CN113227773A - 用于使用导引电磁场确定不均匀样本的区域阻抗特性的方法 - Google Patents

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CN113227773A CN201980084979.6A CN201980084979A CN113227773A CN 113227773 A CN113227773 A CN 113227773A CN 201980084979 A CN201980084979 A CN 201980084979A CN 113227773 A CN113227773 A CN 113227773A
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Abstract

本文中提供用于通过导引场传播穿过不均匀样本来确定所述不均匀样本内的特定区域的特性的方法。各个实施例包含用于产生电磁波形的至少一个电磁能量源，所述电磁波形包括沿着界定一系列空间区域的规定的路径传播的电场及磁场，所述场传播穿过所述一系列空间区域。在一些实施例中，所述规定的路径包含确定沿着所述规定的路径的场传播速率的场调制元件。一些实施例包含用于导引所述场传播在所述规定的路径中穿过不均匀样本的多个导体，当所述场沿着所述规定的路径传播时，所述场跨越所述多个导体中的两者或两者以上之间。在一些实施例中，所述多个导体在所述不均匀样本外部。

Description

用于使用导引电磁场确定不均匀样本的区域阻抗特性的方法
相关申请案
本专利申请案主张2019年12月17日申请的标题为“用于使用导引电磁场确定不均匀样本的区域阻抗特性的方法(Methods for Determining Regional ImpedanceCharacteristics of Inhomogenous Specimens Using Guided ElectromagneticFields)”的第16/718,102号美国专利申请案，所述美国专利申请案是2019年4月8日申请的标题为“用于使用导引电磁场确定不均匀样本的特性的层析成像系统及方法(TomographicSystems and Methods for Determining Characteristics of Inhomogenous SpecimensUsing Guided Electromagnetic Fields)”的第16/378,425号美国专利申请案，所述美国专利申请案主张2018年12月19日申请的标题为“将电介质特性的测量局部化到不均匀电介质内的区域的方法(Method to Localize Measurement of Dielectric Characteristicsto a Region within Inhomogeneous Dielectrics)”的第62/781,846号美国临时专利申请案的权益。前述公开特此依其全文(包含其中引用的所有参考文献)以引用的方式并入本文中。
技术领域
本技术涉及用于确定对象的特性及/或内容的询问方法。特定来说，但并非通过限制，本技术提供用于确定电介质样本的特性及/或内容的询问方法。
背景技术
可追求此段中描述的方法，但所述方法并不一定是先前已经设想或追求的方法。因此，除非另外指示，否则不应假定此段中描述的方法中的任何方法仅凭借其包含于此段中就作为现有技术。
电气阻抗、电气电容、及微波层析成像有潜力变成医药、安全、及制造领域以及将受益于可从材料的电介质性质收集的丰富的诊断信息的其它领域中的有力工具。不同于X射线或主要指示材料的密度的超声测量，电介质性质对个别材料来说可为唯一的且可用于例如识别特定组织或肿瘤、或区分炸药与食品。迄今为止，这些电介质成像技术在精品诊断或准许进行电介质测量的特定情况中有限地使用。
材料的电介质性质不容易解析到特定空间区域，这是因为电介质结构可以依非线性方式折弯、扭曲、反射及衍射电磁场的传播，这遮掩其空间位置及基础电介质特性两者。
电场及磁场穿过所研究对象(即样本)的路径将根据所述场的频率或更一般来说根据所述场的变化率而改变。在静态条件中或在波长比所调查电介质结构长一个数量级或更长的情况下，所研究对象的阻抗特性将确定电流的路径，即场将被吸引到最低阻抗的材料中。然而，随着频率增加，传播将呈现更多类射线行为，且传播将由最高传播速率的材料主导。
传统上，这两种状态被不同地处理。如电气阻抗层析成像(EIT)或电气电容层析成像(ECT)(因为场的折曲及弯曲与穿过物体的硬场或直线X射线形成对比，所以通常被称为软场层析成像)的低频或静态技术将电极阵列应用到所研究物体的表面且通过电极对循序地施加电流来绘制出等势线。接着，计算机算法迭代通过区域的可能阻抗以匹配在数据中测量的等势曲线。
低频或静态EIT/ECT场可极大地遮掩内部细节，尤其是在与电介质结构相距明显的距离处，这是因为场往往会随着距离而变得平滑。静态技术也难以应对多层结构，这是为何将EIT/ECT电极直接应用于所研究物体的一个关键原因，因为气隙将增加高阻抗层，且阻抗边界会遮掩内部的场结构。
在高得多的频率下，例如微波层析成像(MWT)的技术使用类似于所研究电介质结构的尺寸的波长。在这些频率下，波自由传播且呈现出更类射线的特性。尽管微波路径可更加线性地通过某些结构，但其通常不深入穿透所关注对象(即样本)(例如人体)且可在电介质结构周围剧烈衍射、反射及散射，从而产生比EIT/ECT更动态的逆散射问题，这可能对计算要求更高。
尽管低频/静态及微波状态下的散射行为不同，但两者产生病态散射数据，所述数据无法明确反转以解析散射电介质结构的空间及电气特性。在两种状态中产生的数据求解起来既麻烦又费时，且可能有多种数学上可能的解决方案或根本没有解决方案。
因此，两个关键问题限制了电介质阻抗层析成像在三维、不均匀或复杂的高介电常数结构(例如人体)中的广泛应用。首先是这些结构与周围空气的电介质特性之间的显著不匹配。其次是通过复杂结构解决多路径或散射电磁波的逆问题，即一个数学上病态的问题。
不同电介质材料之间的阻抗不匹配严重限制非接触式测量，这是因为大多数测量电磁波将从所关注样本反射或折射，且在空气中提供合理空间分辨率的波长(通常为GHz及以上)在许多材料中是极其耗散的。目前藉由通过直接接触样本测量阻抗或在电介质匹配介质中执行测量来解决此限制。在关注吞吐量及中断的许多情况下，例如医疗创伤、安全或制造应用，此类约束并不实用。
