用于测量电磁性能的设备和方法

文档序号:9635049
用于测量电磁性能的设备和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于测量一个或多个电磁性能(electromagneticproperty)的设备 和方法中的至少一个或多个。
【背景技术】
[0002] 在很多情况下,确定对象或样本的电磁性能是有用的。在过去二三十年,开发了实 验性的电学层析成像技术来实现这个目标。在医学应用中,提出了电阻抗断层成像(EIT) 系统。在这些系统中,导电电极连接至样本(例如,人体的一部分),并且测量被用于使样本 的导电率或电容率的图像显影。然而,这种系统还未广泛地用于医疗机构。一种相关技术 是电容层析成像(ECT)。ECT是一种用于从外部电容测量确定在对象的内部的电容率分布 的方法。与EIT-样,ECT系统依然主要在实验中。少量电极被用于使对象的近似切片的 一个或多个低分辨率图像显影。
[0003] 现有的电气技术通常仅对有限范围的变量来说是灵敏的。例如,ECT可以被用在 非导电系统上,而EIT适用于导电系统。用于导电率映射的EIT的缺点在于电极需要与样 本直接接触。因此,不能使整个范围的导电率成像。这使其不适用于很多应用。

【发明内容】

[0004] 根据第一方面,提供了一种用于确定兴趣区域(regionofinterest)的一个或多 个电磁性能的设备,包括:至少一个测量接口,用于接收与所述兴趣区域相对应的一个或多 个电感测量(inductivemeasurement)以及与所述兴趣区域相对应的一个或多个电容测量 (capacitivemeasurement);以及信号处理器,通信親接至所述至少一个测量接口并且被 布置为至少根据所接收的一个或多个电感测量获得导电率的估计并且至少使用所述导电 率(electricalconductivity)的估计和接收到的所述一个或多个电容测量确定电容率测 量(permittivitymeasurement)〇
[0005] 根据第二方面,提供了一种测量兴趣区域的一个或多个电磁性能的方法,包括:接 收与所述兴趣区域相对应的一个或多个电感测量;至少基于所接收的电感测量确定所述兴 趣区域中的导电率的分布;接收与所述兴趣区域相对应的一个或多个电容测量;并且至少 使用所述导电率的分布和所述一个或多个电容测量来确定所述兴趣区域中的电容率的分 布。
[0006] 从参照附图对某些示例的做出的以下描述中,另外的特征和优点将变得显而易 见。
【附图说明】
[0007] 图1A是示出根据第一示例的设备以及兴趣区域的示意图;
[0008] 图1B是示出根据第一示例的设备以及在兴趣区域中存在的可移动对象的示意 图;
[0009] 图1C是示出根据第二示例的设备以及兴趣区域的示意图;
[0010] 图1D是示出根据第二示例的设备以及在设备与兴趣区域之间的绝缘区域的示意 图;
[0011] 图2A是示出根据第一示例的多个传感器元件的示意图;
[0012] 图2B是示出根据第二示例的多个传感器元件的示意图;
[0013] 图2C是示出根据第三示例的多个传感器元件的示意图;
[0014] 图2D是示出根据第四示例的多个传感器元件的示意图;
[0015] 图2E是示出根据第五示例的多个传感器元件的示意图;
[0016] 图3A是示出根据第四示例的设备的示意图;
[0017] 图3B是示出图3A的设备的侧视图的示意图;
[0018] 图3C是示出图3A和图3B的设备的一部分的透视图;
[0019] 图4A是示出根据示例的信号处理器的示意图;
[0020] 图4B是示出图4A的信号处理器通信耦接至多个传感器元件的示意图;
[0021] 图4C是示出使用具有图4B的信号处理器的信号控制器的示意图;
[0022] 图4D是示出根据示例的测量阶段的第一部分的示意图;
[0023] 图4E是示出根据示例的测量阶段的第二部分的示意图;
[0024] 图4F是示出根据另一示例的测量阶段的示意图;
[0025] 图5是示出根据示例的信号处理器的实施方式的示意图;
[0026] 图6是示出根据示例的层析成像处理器的使用的示意图;
[0027] 图7A示出了第一示例兴趣区域的照片以及对应的来自层析成像处理器的第一示 例输出;
[0028] 图7B示出了第二示例兴趣区域的照片以及对应的来自层析成像处理器的第二示 例输出;
[0029] 图8是示出根据示例的测量兴趣区域的一个或多个电磁性能的方法的流程图;
[0030] 图9是示出根据示例的驱动一个或多个传感器元件的方法的流程图;
[0031] 图10是示出根据示例的测量兴趣区域的一个或多个电磁性能的方法的流程图;
[0032] 图11A是设备的示例应用的前视图的示意图;
[0033] 图11B是设备的示例应用的侧视图的示意图;
