塊莖成像監(jiān)測系統(tǒng)的激勵-測量策略研究.pdf

1、電阻層析成像技術(shù)(Electrical Resistance Tomography-ERT)作為電學(xué)成像的一個重要分支，以其無輻射，非侵入，性價比高等特點受到國內(nèi)外學(xué)者們的廣泛重視。目前，電阻成像技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)過程的兩相流檢測、電子農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，正在成為各國學(xué)者研究的熱點之一。
　　將ERT技術(shù)推廣到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，就是希望通過電學(xué)成像技術(shù)來監(jiān)測農(nóng)田土壤中植物塊莖的生長狀態(tài)，從而獲得塊莖生長的動態(tài)信息，這將為精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和作物新品

2、種培育提供有力的科學(xué)儀器和監(jiān)測手段。
　　用于兩相流流速檢測的電學(xué)成像系統(tǒng)更多關(guān)注的是管道內(nèi)部截面的流體的分相含率的測量，對成像速率要求很高;而對于植物塊莖成像監(jiān)測系統(tǒng)來說，對成像分辨率和成像質(zhì)量要求很高，即要求準(zhǔn)確的測量塊莖的具體位置、大小等參數(shù)。這就需要對系統(tǒng)的激勵/測量部分和成像算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計與研究。基于此，本文主要針對塊莖電阻成像監(jiān)測系統(tǒng)的激勵和測量策略進(jìn)行研究，通過對ERT系統(tǒng)的激勵測量特性規(guī)律的深入研究，優(yōu)化陣列電極

3、的形狀和尺寸大小，為硬件系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)提供理論指導(dǎo)。
　　本文以有限元分析軟件COMSOL Multiphysics為工具，構(gòu)建多層16電極陣列的三維模型，對不同形狀和尺寸的陣列電極模型進(jìn)行了仿真分析。其中著重探討相鄰和相對激勵模式;研究了相鄰模式下邊界電壓測量的共性規(guī)律;研究了不同形狀尺寸的電極對塊莖軸向/徑向位置變化的測量靈敏度的影響，進(jìn)而實現(xiàn)電極形狀尺寸的優(yōu)化設(shè)計。并運用機械設(shè)計軟件進(jìn)行了敏感電極和傳感器系統(tǒng)設(shè)計，完成了加