即使在获得空间多样化数据时，当探测电磁波自由传播、共振及相互干扰时，解决不均匀样本的内部结构也被证实是棘手的。尽管很多文献已致力于研究此数学问题，但即使是粗略的解决方案，也可能需要大量的计算资源。
已经提出几种技术来解决电介质阻抗层析成像中的固有问题。举例来说，若干所发布美国专利详述需要探针或探针阵列来与患者或样本完全接触的方法。举例来说，参见第9,042,957、8,391,968及5,807,251号美国专利。
不需要样本接触的电气阻抗层析成像方法需要中间介质或使用非常短的波长及高功率。不需要样本接触但需要中间介质的电气阻抗层析成像方法描述于例如包含以下的若干所发布美国专利中：8,010,187、4,135,131、7,164,105及7,205,782。举例来说，不需要样本接触但使用非常短的波长及高功率的电气阻抗层析成像方法描述于例如包含以下的若干所发布美国专利中：8,933,837、7,660,452及7,664,303。
电容测量技术或电容层析成像可通过完成应用于样本的电容器电极之间的电路来提供优于使用自由传播场的阻抗方法的优势。举例来说，通过将其传播约束到用于电容层析成像技术的电容器电路来固有地使用较低频率的方法描述于例如包含以下的若干所发布美国专利中：9,110,115及8,762,084。尽管这些技术可减小多路径复杂性及高频率的衰减，但其需要直接样本接触，且在大型或复杂结构中较差地执行，这是因为电场被吸引到最高介电常数的区域，在低介电常数区域或不均匀性周围形成环路，且潜在地遮掩所关注特征。
在要研究的电介质轮廓仅沿着单个维度延伸的情况下，已成功使用传输线方法。举例来说，在第9,074,922及4,240,445号美国专利中。还参见非专利文献：约翰·泰勒(John Taylor)等人的应用到林区的宏观电气性质的测量的明线传输线(Open-wireTransmission Lines Applied to the Measurement of the Macroscopic ElectricalProperties of a Forest region)，斯坦福研究所(Stanford Research Institute)，1971年10月；用于测量无线电及微波频率下生物物质的电介质性质的同轴线反射方法-综述(Coaxial Line Reflection Methods for Measuring Dielectric Properties ofBiological Substances at Radio and Microwave Frequencies-A Review)，IEEE仪器与测量汇刊(IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement)(第29卷，第3期：1980年9月)；及威廉J.哈尼(William J.Harney)、克里斯托弗P.内马里奇(ChristopherP.Nemarich)的使用时域反射测量术的电磁电平指示(EMLI)系统(Electromagnetic LevelIndicating(EMLI)System Using Time Domain Reflectometry)，1983年海洋会议论文集(Oceans'83,Proceedings)，1983年8月29日到9月1日。
最后，在磁感应层析成像(MIT)中，目标区域内的电导率变化可通过用线圈磁性地产生涡电流来检测。举例来说，第9,320,451号美国专利及第2,129,406号俄罗斯专利。然而，如同EIT及ECT方法，MIT也遭受不可预测的场弯曲及扭曲。
因此，需要用于对样本内的不均匀阻抗进行层析成像的新系统及方法，这产生空间可解数据且不需要过高的频率、中间介质或与所测试样本的密切接触。
具有线性或硬场特性的电磁场将解决这些问题，因为其将从已知及经界定区域产生层析成像数据。众所周知，在以横向电(TE)或横向电磁(TEM)模式中传播的波中，电场与传播方向正交。因此，如果电磁场在已知方向上传播，且确定其传播处于TE或TEM模式，那么可假设电场的线性度及方向，从而创建类硬场条件。
还已知，在传播穿过介质的TE或TEM模式中，传播速度(Vprop)及阻抗(Z)通过介质的相对电容率或作为其电容率的分量的介电常数(εr)(ε＝εrε0)相关，使得：
Figure BDA0003123759010000041
其中μ是材料的磁导率且ε0是自由空间的电容率。上述关系在由相对于探测波长足够小(或其横穿时间仅占探测频率周期的小分率)的结构组成的不均匀电介质中的TE传输中成立，使得电介质表现为具有来自构成电介质的线性比重的混合或复合电介质，如由其它公式化为：
Figure BDA0003123759010000042
其中εeff是由具有介电常数ε1的第一材料及介电常数ε2的第二材料组成的混合物的有效介电常数，包括所述混合物的f2体积分率。
然而，在具有较大结构的不均匀电介质中，速度及阻抗可能由结构的特定构成物理元素的ε主导。举例来说，如果通过构成电介质结构的横穿时间相差超过探测频率周期的小分率，那么必须考虑构成电介质结构的几何形状及定向，且上述混合方程式不再准确。在横穿时间或更长时间内具有大频率分率的复杂结构的分析方程式很复杂、不容易求解，且通常没有唯一解。
对于以TEM或横磁(TM)模式传播的波，上述关系(1及2)也可在磁域中公式化，例如
Figure BDA0003123759010000043
此公式化还可进一步并入损耗材料，如用电导率或复电容率及磁导率公式化。为简单起见，讨论将继续假设一个简单的、无损耗电介质。
此现象的一个实际例子是泡沫聚乙烯(PE)同轴缆线：均匀泡沫PE电介质产生75欧姆的传输线(例如RG-59缆线)和83％光速的传播速度(Vprop)。而含有相同体积的空气及PE但集中在纯PE及纯空气的区域的相同结构将具有针对纯PE是60欧姆及66％的Vprop且针对空气是90欧姆及99％的Vprop的区域特征。如果这些分叉区域沿着传播方向对准，那么不同的传播速度将破坏TEM行为，且波将在较慢与较快电介质组件之间遇到显著弥散。从测量角度来看，线的阻抗(或复合εeff)及传播速度将是探测频率及PE及空气构成几何形状的复杂函数。
