ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 4
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
English page
DOI 10.30898/1684-1719.2020.4.12
УДК 53.083.2
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ В ЭЛЕКТРОПОЛЕВОЙ ТОМОГРАФИИ: ВИЗУАЛИЗАЦЯ ТЕСТОВОГО ОБЪЕКТА ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ
П. А. Кобрисев, А. В. Корженевский, С. А. Сапецкий, Т. С. Туйкин
Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук, 125009, Москва, ул. Моховая, 11-7
Статья поступила в редакцию 14 апреля 2020 г.
Аннотация. Электрополевая томография (ЭПТ) – метод электромагнитной квазистатической томографии, с помощью которого можно бесконтактно получать информацию о пространственном распределении электрических свойств исследуемого объекта, зондируя его переменным электрическим полем. Переключая последовательно источник переменного напряжения между пространственно распределенными электродами, можно проводить сбор информации об изменениях фазы поля с помощью остальных электродов и осуществлять визуализацию пространственного распределения электрических свойств объекта путем решения обратной задачи для уравнений, описывающих электрическое поле в неоднородной среде. Основной проблемой при реализации ЭПТ является выделение полезного сигнала (сдвига фазы), обусловленного релаксацией Максвелла-Вагнера в исследуемом объекте, из суммарного измеряемого изменения фазы сигнала. Создана ЭПТ система с дифференциальными возбуждением и регистрацией поля, позволяющими существенно уменьшить влияние погрешностей и прочих помех на результаты измерений. Для этого была использована многоканальная круговая система, работающая в режиме униполярной электрополевой томографии, на которой ранее была успешно выполнена визуализация тестовых объектов. Алгоритм её работы был существенно модернизирован для работы в дифференциальном режиме генерации и сбора данных для программного вычисления фазы и амплитуды разностного сигнала между двумя смежными электродами. На основе экспериментальных данных успешно проведена визуализация методом дифференциальной электрополевой томографии по сдвигу фаз и по изменению амплитуд тестового объекта, расположенного в центре системы.
Ключевые слова: квазистатическая электромагнитная томография, электрическое поле, визуализация, релаксация Максвелла-Вагнера.
Abstract. Electric field tomography (EFT) is a method of quasistatic electromagnetic tomography enabling contactless investigation of the spatial distribution of the electrical properties in the object, when probing it with an alternating electric field. By switching the alternating voltage source sequentially between spatially distributed electrodes, it is possible to collect information on changes of the field phase using the remaining electrodes and to visualize the spatial distribution of the electrical properties of the object by solving the inverse problem for equations describing an electric field in an inhomogeneous medium. The main problem in the implementation of the EFT is the extraction of a useful signal (phase shift) caused by the Maxwell-Wagner relaxation in the object from the total measured change of the phase. An EFT system has been created with differential excitation and field measuring, which can significantly reduce the effect of measurement errors and noise on the results. A multichannel circular measuring system was used to implement this. A multichannel circular system was used, operating in the unipolar electric field tomography mode, on which visualization of test objects was previously successfully performed. The algorithm of its operation has been modified significantly to operate in the differential mode of excitation and data collection. The phase and amplitude of the difference signal between two adjacent electrodes was calculated programmatically. Successful visualization of the test object placed in the center of the system was achieved experimentally by the differential electrical tomography system using both phase and amplitude measurements.
Keywords: quasistatic electromagnetic tomography, electric field, imaging, Maxwell-Wagner relaxation.
Литература
1. Корженевский А.В., Гуляев Ю.В., Корженевская Е.В. Дифференциальные измерения в электрополевой томографии: проверка концепции с помощью численного моделирования. // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. № 10. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/oct18/19/text.pdf. DOI: 10.30898/1684-1719.2018.10.19
2. Korjenevsky A.V., Tuykin T.S. Experimental demonstration of electric field tomography. // Physiol. Meas. 2010. Vol. 31. P. S127-S134.
3. ГуляевЮ.В., Корженевский А.В., Туйкин Т.С., Черепенин В.А. Визуализация электропроводящих сред методом электрополевой томографии. // Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55. № 9. С. 1132-1139.
4. Корженевский А.В. Бесконтактная томография электропроводящих сред квазистатическим переменным электрическим полем. // Радиотехника и электроника. 2004. Т. 49. № 6. С. 761-766.
5. Korjenevsky A.V. Maxwell-Wagner relaxation in electrical imaging. // Physiol. Meas. 2005. Vol. 26. No. 2. P. S101-S110.
6. Korjenevsky A.V. Electric field tomography for contactless imaging of resistivity in biomedical applications. // Physiol. Meas. 2004. Vol. 25. No. 1. P 391-401.
Для цитирования:
Кобрисев П.А., Корженевский А.В., Сапецкий С.А., Туйкин Т.С. Дифференциальные измерения в электрополевой томографии: визуализация тестового объекта по экспериментальным данным. Журнал радиоэлектроники. 2020. № 4. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/apr20/12/text.pdf. DOI 10.30898/1684-1719.2020.4.12