发布时间 : 星期日 文章燕山大学毕业设计：EIT图像重建技术研究更新完毕开始阅读23a9f5d7d4d8d15abf234e07
第2章 电阻抗层析成像技术综述
情况，对多个界面进行综合分析，从而可以得到管道两相流流体分布的三维情况，从而实现层析成像。
激励电极对+I-I连续相C2?2?1连续相C1电极v测量电极对图2-2 EIT系统原理图
如图2-2所示，设C1为连续相，C2为离散相。假设连续相的电阻率为
?1，离散相的电阻率为?2，利用EIT系统求解被测物体内不同介质分布的步骤如图2-3：
给任意一对电极施加激励电流测量非激励电极对之间的边界电压被测物体内部介质分布发生变化通过测量电压变化情况计算被测物体内部电阻率分布得到被测物体内部介质分布图2-3 EIT系统测量求解步骤
2.3.3 EIT测量技术相关因素介绍
EIT研究过程中，有几个因素对成像结果有一定影响，具体介绍如下： (1) EIT测量驱动模式
EIT技术测量驱动的模式按照激励源的性质，可以分为电流驱动和电压驱动。
将生物体看成成像目标，在目标边界输入电流，然后测量目标表面的电压，即广泛采用的电流驱动电压测量方式，如图2-4(a)所示。电流驱动的方式可确保输入人体的电流大小符合要求，但高频、高精度的恒流源制作起来比较困难。
在目标边界施加电压，测量成像目标表面电流，即电压驱动电流测量的方式，如图2-4(b)所示。这种方式输入的电流不可控制，易对人体造成伤害，
11
燕山大学本科生毕业设计(论文)
同时接触阻抗的影响大，电路的结构比较复杂，因此这种模式使用比较少。
(a) (b)
图2-4 EIT驱动测量模式
目前一般采用电流驱动方式，特殊场合采用电压驱动。 (2) EIT测量电极
电极形状有形点电极、矩形电极、复合型电极[32]，如图2-5所示。 图(a)所示，圆形点电极和矩形电极是激励电极和检测电极共用的线电极。线电极的特点是结构简单，使用方便。
图(b)所示，复合电极由外周的环形激励电极和中心测量电极组成，这种电极将片状电极与点电极结合，片状电极作为激励电极以降低激励电流密度，减小接触阻抗，点电极作为测量电极以获取准确的测量位置。使用复合电极可在激励电极处同时提取测量电压值，从而增加独立测量数。
(a) (b)
图2-5 电极形状
电极是提取信号的关键器件，它必须具有灵敏度高，与皮肤接触阻抗小，
12
第2章 电阻抗层析成像技术综述
对皮肤无毒害，同时有利于电流的注入和电压的测量，形状规格化，易于匹配的特点[33]。
EIT系统的电极材料必须具有良好的导电性能，要求电极材料的电导率必须远远高于被测媒质，以保证电极表面为等势面，电流密度垂直于电极表面均匀分布。还要有稳定的化学特性，为了防止电极与被测媒质之间发生化学或电化学反应而腐蚀电极表面，要求电极有稳定的化学特性。此外，从加工成本的方面考虑，希望电极的材料价格便宜，易于获得；同时电极材料需要经过一定的加工才能进行使用，又需要电极材料具有良好的机械加工特性，容易固定及焊接，热应力小等等；在液—固两相流的工业应用中，固相物质会经常对电极造成磨损和冲击，这还要求电极材料要具有一定的耐磨性。常用的电极材料有铂、不锈钢、铜、银、导电陶瓷、钛金属等。
EIT系统电极数目决定了可能的独立测量数目，对定量的图像重建算法而言，其图像的分辨率是由独立测量数决定的，因此电极数目的增加可以提高空间分辨率。如采用相邻激励模式的16电极EIT系统，独立测量数为104个，而48电极系统的独立测量数为1080个。但是，电极数目的增加必然导致相邻两电极之间的距离变小，对于相邻激励模式，会导致敏感场分布的不均匀性加剧。而且，独立测量数的增加还会造成一次激励时所获得的各测量电压之间的差别变小，这就要求数据采集系统具有更高的分辨率。另外，电极数目的增加还会使每帧图像的数据量增大，采集数据的时间增加，系统实时性能降低。
电极的宽度和高度对敏感场的分布也有重要的影响，增加电极的宽度可以减小连接阻抗的阻值，改善敏感场分布的均匀性，但电极的宽度在空间上受到电极数目和管道直径的限制，而且电极加宽使得电极的测量信号不能反映“点\的电位信息。增加电极的高度可以改善轴向各层的场分布情况，使其更接近于平行平面场，但同时会导致敏感场空间分布范围的扩大，从而加剧了所成图像空间物理意义的模糊性。复合电极虽然有矩形电极和点电极的优点，但是其加工、安装难度较大，一般只用于医学领域，工业过程中很少采用。
(3) EIT技术独立测量数
13
燕山大学本科生毕业设计(论文)
在电极数目一定的情况下，独立测量数主要由测量驱动模式决定[34]。 测量驱动模式主要有：
相邻驱动模式(Adjacent driven pattem)——由Brown和Seagar提出，将电流通过相邻电极注入，在所有其他相邻的电极对上测量电压。它在硬件上易于实现，适用的重构算法多，是最基本且较为成熟的驱动模式。独立测量次数为N??N?3?/2，其中N为电极数。
相对驱动模式(Opposite driven pattem)——两驱动电极相差180°放置，在相邻电极上进行电压测量。独立测量次数为N??N?4?/2，其中N为电极数。
交叉驱动模式(Trigonometric current pattern)——Avis和Barber发现当在一彼此距离较远的电极上注入电流时，可以获得一种流入人体更均匀的电流分布，因而提出两驱动电极相差90°放置，在相邻电极上进行电压测量的交叉驱动模式。独立测量次数为N??N?4?/2，其中N为电极数。
2.4 EIT系统简介
EIT系统主要由激励测量的电极阵列、数据采集单元、图像重建单元几部分构成[35]。EIT系统的传感器由一个电极阵列等间隔排布在被测管道或过程容器周围，控制单元(计算机)向数据采集单元发出指令，轮流给某一对电极施加激励电流，在过程对象内部建立起敏感场。得到边界上的多组测量电压信号，将得到的测量数据送图像重建单元，以适当的算法重建出对象内部的电导率分布，从而得到媒质分布图像(二维或三维)。最后送图像分析单元，对图像的物理意义加以解释，提取有关的特征参数，为过程控制提供必要的数据。
敏感场阵列将敏感场内的介质分布状况转换成易于测量的电压信号，是信息的最初来源，它的设计对敏感场分布有着重要影响，从而会影响整个系统性能。电极单元的设计参数主要包括电导电极的材料、数目和电极尺寸。
数据采集系统包括多通道的数据采集控制，电流/电压(A/V)转换，A/D转换及通讯接口等。
图像重建单元采用的是PC机，主要负责对外围接口电路发出指令来控制数据采集系统采集数据，并从数据采集系统接收数据，然后采用相应的图
14