如果在上面的实例中线可恢复到TE模式，那么尽管其会分叉，有效介电常数εeff仍可再次成为构成分量的分率的线性函数，例如方程式2。此可通过感应地加载同轴缆线的中心导体以减慢其速度以匹配较慢的固体PE成分来实现。
发明内容
本技术的各个实施例包含一种用于通过导引电场或磁场传播穿过不均匀样本来确定所述不均匀样本内的特定区域的特性的方法，所述方法包括：(a)产生电磁波形，所述电磁波形沿着规定的路径传播，所述规定的路径界定一系列空间区域，所述电磁波形的场沿着传播场传播穿过所述空间区域；(b)导引所述传播场在所述规定的路径中穿过不均匀样本；及(c)确定沿着所述规定的路径传播的所述电磁波形的所述场的测量，所述电磁波形的所述场的所述测量用于确定所述不均匀样本的区域特性及所述不均匀样本内的特定区域的特性。
在一些实施例中，所述导引所述传播场在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本使用多个导体，所述多个导体包括平行于第二导体的第一导体。
在各个实施例中，所述导引所述传播场在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本使用多个导体，所述多个导体包括平行导体对阵列。在一些实施例中，每一对所述平行导体对阵列在所述不均匀样本的相对侧上对置。
在各个实施例中，每一对所述平行导体对阵列在所述不均匀样本的同一侧上邻近彼此。
在各个实施例中，所述导引所述传播场在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本使用多个导体。在一些实施例中，所述方法进一步包括：沿着所述规定的路径跨所述多个导体排序所述电磁波形；及使用所述经排序电磁波形创建动态规定的传播路径及动态电场传播速率。
在一些实施例中，所述导引所述传播场在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本使用多个导体，所述多个导体包括离散导体阵列。
在一些实施例中，所述方法进一步包括：沿着所述规定的路径跨所述离散导体阵列对排序所述电磁波形；及使用所述经排序电磁波形创建动态规定的传播路径及动态场传播速率。
在各个实施例中，所述方法进一步包括：使用场调制元件调制在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本的所述传播场，所述场调制元件包括物理延迟结构，所述物理延迟结构沿着减慢所述规定的路径的所述传播场的速率且减小沿着所述规定的路径的电磁波速度。
在一些实施例中，所述方法进一步包括：使用场调制元件调制在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本的所述传播场，所述场调制元件包括电子组件，所述电子组件控制沿着所述规定的路径的所述传播场的速率且控制沿着所述规定的路径的电磁波速度。
在各个实施例中，所述方法进一步包括：使用场调制元件调制在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本的所述传播场，所述场调制元件包括有源电子组件，所述有源电子组件产生屏蔽寄生效应的场。
在各个实施例中，所述确定沿着所述规定的路径传播的所述电磁波形的所述场的所述测量测量沿着所述规定的路径传播的所述电磁波形的所述场的电压、电流、相位、及强度中的一或多者。
在各个实施例中，所述方法进一步包括：确定所述不均匀样本内的所述特定区域的有效电介质常数或相对磁导率，即有效常数；确定所述不均匀样本内的所述特定区域的所述有效常数与沿着所述规定的路径的所述传播场的速率是否一致；当所述不均匀样本内的所述特定区域的所述有效常数与沿着所述规定的路径的所述电场传播的所述速率不一致时，调制沿着所述规定的路径的所述传播场；使用穿过所述不均匀样本内的所述特定区域的所述传播场测量波形；及使用所述波形确定所述不均匀样本内的所述特定区域的特征。
在各个实施例中，所述方法进一步包括：使用所述不均匀样本内的所述特定区域的所述特征产生所述不均匀样本的层析成像图。
在一些实施例中，所述方法进一步包括：测量所述规定的路径中多个导体与所述不均匀样本之间的气隙。
在一些实施例中，所述方法进一步包括：使用所述测量所述气隙调整所述确定所述不均匀样本内的所述特定区域的所述有效常数以增加所述确定所述有效常数的准确度。
附图说明
其中相似的参考元件符号指代贯穿单独视图的相同或在功能上类似的元件的附图与下文详细描述一起并入于说明书中且形成说明书的部分，且用于进一步说明包含所主张的公开的概念的实施例及解释那些实施例的各种原理及优点。
本文中公开的方法及系统在适当情况下已通过图中的常规符号来表示，从而仅展示与理解本公开的实施例有关的那些特定细节以免因受益于本文中的描述的所属领域的一般技术人员将容易地明白的细节而使本公开模糊不清。
图1A到C说明根据本技术的实施例的本技术测量其内的有效电介质常数εeff的区域的概念。
图2说明根据本技术的各个实施例的沿着每一线的传播路径界定区域的线性行的传输线结构阵列。
图3展示说明根据本技术的各个实施例的区域的网格模式的接地平面上的金属方块网格，每一方块界定穿过电介质样本的区域。
图4概念地说明根据本技术的各个实施例的如以各种传播速度测量的通过不均匀电介质区域测量的阻抗。
图5A到B说明根据本技术的各个实施例的穿过不均匀电介质的电磁波的场行为。
图6说明根据本技术的各个实施例的经定位以测量区域界定结构与所研究样本之间的空隙(air space)的四个辅助传感器。
图7A到D说明根据本技术的实施例的针对各个屏蔽传输线及非屏蔽传输线测量的电场及区域的图解视图。
图8说明根据本技术的实施例的包含具有通过有源跟随器驱动的屏蔽板的传输线的系统的图解视图。
图9说明根据本技术的实施例的包含应用到样本的表面且被屏蔽板屏蔽且通过有源元件驱动的平行传输线结构的系统的图解视图。
图10说明根据本技术的各个实施例的用于从经测量阻抗及传播速度迭代地确定特定区域的εeff的程序。
图11说明根据本技术的各个实施例的当脉冲在区域间移动时如通过电流感测元件测量的通过传输线结构的电流。
图12说明根据本技术的各个实施例的各自感应地加载或设计以依不同速度传播且借此依不同速度测量区域的阻抗的传输线结构阵列。
图13说明根据本技术的各个实施例的沿着单个无源传输线的长度的硬件的概念布局。
