用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置及方法，装置包括电极传感模块、选通模块、激励源、数据采集器、控制器、无效电极筛选模块，通过无效电极筛选模块将当前激励信号下，电极传感模块中采集到无效数据的电极标记为无效电极，这些无效电极的数据不会再传输到后端进行处理，则以此建立的阻抗数据矩阵能最大限度缩小，对后续计算能提高处理效率，且有效数据仍然保留，保证计算精度不变。

Frequency-Variable Adaptive Impedance Acquisition and Control Device and Method for Impedance Imaging

【技术实现步骤摘要】
用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置及方法
本专利技术涉及阻抗成像中阻抗采集电极的控制
，具体的说，涉及一种用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置及方法。
技术介绍
阻抗成像所分析的数据全部由电极激励模型完成得到，而电极激励模型包括电极分布方式和控制方法，电极分布方式通常为若干个电极均匀或非均匀分布在待检测部位，控制方法则是将这些电极分为激励电极和采集电极，并对激励电极a、b与采集电极c、d的选通控制方法。激励电极由电流驱动并形成信号场，采集电极将接收到的信号强度上传即得到阻抗成像所需的基础数据。电极的驱动模式不同，即电流注入的方式不同，成像目标内电流场的分布则不同，从而导致待检测部位表面电压分布、测量值、动态范围、测量精度以及待检测部位表面测量对中心区域的敏感性均不同。常见的电极分布方式是根据电极数量进行均匀分布，常用的电极激励方式是同层、跨层和相邻、相对之间的组合。通过组合实现不同的电极激励模型，比如图2所示的相对激励相邻采集方式，将相对位置的2个电极作为激励电极，采集电极则为2个相邻位置的电极，依次进行采集，直到每个电极的数据均采集并记录。然而在多电极系统中，总会存在一定数量电极电压幅值过低，导致阻抗检测系统不能识别其信号，在此情况下，现有的技术往往是将无法识别的信号设为0，避免引入错误数据，对阻抗成像(EIT)求解过程中逆问题的病态性起到一定抑制作用。但传到上位机的数据矩阵大小未改变，数据处理量仍然庞大，使后续算法耗时多、复杂性高，虽然求解精度维持，但是时间复杂度呈立方阶增大，并导致正问题求解过程慢。无法提高成像的效率，反而因为无效数据量冗余、有效数据不足而无法达到好的成像效果，不得不提高激励信号频率大小重新检测。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提出了一种用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置及方法，可在不改变激励信号幅值大小的情况下，筛除掉无效数据，准确得到有效的采集电极数据，且减少传输的数据量，令后端的数据矩阵缩小，提高成像计算的效率，还能通过调节激励信号频率适应性调节采集数据量，增加成像精确度。为达到上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置，包括电极传感模块、选通模块、激励源、数据采集器、控制器，所述电极传感模块的工作端组与所述选通模块的选通端组连接，所述选通模块的激励输入端组连接激励源的输出端组，所述选通模块的数据输出端组连接所述数据采集器的输入端组，所述选通模块的控制端组连接所述控制器的选通控制端组，还包括无效电极筛选模块，所述无效电极筛选模块的筛选输出端连接所述控制器的无效电极输入端。通过无效电极筛选模块将当前激励信号下，电极传感模块中采集到无效数据的电极标记为无效电极，这些无效电极的数据不会再传输到后端进行处理，则以此建立的阻抗数据矩阵能最大限度缩小，对后续计算能提高处理效率，且有效数据仍然保留，保证计算精度不变。进一步设计，所述电极传感模块包括m×n个电极，其中，m为电极层层数，n为每个电极层的电极个数，每个所述电极均经所述选通模块接入所述激励源的正极输出端与负极输出端、所述数据采集器的第一输入端与第二输入端。该设计为多层电极分布，由于m×n的数据联立更加复杂，同时，仅激励一对电极时，各层电极层的反应不同，离激励电极更远的电极层无效电极会更多，单独计算每层数据时有效数据数量不等，则筛选掉无效电极后，越少数据的层其计算成像越快，效果会更突出。更进一步设计，所述选通模块包括对应于m个电极层的m组选通单元，每组选通单元均设置有激励正极选通芯片、激励负极选通芯片、第一数据选通芯片、第二数据选通芯片，每个所述激励正极选通芯片、激励负极选通芯片、第一数据选通芯片、第二数据选通芯片均包括n个电极选通接脚；第i组选通单元中所述激励正极选通芯片的第j个电极选通接脚连接第i个电极层的第j个电极，第i组选通单元中所述激励负极选通芯片的第j个电极选通接脚连接第i个电极层的第j个电极，第i组选通单元中所述第一数据选通芯片连接第i个电极层的第j个电极，第i组选通单元中所述第二数据选通芯片的第j个电极选通接脚连接第i个电极层的第j个电极，其中，1≤i≤m，1≤j≤n。每一层电极独立连接选通单元，可由控制器控制实现统一激励、单独采集，任意选取一对位置相对的电极进行激励，其余所有电极进行采集即可。进一步设计，所述无效电极筛选模块的电极数据输入端连接所述数据采集器的输出端。无效电极筛选模块的数据筛选值既可由操作者手动输入，也可根据实际采集的数据反馈自动判断，上述设计则选用后一种方式，其能够在保留有效数据的情况下，最大程度找出无效电极，即保证精度的情况下提高的效率更优。进一步设计，所述控制器的激励控制端连接所述激励源的控制端。出于激励信号可调节的考虑，控制器可改变激励源的输出，在有效数据不足时，提高激励源输出，保证成像数据更丰满。一种用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制方法，包括以下步骤：S1，控制器设置任一电极层为激励层，并发送激励电极选通命令至选通模块，令该激励层的2个相对的电极作为激励电极的正、负极；S2，无效电极筛选模块根据当前激励信号频率及激励电极位置确定无效电极位置，并将所述无效电极位置发送至所述控制器；S3，所述控制器将所述无效电极位置所对应的电极设为非采集电极；S4，所述控制器发送采集电极选通命令至所述选通模块，令2个相邻的采集电极选通；S5，返回步骤S4，直至所有相邻的采集电极均选通一次，数据采集器得到所述激励电极在当前激励信号频率下的有效电极数据组。上述设计能够适应各种激励信号频率，频率低时，将电极采集工作有效去除无效数据，从而保持计算精度不变的情况下减少数据量，提高后续处理效率，频率高时，在有效数据足够的情况下，可适当调小频率，节约能耗。进一步设计，距离所述激励电极的正极最远、且距离所述激励电极的负极最近的采集电极为边缘电极，边缘电极会在每次改变激励信号频率后重新确定，则步骤S3与S4之间包括流程P：P1，所述控制器控制选通所述边缘电极；P2，所述控制器读取所述数据采集器采集的所述边缘电极的响应电压幅值，若该响应电压幅值低于系统检测精度，进入步骤P3，否则进入步骤S4；P3，所述控制器发送提高激励信号频率命令至激励源，令激励源响应改变激励信号频率，并返回步骤P1，直至所述边缘电极的响应电压幅值不低于所述系统检测精度，进入步骤S4。上述设计旨在识别去除一定无效数据后，后续计算能否达到成像的精度要求，若不能达到，则需提高激励信号频率，由于激励信号幅值未发生变化，前一频率下能正常采集到的有效数据也不会因为频率改变而发生变化，只会在此基础上增加前一频率的边缘电极以外，能够采集到有效数据的采集电极数量，令激励电极的场扩大，则对应的采集电极数量增加，有效数据增加，此时重新筛选当前激励信号的无效数据，从而获得更多响应电压幅值。进一步的，步骤S2中确定无效电极位置的方法如下：T1，所述无效电极筛选模块根据所述激励电极位置选取远离激励电极的正极、且距离激励电极的负极k个位置的电极为筛选测试电极，1≤k≤n/2；T2，所述控制器控制选通所述筛选测试电极；T3，所述无效电极筛选模块读取所述数据采集器采集的所述筛选测试电极的响应电压幅值；若该响应电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置，包括电极传感模块(1)、选通模块(2)、激励源(3)、数据采集器(4)、控制器(5)，所述电极传感模块(1)的工作端组与所述选通模块(2)的选通端组连接，所述选通模块(2)的激励输入端组连接激励源(3)的输出端组，所述选通模块(2)的数据输出端组连接所述数据采集器(4)的输入端组，所述选通模块(2)的控制端组连接所述控制器(5)的选通控制端组，特征在于，还包括无效电极筛选模块(6)，所述无效电极筛选模块(6)的筛选输出端连接所述控制器(5)的无效电极输入端。

