基于电容层析成像的包装大米水分检测传感器研究

摘要

包装大米水分快速无损检测是确保其在储运环节质量安全的有效手段。首先，为了探究包装大米水分的非破坏性检测方法，开展基于电容层析成像(ECT)技术的研究，通过数值模拟分析，构建一套适用于包装粮实际尺寸的三维立体式ECT传感器仿真模型(40 cm×12 cm×60 cm),并完成其正问题求解。其次，进一步对阵列电极传感器的性能参数进行优化研究，综合分析传感器极板的宽度、高度、极板上下间距、屏蔽层厚度等结构参数对测量空间的灵敏度分布均匀性、电容的动态测量范围及重构图像相对误差三项评价指标的影响规律。通过设计正交试验，对比分析各个结构参数对三项指标的评价结果，最终确定了一组性能最优的ECT传感器结构参数，即极板高为7 cm、极板宽为5 cm、极板上下间距为6.5 cm、屏蔽层厚度为6.5 cm。最后，采用Landweber算法进行图像重构并完成效果验证，结果表明重构图像能够基本映射出高介电常数区域(高含水率大米)分布位置，但交界处图像质量还有待提升。研究结果有望为包装成品粮水分ECT检测系统的研发提供理论依据。

关键词

大米水分检测 / 电容层析成像 / 传感器仿真 / 图像重构