图14展示根据本技术的各个实施例的图13的控制及分析计算机将发出的概念排序。
图15说明根据本技术的各个实施例的沿着类似于无源线但每一区域并入可编程元件的单个可编程传输线的长度的硬件的概念布局。
图16说明根据本技术的各个实施例的用于场传播的全主动排序的二维区段的硬件的概念布局。
图17说明根据本技术的各个实施例的当区域场源从左到右进行排序时跨有源实施例的二维区段的场的概念传播。
图18说明根据本技术的各个实施例的当区域场源依向外或径向模式进行排序时在有源实施例的二维区段中的场的概念传播。
图19说明根据本技术的各个实施例的通过在有源实施例中调整场产生元件，使得区域在其传播到页面中时从左下角到右上角成角度而使区域倾斜的概念。
图20说明根据本技术的实施例的当脉冲沿着基于传输线的系统在区域间移动时收集的来自固体蜡样本的电压数据的曲线图。
图21说明根据本技术的实施例的当脉冲沿着基于传输线的系统在区域间移动时收集的来自含有水腔的固体蜡样本的电压数据的曲线图。
图22说明呈用于致使机器执行本文中论述的方法论中的任一或多者的一组指令在其内执行的计算系统的形式的实例机器的图解表示。
具体实施方式
虽然本技术可具有呈许多不同形式的实施例，但在图中展示且将在本文中详细描述若干特定实施例，应理解，应将本公开视作本技术的原理的范例且不希望将本技术限于所说明的实施例。
本发明在所研究不均匀区域内创建TE、TEM、或类TM场传播，使得区域的有效电容率(ε)及/或磁导率(μ)可被准确地确定。通过测量由传播穿过区域的场遇到的阻抗同时还测量或确定场依其传播穿过所述区域的速度来实现此。因此，区域的有效电容率或磁导率是从两个测量导出：阻抗、及依其测量所述阻抗的传播速度。
在各个实施例中，本技术使用类传输线设备，其在空间及时间上导引电磁场传播穿过不均匀样本，同时提供揭示电介质的内部结构的外部测量点。
在各个实施例中，本技术涉及用以通过使用外部结构来导引电磁场的空间传播、调节其穿过样本的时间速度、及为外部测量提供内部电介质特征将在其上显现的结构来为电介质阻抗层析成像问题带来易处理性的系统及方法。当电磁场传播由导引外部结构(例如传输线)导引时，使使用自由传播的场的层析成像方法复杂化的相同阻抗不匹配揭示且特性化样本的不同电介质特征，这是因为由这些内部电介质特征引起的扰动是沿着导引结构在外部测量的。
在各个实施例中，本技术包含电场沿着其传播的一对导体或导体对阵列，其中所述导体如此经布置使得其间的传播场穿过所测试样本。传输线通过射频(RF)或脉冲探测信号源(如展示)驱动，且可依或可不依已知阻抗终止。在各个实施例中，场导引系统包含延迟构件，所述延迟构件延迟探测信号的传播，使得探测信号的传播速度匹配所测试样本内的电磁传播速度。
本技术在所研究不均匀电介质区域内创建类TM传播，使得区域的有效介电常数(εeff)可被准确地确定。通过测量界定一个区域的两个导电元件之间的阻抗同时还测量及/或调制场依其传播穿过所述区域的速度来实现此。因此，区域的εeff是从两个测量导出：阻抗、及依其测量所述阻抗的传播速度。
研究的空间区域通常被定义为两个传导板之间的柱状区域，如图1A到C中展示。将测量所述两个板之间的阻抗，且如在基于传输线的实施例中，无源地确定电磁传播穿过区域的速度，或在有源实施例中，将电磁传播穿过区域的速度调制到规定的值。区域可沿着平行传输线的长度对准，如图2中展示，以在空间上界定用于从一个区域到下一区域的传播路径，或其可使用动态确定的传播通路物理地分离元件，如图3中展示。从区域间的传播可为无源过程，如在传输线的情况中，或可为有源过程，其中相控驱动电路将场从一个区域传播到下一区域。在有源或无源实施例中，区域可被定义在单个接地平面上，如图1C及3中展示，具有图2中所展示的对置元件、或沿着图9中所展示的样本的单个侧。
在无源或有源实施例中，本技术通过从如由用于特定区域的电子探测电压、电流、及/或相位信息测量的阻抗计算值来确定所述区域内的εeff。在阻抗是由通过一个区域的位移电流测量的情况下，区域的εreff可经计算为：
Figure BDA0003123759010000091
其中I(ω)是依激发E(ω)的频率(ω)跨面积为A且长度为d的区域测量的电流。跨一个区域的电压或区域之间的电流的替代测量将产生类似的公式，前提是基于所进行的电压及电流测量导出区域的介电常数。
同样地，Vprop可作为区域在传播方向上的长度及场的传输时间的函数取得：
Figure BDA0003123759010000092
其中Δt是如由系统测量或如由系统有源地调制的区域间的传播时间，且Δd是区域在传播方向上的长度。
在区域内测量的阻抗将取决于探测场横穿其的速度而变化，如图4中说明。在εeff的特性速度下，阻抗将处于最小值。然而，如果传播速度快于εeff，那么阻抗将增加，这是因为场将没有时间与更慢的低阻抗电介质组件完全相互作用。同样地，如果区域间的传播速度太慢，那么阻抗也将增加，这是因为来自先前区域的场将从其预期区域冲出且底切(undercut)到前方区域中。一般来说，当其速度被适当匹配到区域的电磁传播的内在速度时，区域的阻抗将处于最小值。
为了获得区域的εeff的准确值，其必须依多个传播速度进行测量。此可藉由通过添加感应、电子或其它减慢结构来减慢Vprop，使得Vprop匹配区域的最慢电介质组件的Vprop(如图5A到B中展示)以建立TE模式来完成此。另外，慢的波结构或超材料结构(例如电子带隙结构)可用于延迟场传播。
在一个意义上，这些减慢机构更改快速电介质组件以形成其速度匹配慢电介质组件的速度的虚拟电介质，借此启用传播穿过区域的类TE模式。图5A到B说明根据本技术的实施例的电场依不同速度传播的图解视图500。图5A展示电场穿过传输线的传播比在具有介电常数εsp的所检查电介质501(即样本)中的传播速度运行更快，因此遮掩具有介电常数ε<εsp的样本502的内部特征。相比之下，图5B展示当传输线被减慢以适应样本的有效介电常数、样本的内部特征、及周围的气隙时电场的传播，因此，允许电场与电介质的代表性相互作用。在图5B中更详细地展示，穿过样本的波前通过分布式感应元件505减慢以适应样本的εeff、内部特征及周围的气隙510，借此创建类TE传播模式且获得与电介质的更充足且更具代表性的场相互作用。
穿过传输线的速度或传播是每单位长度电容(Ctl0)及电感(Ltl0)的函数，使得：
Figure BDA0003123759010000101
