Дифференциальные
измерения в электрополевой томографии: проверка концепции с помощью численного
моделирования
А. В. Корженевский, Ю. В.
Гуляев, Е. В. Корженевская
Институт радиотехники и электроники им.
В.А.Котельникова Российской академии наук, 125009, Москва, ул. Моховая, 11-7
Статья поступила в редакцию 16 октября 2018 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. Проблемой при реализации ЭПТ является выделение
полезного сигнала (сдвига фазы), обусловленного релаксацией Максвелла-Вагнера в
исследуемом объекте, из суммарного измеряемого изменения фазы сигнала. Наибольший
вклад в погрешность измерений в униполярных ЭПТ системах, предложенных ранее, вносят
вариации электрической емкости измерительных электродов и самого исследуемого
объекта относительно общей цепи системы. Целью настоящей работы является
демонстрация потенциальной реализуемости ЭПТ системы с дифференциальными
возбуждением и регистрацией поля, позволяющими существенно уменьшить влияние
таких погрешностей и прочих помех на результаты измерений. Методом численного
моделирования продемонстрирована локализация зоны чувствительности
дифференциальных измерений вблизи эквипотенциальной линии электрического поля.
Это дает возможность использовать известные методы решения обратной задачи
квазистатической томографии, в частности, метод свертки и обратной проекции
вдоль линий максимальной чувствительности. Оказалось, что для реконструирования
изображений при дифференциальной ЭПТ могут быть использованы как фазовые, так и
амплитудные измерения.
Ключевые слова:
квазистатическая электромагнитная томография, электрическое поле, визуализация,
конечные разности во временной области
Abstract. Electric
Field Tomography (EFT) is a method of electromagnetic quasistatic tomography enabling
contactless obtaining of information about the spatial distribution of the
electrical properties of the object under study, probing it with a variable
electric field. The problem with the implementation of EFT is the extraction of
the useful signal (phase shift) related with Maxwell-Wagner relaxation in the
object under study from the total measured change in the phase of the signal.
The largest contribution to the measurement error in the unipolar EFT systems
proposed earlier is made by the variations in the electrical capacitance of the
measuring electrodes and the object under study relative to the common circuit
of the system. The objective of this work is to demonstrate the feasibility of
EFT system with differential excitation and field detection, which can
significantly reduce the effect of such errors and other interference on the
measurement results. The method of numerical simulation demonstrates the
localization of the sensitivity zone of differential measurements near the
equipotential line of the electric field. This makes it possible to use known
methods for solving the inverse problem of quasistatic tomography, in
particular, the method of convolution and back projection along the lines of
maximum sensitivity. It turned out that both phase and amplitude measurements
can be used to reconstruct images in the differential EFT.
Keywords:
quasistatic electromagnetic tomography, electric field, visualization, finite
differences in the time domain.
Для цитирования:
А.
В. Корженевский, Ю. В. Гуляев, Е. В. Корженевская. 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