【技术特征摘要】
1.一种用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置，包括电极传感模块(1)、选通模块(2)、激励源(3)、数据采集器(4)、控制器(5)，所述电极传感模块(1)的工作端组与所述选通模块(2)的选通端组连接，所述选通模块(2)的激励输入端组连接激励源(3)的输出端组，所述选通模块(2)的数据输出端组连接所述数据采集器(4)的输入端组，所述选通模块(2)的控制端组连接所述控制器(5)的选通控制端组，特征在于，还包括无效电极筛选模块(6)，所述无效电极筛选模块(6)的筛选输出端连接所述控制器(5)的无效电极输入端。2.根据权利要求1所述用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置，特征在于，所述电极传感模块(1)包括m×n个电极(11)，其中，m为电极层(12)层数，n为每个电极层(12)的电极(11)个数，每个所述电极(11)均经所述选通模块(2)接入所述激励源(3)的正极输出端与负极输出端、所述数据采集器(4)的第一输入端与第二输入端。3.根据权利要求2所述用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置，特征在于，所述选通模块(2)包括对应于m个电极层(12)的m组选通单元(21)，每组选通单元(21)均设置有激励正极选通芯片(21a)、激励负极选通芯片(21b)、第一数据选通芯片(21c)、第二数据选通芯片(21d)，每个所述激励正极选通芯片(21a)、激励负极选通芯片(21b)、第一数据选通芯片(21c)、第二数据选通芯片(21d)均包括n个电极选通接脚；第i组选通单元(21)中所述激励正极选通芯片(21a)的第j个电极选通接脚连接第i个电极层(12)的第j个电极(11)，第i组选通单元(21)中所述激励负极选通芯片(21b)的第j个电极选通接脚连接第i个电极层(12)的第j个电极(11)，第i组选通单元(21)中所述第一数据选通芯片(21c)连接第i个电极层(12)的第j个电极(11)，第i组选通单元(21)中所述第二数据选通芯片(21d)的第j个电极选通接脚连接第i个电极层(12)的第j个电极(11)，其中，1≤i≤m，1≤j≤n。4.根据权利要求1所述用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置，特征在于，所述无效电极筛选模块(6)的电极数据输入端连接所述数据采集器(4)的输出端。5.根据权利要求1所述用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制装置，特征在于，所述控制器(5)的激励控制端连接所述激励源(3)的控制端。6.一种用于阻抗成像的频变自适应阻抗采集控制方法，特征在于包括以下步骤：S1，控制器(5)设置任一电极层(12)为激励层，并发送激励电极选通命令至选通模块(2)，令该激励层的2个相对的电极(11)作为激励电极的正、负极；S2，无效电极筛选模块(6)根据当前激励信号频率及激励电极位置确定无...

【专利技术属性】
技术研发人员：李章勇，相尚志，邓杰文，刘伟，马乾峰，王伟，冉鹏，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50