Page 119 - 无损检测2023年第十期

党红云, 等:

基于 ERT 的可视化压力测量方法

2.2.2 图像可视化 表1 电流激励和电压测量顺序
图像可视化即逆问题求解, 电阻层析成像逆问 序号 激励电极 测量电极 序号 激励电极 测量电极
题是图像重建的关键, 逆问题的求解方法包括非迭 1 1 , 2 3 , 4 … … …
代算法和迭代算法, 非迭代算法精度较低, 因此应用 2 1 , 2 4 , 5 92 8 , 9 1 , 2
较少, 在逆问题计算中, 经常采用迭代算法进行求 … … … … … …
解。根据电阻层析成像的正问题可以将其逆问题归 6 1 , 2 8 , 9 104 8 , 9 16 , 1
… … … … … …
纳为
13 1 , 2 15 , 16 196 16 , 1 2 , 3
- 1
σ= F ( V ) ( 10 )
14 2 , 3 4 , 5 … … …
即求解逆问题为求解正问题中雅可比矩阵的逆 … … … 207 16 , 1 13 , 14
矩阵 [ 17 ] , 即 26 2 , 3 16 , 1 208 16 , 1 14 , 15
g= S U ( 11 )
- 1
Landweber迭代算法为最常见的迭代算法 [ 18 ] , 将采集到的208组电压数据在 MATLAB 软件
中利用 Landweber迭代算法进行图像重建, 最终得
Landweber算法求解逆问题可以归纳为
到导电硅橡胶材料在受到不同压力时的电导率分布
1
f g = ‖S g- U‖ 2 ( 12 ) 情况, 即其所受压力的分布情况。
( )
2
逆问题反演得到的图像中每一个单元对应一个 3.2 试验结果
像素, 单元中像素用不同的颜色来表示, 可以通过观 利用可视化压力测量系统分别测量硅橡胶材
料在不同压力作用下、 不同区域受力时的图像重
察图像颜色反映的被测场域电导率分布, 进而得到
建情况。
被测物体受到的压力大小, 实现压力可视化测量。
图6 ( a ) ~ ( c ) 分别为导电硅橡胶材料中间区域
3 试验验证 受到2 , 5 , 10N 压力作用时的示意图、 反演图像、 网

格图像、 测量电压。由图6可以看出, 硅橡胶材料中
3.1 试验方法
间区域受到不同压力时, 压力测量系统能够准确还
笔者采用具有压阻效应的导电硅橡胶材料作为
原受力区域, 且能够反映受力大小。
压力测量的传感单元, 其直径为10m , 厚度为1m ,
硅橡胶材料边缘区域分别受到不同压力作用时

工作温度为-45~60 ℃ , 体积电导率为500Ω · m ,
重建后的相关图像如图7所示。图7 ( a ) ~ ( c ) 分别

表面电导率为31000Ω · m 。
为导电硅橡胶材料边缘区域受到2 , 5 , 10N 压力作
测量电极为紫铜圆形电极, 直径为5mm , 厚度

用时的示意图、 反演图像、 网格图像、 测量电压。由
0.3mm 。导电硅橡胶与测量电极之间采用导电胶

图7可以看出在硅橡胶材料边缘区域受到不同压力
固定, 其体积电导率为0.04Ω · m , 测量单元实物如

时, 压力测量系统能够准确还原受力区域, 且能够反
图5所示。
映受力大小。
硅橡胶材料在两侧同时受到相同压力时, 改变两
侧压力大小时, 重建后的相关图像如图8所示。图8

( a ) ~ ( c ) 分别为导电硅橡胶材料两侧同时受到2 , 5 , 10
N压力作用时的示意图、 反演图像、 网格图像、 测量电
压。由图8可以看出, 在硅橡胶材料两侧同时受到相
同压力时, 并且改变压力大小后, 压力测量系统能够准
确还原受力区域, 且能够反映受力大小。
图5 测量单元实物
在导电硅橡胶边界沿圆周方向均匀布置16个 4 结语
测量电极, 采取相邻激励、 相邻测量的方式, 在一次
提出一种基于电阻层析成像技术的整体式、 可
测量过程中, 分别给相邻电极添加激励电流, 测量其
视化压力测量传感器。结合导电硅橡胶材料的压阻
余相邻电极的边界电压, 16个电极共可获得208组 效应, 通过求解正、 逆问题, 达到了实时显示压力大
测量数据。电流激励和电压测量顺序如表1所示。
小、 受力区域的目的。
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2023年 第45卷 第10期
无损检测