传输线的Ctl0是线几何形状及其内部电介质的ε的函数。传播方程式(4)的传输线速度的上述公式反映方程式(1)中的电介质的电磁传播的内在速度，除了传输线传播的每单位长度特性是通过物理结构确定且可因此被操纵之外。因此，通过添加每单元长度感应负载或电阻LL0，使得：
Figure BDA0003123759010000102
其中Vprops是所关注样本区域中的电磁传播速度，可如图5B中展示般获得类TE模式。
图7A到D说明根据本技术的实施例的针对各个屏蔽传输线及非屏蔽传输线测量的电场及区域的图解视图700。根据本技术的实施例，图7A展示非屏蔽传输线，图7B展示具有外部高εr特征705的非屏蔽传输线，图7C展示屏蔽中心传输线，且图7D展示具有内部高εr特征710的屏蔽中心传输线。更详细地，图7A到D的图解视图700展示电磁波在平行于给定线的任一侧的线上传播，这提供屏蔽或限制中心线的场的x轴散布的场，借此在中心线的x轴上创建了更窄或更集中的区域。图7A展示非屏蔽线中的电场(及等效地，在非屏蔽线中测量的区域)。图7B展示具有外部高εr特征705的非屏蔽线。图7C展示被平行对应物屏蔽的中心线中的场。图7D展示被平行对应物屏蔽的中心线的未扰动场，其中一者在平行对应物之间含有内部高εr特征710。
在本技术的各个实施例中，线的灵敏度还可被定向例如在单个线上、或限制场在样本区域上方或下方的z轴散布，即通过使用有源屏蔽元件，如图8中展示。图8说明根据本技术的实施例的包含具有通过有源跟随器驱动的屏蔽板的传输线的系统800的图解视图。图8展示包括导引结构805及由有源跟随器驱动的屏蔽板的系统800。举例来说，屏蔽板815由有源电压跟随器810驱动。在此情况中，有源组件(例如有源电压跟随器810)随着其随着波的传播而变化测量沿着线的电压，且驱动板(例如屏蔽板815)或其它辐射元件以对抗在不合意方向上从线辐射的场。举例来说，在一些实施例中，确定沿着规定的路径的电场传播速率的电场调制元件可包括电子组件，所述电子组件控制沿着规定的路径的电场传播速率且控制沿着规定的路径的电磁波速度。举例来说，在各个实施例中，确定沿着规定的路径的电场传播速率的电场调制元件包括有源电子组件，所述有源电子组件还产生屏蔽寄生效应的电场。
图9说明根据本技术的实施例的包含应用到样本的单个表面的平行传输线结构的系统900的图解视图。如在其中平行传输线在样本的对置侧上的配置中，特性化区域存在于平行导体之间，但还延伸到样本的顶层及平行线上方的空气两者中。举例来说，每一对平行导体对阵列在不均匀电介质样本的同一侧上可邻近彼此。图9进一步展示应用到平行带状线901及902以屏蔽特性化区域的范围使其不延伸到平行线上方的空气中的有源屏蔽板903及904及驱动元件905及906。在仅样本的一个侧可触及或仅不均匀电介质的薄层或顶层需要被特性化的情况下，使用此实施例。
因为本技术可不涉及在各个实施例中与所研究样本接触，所以可通过并入辅助传感器来确定区域内样本上方或下方的气隙的量来进一步改进准确度，如图6中展示。在区域内但在样本外部的气隙空间(例如气隙510)与其在样本内部的情况看起来基本相同。有利地，由于周围气隙可通过其它构件(例如物理、光学、声学等)容易地测量，所以可使用如方程式2的混合方程式的混合方程式自区域的εeff容易地计算出其影响。
用以确定区域的εeff的测量程序在根据本技术的实施例的图10中描述。传播速度及传播模式可无源地、可编程地、或有源地被改变以实现图10中描述的程序。所述程序首先通过如方程式3的测量及计算的测量及计算确定候选εeff。接着，关于其与Vprop是否一致而评估候选εeff；
即，是候选
Figure BDA0003123759010000121
还是
Figure BDA0003123759010000122
如果
Figure BDA0003123759010000123
那么候选εeff太慢且减小Vprop来获得更准确的候选εeff。时间及空间模式可经改变以最佳地到达最佳候选εeff。替代地，程序可执行速度与传播模式的所有可能组合，及接着，评估最佳候选εeff的数据的总和。
在无源实施例中，若干传输线平行排列，如图2中展示，以便根据各个实施例横向界定跨平行传输线的跨度的数行区域，如图7C及7D中展示。区域在传播方向上通过沿着每一线的长度的测量点界定。所述线由射频(RF)或脉冲源探测信号驱动，且可依或可不依已知阻抗终止。当RF或脉冲信号沿线传播时，将经由在线的表面上的电压或电流测量揭示阻抗变化，如图11中展示。尽管这些阻抗变化将揭示电介质结构的空间位置，但其可未完全揭示特定区域的εeff，这是因为所述结构可能已经诱发线内的非TEM模式，例如图5A中展示的非TEM模式。获得沿着线的表面的点处揭示阻抗变化的测量对解析仅仅由时间域反射测量方法引起的空间不确定性来说可能是重要的，其中通过末端端口进行的测量无法分辨慢速度电介质的短区段与高速度电介质的长区段。
额外速度下的无源线数据可通过使用图5B中所展示的慢波结构及方程式5感应地加载或更改线阵列来获得。赋予各种传播速度的图5B的进一步实施例是图12中展示的平行传输线阵列。每一线经构造以具有略不同的传播速度。所述阵列机械地越过样本，且当由不同速度的每一线扫描时，收集每一区域的阻抗数据。当其越过样本的相同物理区域时比较来自各个速度的线的阻抗数据可依据上述方程式6识别匹配传播速度的最小阻抗值。
根据各个实施例，经由区域内的电压及/或电流探针测量来自无源实施例的每一区域的阻抗。接着，通过了解驱动信号或来自先前邻近区域的信号经由欧姆定律(Ohm’slaw)计算阻抗。接着，基于区域及任何添加的感应或减慢结构的物理边界从线的阻抗计算候选εeff。图13展示在区域之间使用电流传感器的优选实施例的硬件。图14展示在区域之间使用如由控制计算机编排的电流传感器的操作过程。由如图13中所说明的单速线产生的速度及阻抗数据可由计算机存储以与来自不同速度线(例如来自图12的速度线)的速度及阻抗数据进行比较以确定εeff的最佳拟合。
无源实施例的扩展是可编程实施例，其中沿着线的区域之间的感应或延迟元件可经更改或编程以将线调谐到不同速度，如图15中说明。延迟元件(例如电感器或可编程延迟线)可接通或其特性如由控制计算机指示般更改。举例来说，确定沿着规定的路径的电场传播速率的电场调制元件可包括物理延迟结构，所述物理延迟结构减慢沿着规定的路径的电场传播速率且减小沿着规定的路径的电磁波速度。
