名称：	一种同面阵列电容传感器的敏感场分析方法
摘要：	本发明公开了一种同面阵列电容传感器的敏感场分析方法，包括：对电容传感器以及被测物体按照传感器的实际尺寸建立三维模型；根据电磁场理论，建立两个半径不同的球体，将整个三维模型分为四部分；对被测物体进行单元类型定义，对电容传感器进行单元划分，根据单元类型采用映射划分方式对被测物体进行单元划分，完成同面阵列电容传感器以及被测物体敏感场建模，计算得到敏感场的灵敏度矩阵，根据灵敏度矩阵进行图像重建；获取重建质量、稳定性。能够根据对同面阵列电容成像系统的近场和远场进行三维建模来求解灵敏度矩阵，在深度方向上对敏感场的分层划分和在水平方向上对敏感场的分单元划分，能够获取质量好的重建图像，进行图像检测和图像分析。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	燕山大学
发明人：	张玉燕;马学韬;温银堂;王振春;王文魁
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201910086659.6
公开号：	CN109738494A
代理机构：	北京君泊知识产权代理有限公司
代理人：	王程远
分类号：	G01N27/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	066004 河北省秦皇岛市河北大街西段438号
主权项：	1.一种同面阵列电容传感器的敏感场分析方法，其特征在于，包括： 1)、对电容传感器以及被测物体按照传感器的实际尺寸建立三维模型； 2)、根据电磁场理论，以传感器电极阵列的中心为中心建立两个半径不同的球体，将整个三维模型分为四部分，包括测量区域、近场区域、远场区域、以及无穷远； 3)、对被测物体进行单元类型定义，采用三角自由划分对电容传感器进行单元划分，根据单元类型采用映射划分方式对被测物体进行单元划分，完成同面阵列电容传感器以及被测物体敏感场建模； 4)、划分完毕后在传感器极板上施加循环的点电压激励，并将远场边界的电势设置为0，计算原始节点的电压值，经转换后变为节点的电场强度，计算得到敏感场的灵敏度矩阵，并根据灵敏度矩阵进行图像重建； 5)、根据重建图像获取重建质量、稳定性。 2.根据权利要求1所述的同面阵列电容传感器的敏感场分析方法，其特征在于，所述将整个三维模型分为四部分具体为：被测物体及电容传感器为检测区域，小半径球体内除去检测区域后的剩余空间为近场区域，大半径球体与较小半径球体的中间区域为远场区域，大半径球体外部区域设定为无穷远。 3.根据权利要求1所述的同面阵列电容传感器的敏感场分析方法，其特征在于，所述采用映射划分方式对被测物体进行单元划分具体包括： 3.1、将被测物依深度对敏感场进行单元划分，深度方向上平均分为若干层，每层的厚度均相同；将靠近电容传感器的一层定义为第一层，向上依次排列； 3.2、对每一层的敏感场进行独立求解计算，每层敏感场求解得到一个灵敏度矩阵，得到若干个灵敏度矩阵； 3.3、根据每层的灵敏度矩阵，对被测物体的各层灵敏度进行深度图像重建； 3.4、在深度图像重建基础上，在水平面上对敏感场进行单元划分，将敏感场的长宽分为n等份并采用映射划分方法将每层的敏感场分为n2个单元，求解每个单元的灵敏度矩阵值，对被测物体进行图像重建。 4.根据权利要求3所述的同面阵列电容传感器的敏感场分析方法，其特征在于，所述对被测物体进行单元类型定义包括：被测物体的单元类型定义为三维四面体静电实体单元SOLID123，传感器以及近场区域的单元类型定义为三维二十节点静电实体单元SOLID122，远场区域的单元类型定义为三维远场单元INFIN111。 5.根据权利要求3所述的同面阵列电容传感器的敏感场分析方法，其特征在于，所述灵敏度矩阵计算公式为：式中Si,j(x,y)表示电极对i-j在(x,y)位置处的灵敏度；Ei(x,y)表示对第i号电极施加电压信号时(x,y)位置处的电场强度；Ej(x,y)表示对第j号电极施加电压信号时(x,y)位置处的电场强度；p(x,y)表示所求解的敏感场区域；Vi，Vj表示施加在极板上的电压激励。 6.根据权利要求3所述的同面阵列电容传感器的敏感场分析方法，其特征在于，所述灵敏度矩阵的稳定性为： K(A)＝║A║║A-1║ 式中A为灵敏度矩阵，函数值K(A)越小，矩阵A的稳定性越好，重建图像越准确。
所属类别：	发明专利