[发明专利]一种平面式的电容层析成像系统及检测方法

权利要求书

1.一种平面式的电容层析成像系统，其特征在于所述电容层析成像系统包括上位机、单片机、电容测量电路、开关电路、阵列式电容传感器，其中：

所述单片机分别与上位机、电容测量电路和开关电路连接；

所述开关电路分别与阵列式电容传感器和电容测量电路连接；

所述上位机包含有数据采集通信系统以及图像重建系统；

所述单片机控制开关电路对阵列式电容传感器进行电极切换，实现不同电极间的电容连接，以便能用电容测量电路进行测量，电容测量电路的数据单向传递到单片机，利用单片机对数据进行采集后与上位机的数据采集通信系统通信将数据传入电脑，然后图像重建系统对数据进行处理与重建。

2.一种利用权利要求1所述平面式的电容层析成像系统进行材料内部缺陷检测的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一：使用20KHz的交流信号对电容测量电路进行激励；

步骤二：利用单片机控制开关电路对阵列式电容传感器进行电极切换，实现不同电极间的电容连接，以便能用电容测量电路进行测量，单片机采集电容测量电路的数据，通过串口通信程序再将数据传递到上位机；

步骤三：利用上位机的数据采集通信系统采集到数据后利用图像重建系统对采集到的数据进行图像重建，得到材料内部缺陷情况。

3.根据权利要求2所述的利用平面式的电容层析成像系统进行材料内部缺陷检测的方法，其特征在于所述交流信号由信号发生器产生，信号的峰值为5V。

4.根据权利要求2所述的利用平面式的电容层析成像系统进行材料内部缺陷检测的方法，其特征在于所述电容测量电路采用交流激励式的测量方法，在待测电容经过正弦激励信号激励后，产生的信号如下：

式中，V₀₁为输出信号，V_i为输入信号，C₀为待测电容，C_f为反馈参考电容。

5.根据权利要求4所述的利用平面式的电容层析成像系统进行材料内部缺陷检测的方法，其特征在于所述交流激励后的信号通过带通滤波器滤波后利用AD630对正弦信号进行全波整流，再利用低通滤波器对这一整流后的信号进行滤波，根据傅里叶理论，最后得到和电容值成正比的直流电压信号。

6.根据权利要求2所述的利用平面式的电容层析成像系统进行材料内部缺陷检测的方法，其特征在于所述阵列式电容传感器是利用印刷电路制作而成的4×4的16电极阵列，每个电极都为16mm的正方形电极片，相邻电极间的间隔为8mm。

7.根据权利要求2所述的利用平面式的电容层析成像系统进行材料内部缺陷检测的方法，其特征在于所述开关电路使用的多路复用芯片为16路双向模拟开关CD4067，通过单片机控制两个开关芯片实现不同电极间的总计120个电容的测量。

8.根据权利要求2所述的利用平面式的电容层析成像系统进行材料内部缺陷检测的方法，其特征在于所述单片机通过数字IO口控制开关电路的模拟开关，利用模拟输入端接收电容测量电路的直流电压信号，并通过串口将数据发送到上位机。

9.根据权利要求2所述的利用平面式的电容层析成像系统进行材料内部缺陷检测的方法，其特征在于所述数据采集通信系统和图像重建系统利用MFC以及C++编写而成。

10.根据权利要求2所述的利用平面式的电容层析成像系统进行材料内部缺陷检测的方法，其特征在于所述图像重建系统使用的算法为奇异值分解算法。