[发明专利]一种同面阵列电容传感器的敏感场分析方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及电容成像技术领域，尤其涉及一种同面阵列电容传感器的敏感场分析方法。

背景技术

电容成像检测技术是一种基于边缘电容效应，适用于非导电材料内部缺陷和导电材料表面缺陷检测的新兴无损检测技术，其利用检测探头在非导电被测试件内部和导电材料表面形成特定的电场分布进行缺陷的检测和评估。当无缺陷时，电场分布无扰动；当有缺陷存在时，会改变电场的分布并引起检测极板上电荷的变化。

在图像重建过程中需要借助灵敏度矩阵S将电容传感器测量得到的电容信号反演出介电常数的分布情况，所以S的准确与否直接关系到重建效果的好坏。因此，灵敏度矩阵的获取对图像重建具有重要的指导意义。传统环状阵列电容传感器需要选取垂直电容传感器极板的平面进行图像重建，和其类似，同面阵列电容传感器也需要选取与极板相平行的平面进行图像重建。由于距离传感器极板的距离不同，导致不同深度上的电场强度有较大差别，进而使得不同层的灵敏度矩阵性质并不相同，影响后期灵敏度准确度的计算。

发明内容

针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种同面阵列电容传感器的敏感场分析方法。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：

一种同面阵列电容传感器的敏感场分析方法，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。

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。

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；