[0034] 图12A示出了在测试例中的示例兴趣区域的照片;
[0035] 图12B示出了来自比较电容层析成像(ECT)处理器的针对测试例的示例输出;并 且
[0036] 图12C示出了来自如在本文中所述的示例层析成像处理器的针对测试例的示例 输出。
【具体实施方式】
[0037] 图1A示出根据示例100的设备110。设备110用于测量兴趣区域120中的一个或 多个电磁性能。兴趣区域120可以是最接近设备110的空间,例如,线性区域、二维的平面 或三维的体积。兴趣区域120表示设备110的测量范围并且可以根据实施方式而变化。
[0038] 在某些情况下,可以在兴趣区域120内存在一个或多个对象。在图1B中示出了它 的示例。任意的对象可以是静止的或可移动的,例如,如在图1B中的虚线箭头所示。诸如 空气或液体混合物的对象可以被保持在流体中。流体可以是绝缘体,使得在兴趣区域中的 任何对象130通过绝缘区域140而与设备110相隔离。换言之,设备110可以包括非接触 式装置,使得在设备110与至少一部分兴趣区域120和所述区域中的任何对象130中任一 个之间没有直接电接触的情况下,可以发生对兴趣区域120以及在所述区域中的任何对象 130的测量。可替换地,流体或流体混合物无论是否包含任何对象都可以表示要测量的一组 材料。
[0039] 图1C示出根据第二示例105的另一个设备115。设备115还被用于测量兴趣区 域125中的一个或多个电磁性能。在这种情况下,兴趣区域125是在由设备115的构件形 成的边界内的密封面积或体积。例如,在这种情况下,兴趣区域125可以是扫描装置的内部 或者传送一个或多个流体的管道的内部。图1D示出第二示例的另一个实施方式,其中,设 备115通过一个或多个中间区域135与兴趣区域相隔离。例如,这些中间区域135中的至 少一个可以包括绝缘材料,使得设备115通过绝缘体与兴趣区域125相隔离。在这种情况 下,设备115运行在非接触模式下,例如,在设备115与兴趣区域125之间没有直接导电路 径。例如,设备115可以被布置为在管线布置的外部,该管线布置包括具有外部聚合物外壳 的内部金属管。如通过图1A至图1D的示例所示,设备110、115可以是非侵入式的,例如, 可以位于兴趣区域的旁边并且不需要延伸到兴趣区域中。
[0040] 图2A至图2E示出了根据一系列示例的多个传感器元件布置。这些布置被示例性 示出并且作为示例,以帮助解释在本文中描述的具体设备和方法的操作;还可以实施未被 示出的其它布置。
[0041] 图2A示出了根据示例的传感器元件的第一布置200。第一布置200包括两类传 感器元件的一维阵列210。多个第一传感器元件220被布置为提供与最接近一维阵列210 的兴趣区域相对应的电感测量。然后,多个第二传感器元件230被布置为提供与最接近一 维阵列210的同一兴趣区域相对应的电容测量。例如,多个第一传感器元件和多个第二传 感器元件可以与兴趣区域上的面对准,使得一维阵列210的顶部与在图1A和图1B中的设 备110或者与在图1C和图1D中的设备115对准。在后一种情况下,可以具有η个第一传 感器元件220和m个第二传感器元件230,η和m使得传感器元件被布置在兴趣区域125的 至少一部分周长的周围。同样,虽然在图2A中示出了 4个传感器元件,但是可以在实施方 式中采用η个第一传感器元件220和m个第二传感器元件230,其中,η和m大于1。在一 个实施方式中,传感器元件不与对象和/或兴趣区域直接电气接触。在图2A中,传感器元 件一维地交替。
[0042] 第一布置200能够测量兴趣区域的一个或多个电磁性能。例如,第一布置200可 以输出信号的阵列:来自该第一传感器元件组的信号可以被用于生成一组导电率测量和/ 或磁导率测量(permeabilitymeasurement),并且来自第二传感器元件组的信号可以被用 于生成一组电容率测量。这些测量可以是一个或多个线性阵列的形式,例如,长度是η和m 的线性阵列或者元组(tuple)的阵列。第二传感器元件的电容测量可以表示位于兴趣区域 中的一个或多个介电材料的相对比例或特征以及位置。
[0043] 在这种情况下,电容率测量可以表示电场影响以及如何被位于兴趣区域中的对 象或材料(诸如介电材料)影响。在兴趣区域中的对象或材料中形成电场可以被看作是 电阻的测量。可以以每米法拉(Fm1)来测量。在本文中引用的磁导率可以表示支持形成 磁场的对象或材料的能力,例如,响应于所施加的磁场来通过对象或材料获得的磁化强度 (magnetisation)。可以以每米亨利(Hm3或者每平方安培牛顿(NA2)来测量磁导率。
[0044]在一个示例中,第一传感器元件可以包括例如电路几何图形的线圈布置。第二传 感器元件
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