在有源实施例中，区域间的场传播由电子设备控制，且并非如无源实施例中的自由传播。每一区域含有可由控制及分析计算机控制的其自身探测信号源、以及用于阻抗测量及/或波形捕获的机构。在有源实施例中，区域间的传播速率及方向由控制及分析计算机确定，且可被动态地或迭代地更改以确定区域的εeff。
有源区域可由呈网络、六边形、弧或如适于应用的其它重复图案的板来界定。区域间的传播可同样地被更改以适合应用。当从较低ε传播到较高ε时，电介质结构之间的边界的检测可更清晰，且传播路径垂直于边界。因此，复杂的有源实施例动态地更改传播路径及模式以辨别更精细细节。举例来说，区域可在一个方向上传播且接着返回对角地跨扫描平面径向或同心地传播，或以棋盘图案交替或相控，如图18中展示。在有源实施例中，传播可源于且终止于各个点处。有源传播还消除对用以收集完整层析成像数据的机械操作的需要，例如扫掠图12的不同的速度线实施例或重定向样本。
所有实施例产生可能在柱的轴中仍含有多个电介质组件的柱状区域的εeff。为了解析此不确定性及产生完整的层析成像渲染，必须从正交轴收集数据。在无源实施例中，此可通过重定向样本或无源线来完成。在双侧有源实施例中，如图19中所展示，交替区域轴可藉由通过单元的顶板及底板的略微相控使区域倾斜及/或创建屏蔽场(但相邻区域板)来获得，只要倾斜区域在传播方向上仍近似TE。
所属领域的技术人员应了解，可对上文公开的实施例作出众多修改及变化，而不会背离本发明的精神及范围。
图1A到C说明本技术测量其内的有效电介质常数(εeff)的区域的概念。穿过区域的阻抗由垂直地经过的电流指示，而场如图1中描绘般传播到右侧，图1B及图1C分别说明呈二维及三维的传输线结构内的此概念区域。举例来说，用于导引电场在规定的路径中传播穿过不均匀电介质样本的多个导体可包括平行于第二导体的第一导体。
图2说明沿着每一线的传播路径界定区域的线性行的传输线结构阵列。举例来说，用于导引电场在规定的路径中传播穿过不均匀电介质样本的多个导体可包括平行导体对阵列。在一些实施例中，每一对所述平行导体对阵列在不均匀电介质样本的相对侧上对置。
图3展示说明区域的网格模式的接地平面上的金属方块网格，每一方块界定穿过电介质样本的区域。图3的网格描绘图2的连续线的集总或分段版本。在垂直方向上在方块之间添加连接元件将允许电磁场在区域间垂直地传播。添加水平连接元件将允许场类似于在图2中的线水平地传播。
图4概念地说明如以各种传播速度测量的通过不均匀电介质区域测量的阻抗。在区域间的传播相对于电介质的内在速度太慢的情况下，经测量区域的阻抗由于来自先前邻近区域对场的底切而是高的。在传播很快的情况下，阻抗再次是高的，这是因为场没有时间穿透较慢的电介质组件。
图5A到B说明穿过不均匀电介质的电磁波的场行为。在图5A中，波正以超过较慢电介质组件的传播速度的速度移动。在图5B中，传输线结构已被减慢以允许波在横电(TE)模式中传播。
在图5A中，电场通过传输的传播是比在所检查电介质中的传播速度运行更快的线，从而遮掩样本的内部特征。相比之下，图5B展示当传输线被减慢以适应所检查电介质501(即样本)的有效介电常数(εeff)、样本502的内部特征、及周围的气隙510时电场的传播，从而允许电场与电介质的代表性相互作用。
图6说明经定位以测量区域界定结构与所研究对象610(即样本)之间的空隙的四个辅助传感器600。所述辅助传感器可通过雷达、红外线、超声波、或光学/视频构件操作以量化样本与区域界定结构之间的空隙量。在各个实施例中，所述辅助传感器测量规定的路径中多个导体与不均匀电介质样本之间的空隙。
图10说明用以从经测量阻抗及传播速度迭代地确定特定区域的εeff的程序。
图11说明当脉冲在区域间移动时如通过电流元件1100测量的通过传输线结构的电流。图11说明根据本技术的实施例的系统中的经测量脉冲电流波形的图解视图。图11展示如在沿着第一导体1105及第二导体1110的长度的点处测量的脉冲电流波形1103。第一导体1105及第二导体1110包围经历测试的样本1115，所述样本1115包含相对于样本1115的介电常数的更小介电常数1120的特征及更大介电常数1125的特征。
图11还展示具有说明脉冲电流波形1103上的与较小介电常数1120的特征对应的谷值1130的较低电流的脉冲电流波形1103。相比之下，脉冲电流波形1103具有说明脉冲电流波形1103上的与较大介电常数1125的特征对应的峰值1135的较高电压。
图12说明各自感应地加载或设计以依不同速度传播且借此依不同速度测量区域的阻抗的传输线结构阵列。此阵列越过所研究样本1200(即样本)，如由方向1210展示，以在不同速度的线下测量样本的相同区域。举例来说，沿着规定的路径的电磁波跨每一对平行导体对阵列排序，经排序电磁波形可用于创建用于电场传播的动态规定的路径。
图13说明沿着单个无源传输线的长度的硬件的概念布局。每一区域由电流感测元件界定，且每一电流感测元件用多路复用装置(MUX)多路复用到模/数转换器(ADC)中，接着，所述模/数转换器将数据传输到控制及分析计算机中。
图14展示图13的控制及分析计算机将发出的概念排序。其首先选择将使用多路复用装置获取的区域，接着，指示RF源发出驱动信号，接着，获取信号及驱动两者，接着，分析数据。
图15说明沿着类似于无源线但每一区域并入可编程元件的单个可编程传输线的长度的硬件的概念布局。
图16说明用于场传播的全主动排序的二维区段的硬件的概念布局。
图17说明当区域场源从左到右进行排序时跨有源实施例的二维区段的场的概念传播。
图18说明当区域场源依向外或径向模式进行排序时在有源实施例的二维区段中的场的概念传播。
图19说明通过在有源实施例中调整场产生元件，使得区域在其在方向1905上传播到页面中时从左下角到右上角成角度而使区域倾斜的概念。
图20说明根据本技术的实施例的来自使用系统产生的固体蜡样本(εr＝2.2)的地形数据的曲线图2000。与图21相比，当在跨越固体蜡样本的区域中测量脉冲电压时未展示谷值或峰值。连续脉冲高度的略微向上斜升是由于仪器误差造成的。
图21说明使用根据本技术的实施例的系统产生的来自含有嵌入式水腔(εr＝80)的蜡样本的地形数据的曲线图2100。如图11中描述，脉冲电流波形在沿着第一导体1105及第二导体1110的长度的点处测量。图11还展示具有说明脉冲电流波形1103上的与较小介电常数1120的特征对应的谷值1130的较低电流的脉冲电流波形1103。类似地，图21的脉冲电压波形展示指示在样本中较高电介质的水腔的谷值2105，原因与图11的谷值1130相同。
图22是呈用于致使机器执行本文中论述的方法论中的任一或多者的一组指令可在其内执行的计算机系统1的形式的实例机器的图解表示。举例来说，编程传播速度或模式以迭代地完善数据。在各个实例实施例中，机器作为独立装置操作或可连接(例如联网)到其它机器。在联网部署中，机器可作为主从式网络环境中的服务器机器或客户端机器，或作为对等(或分布式)网络环境中的对等机器而操作。机器可为个人计算机(PC)、嵌入式计算机、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、平板PC、蜂窝电话、便携式媒体装置(例如，便携式硬盘音频装置，例如运动图像专家组音频层3(MP3)播放器)、网络设备、网络路由器、交换机或网桥、或能够执行指定将由所述机器采取的动作的一组指令(循序或以其它方式)的任何机器。此外，虽然仅说明单个机器，但术语“机器”还应被视为包含个别或联合执行一组(或多组)指令以执行本文中论述的方法论中的任一或多者的机器的任何集合。
实例计算机系统1包含一个处理器或多个处理器5(例如中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、或两者)、及主存储器10及静态存储器15，其经由总线20彼此通信。计算机系统1可进一步包含视频显示器35(例如液晶显示器(LCD))。计算机系统1还可包含字母数字输入装置30(例如键盘)、光标控制装置(例如鼠标)、语音辨别或生物识别验证单元(未展示)、驱动单元37(还称为磁盘驱动单元)、信号产生装置40(例如扬声器)、网络接口装置45、及电介质测量硬件60。计算机系统1可进一步包含用于加密数据的数据加密模块(未展示)。
磁盘驱动单元37包含其上存储体现或利用本文中描述的方法论或功能中的任一或多者的一或多组指令及数据结构(例如指令55)的计算机或机器可读媒体50。指令55在其由计算机系统1执行期间也可完全地或至少部分地驻存在主存储器10内及/或处理器5内。主存储器10及处理器5还可构成机器可读媒体。
指令55可通过网络经由网络接口装置45利用数种众所周知的传输协议(例如超文本传输协议(HTTP))中的任一者进一步传输或接收。虽然在实例实施例中将机器可读媒体50展示为单个媒体，但术语“机器可读媒体”应被理解为包含存储一或多个指令集的单个媒体或多个媒体(例如集中式或分布式数据库及/或相关联高速缓存及服务器)。还应将术语“计算机可读媒体”理解为包含能够存储、编码或载送由机器执行且致使机器执行本申请案的方法论中的任一或多者的指令集、或能够存储、编码或载送由此指令集使用或与此指令集相关联的数据结构的任何媒体。术语“计算机可读媒体”应相应地被理解为包含(但不限于)固态存储器、光学媒体及磁性媒体、以及载波信号。此类媒体还可包含(无限制)硬盘、软盘、闪存卡、数字视频盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、及类似者。本文中描述的实例实施例可经实施于包括安装在计算机上的软件的操作环境中、硬件中、或软件与硬件的组合中。
所属领域的技术人员应认识到，因特网服务可经配置以提供对经耦合到因特网装置的一或多个计算装置的因特网存取，且计算装置可包含一或多个处理器、总线、存储器装置、显示器装置、输入/输出装置及类似物。此外，所属领域的技术人员可了解，因特网服务可经耦合到一或多个数据库、储存库、服务器及类似物，其可用于实施如本文中所描述的本公开的实施例中的任何者。
这些计算机程序指令还可经存储于计算机可读媒体中，所述计算机可读媒体可指示计算机、其它可编程数据处理设备、或其它装置依特定方式起作用，使得存储于计算机可读媒体中的指令产生图像、层析成像图、或从所述图像或层析成像图导出的分析产物、或包含实施指定于流程图及/或一个框图块或多个框图块中的功能/动作的指令的其构成数据。
计算机程序指令还可被加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上以致使在所述计算机、其它可编程设备或其它装置上执行一系列操作动作来产生计算机实施过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实施指定于流程图及/或一个框图块或多个框图块中的功能/动作的过程。
在描述中，出于解释的目的且无限制，陈述特定细节(例如特定实施例、程序、技术等)以便提供本技术的详尽理解。然而，所属领域的技术人员应明白，本技术可实践于背离这些特定细节的其它实施例中。
虽然上文出于说明目的描述系统的特定实施例及实例，但如相关领域的技术人员应认识到，各种等效修改在所述系统的范围内是可能的。举例来说，虽然过程或步骤是依给定顺序呈现，但替代实施例可执行具有呈不同顺序的步骤的例程，且可删除、移动、添加、细分、组合及/或修改一些过程或步骤来提供替代或子组合。这些过程或步骤中的每一者可依各种不同方式来实施。而且，虽然过程或步骤有时被展示为连续执行，但这些过程或步骤可代替地并行执行，或可在不同时间执行。
虽然上文已描述各个实施例，但应理解，其仅已通过实例而非通过限制来呈现。所述描述不希望将本技术的范围限制于本文中陈述的特定形式。正相反，如所属领域的一般技术人员所了解，本描述希望覆盖如可包含于本技术的精神及范围内的此类替代、修改及等效物。因此，优选实施例的宽度及范围不应受上述示范性实施例中的任何者限制。

Claims (31)

1.一种用于通过导引电场或磁场传播穿过不均匀样本来确定所述不均匀样本内的特定区域的特性的方法，所述方法包括：
产生电磁波形，所述电磁波形沿着规定的路径传播，所述规定的路径界定一系列空间区域，所述电磁波形的场作为传播场传播穿过所述一系列空间区域；
导引所述传播场在所述规定的路径中穿过不均匀样本；及
确定沿着所述规定的路径传播的所述电磁波形的所述场的测量，所述电磁波形的所述场的所述测量用于确定所述不均匀样本的区域特性及所述不均匀样本内的特定区域的特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导引所述传播场在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本使用多个导体，所述多个导体包括平行于第二导体的第一导体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述导引所述传播场在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本使用多个导体，所述多个导体包括平行导体对阵列。
4.根据权利要求3所述的方法，其中每一对所述平行导体对阵列在所述不均匀样本的相对侧上对置。
5.根据权利要求3所述的方法，其中每一对所述平行导体对阵列在所述不均匀样本的同一侧上邻近彼此。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述导引所述传播场在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本使用多个导体；
其中所述方法进一步包括：
沿着所述规定的路径跨所述多个导体排序所述电磁波形；及
使用所述经排序电磁波形创建动态规定的传播路径及动态场传播速率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述导引所述传播场在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本使用多个导体，所述多个导体包括离散导体阵列。
8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：
沿着所述规定的路径跨所述离散导体阵列对排序所述电磁波形；及
使用所述经排序电磁波形创建动态规定的传播路径及动态场传播速率。
9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括
使用场调制元件调制在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本的所述传播场，所述场调制元件包括物理延迟结构，所述物理延迟结构减慢沿着所述规定的路径的所述传播场的速率且减小沿着所述规定的路径的电磁波速度。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
使用场调制元件调制在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本的所述传播场，所述场调制元件包括电子组件，所述电子组件控制沿着所述规定的路径的所述传播场的速率且控制沿着所述规定的路径的电磁波速度。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
使用场调制元件调制在所述规定的路径中穿过所述不均匀样本的所述传播场，所述场调制元件包括有源电子组件，所述有源电子组件产生屏蔽寄生效应的场。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定沿着所述规定的路径传播的所述电磁波形的所述场的所述测量测量沿着所述规定的路径传播的所述电磁波形的所述电场及/或磁场的电压、电流、相位、及强度中的一或多者。
13.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
确定所述不均匀样本内的所述特定区域的有效常数；
确定所述不均匀样本内的所述特定区域的所述有效常数是否与沿着所述规定的路径的所述传播场的速率一致；
当所述不均匀样本内的所述特定区域的所述有效常数与沿着所述规定的路径的所述传播场的所述速率不一致时，调制沿着所述规定的路径的所述传播场；
使用穿过所述不均匀样本内的所述特定区域的所述传播场测量波形；及
使用所述波形确定所述不均匀样本内的所述特定区域的特征。
14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：
使用所述不均匀样本内的所述特定区域的所述特征产生所述不均匀样本的层析成像图。
15.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：
测量所述规定的路径中多个导体与所述不均匀样本之间的气隙。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
使用所述测量所述气隙调整所述确定所述不均匀样本内的所述特定区域的所述有效常数以增加所述确定所述有效常数的准确度。
17.一种用于通过比较从场依经确定方向及速率传播穿过其的区域测量的阻抗特性来确定不均匀阻抗样本内的特定区域的特性的方法，所述方法包括：
测量跨场依传播速度传播穿过其的不均匀阻抗样本内的特定区域的阻抗；
使用所述测量跨所述特定区域的阻抗计算所述不均匀阻抗样本内的所述特定区域的电容率阻抗特性；及
评估所述不均匀阻抗样本内的所述特定区域的所述阻抗导出的电容率与所述传播速度的电容率是否一致。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括：
调制所述传播速度以找到最一致的电容率。
19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括导引传播穿过所述不均匀阻抗样本内的所述特定区域的所述场，所述导引所述场使用多个导体，所述多个导体包括平行于第二导体的第一导体。
20.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括导引传播穿过所述不均匀阻抗样本内的所述特定区域的所述场，所述导引所述场使用多个导体，所述多个导体包括平行导体对阵列。
21.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括导引传播穿过所述不均匀阻抗样本内的所述特定区域的所述场，所述导引所述场使用多个导体，所述多个导体包括离散导体阵列。
22.一种用于通过比较从场依经确定方向及速率传播穿过其的区域测量的阻抗特性来确定不均匀阻抗样本内的特定区域的特性的方法，所述方法包括：
测量跨场依传播速度传播穿过其的不均匀阻抗样本内的特定区域的阻抗；
使用所述测量跨所述特定区域的阻抗计算所述不均匀阻抗样本内的所述特定区域的磁导率阻抗特性；及
评估所述不均匀阻抗样本内的所述特定区域的所述阻抗导出的磁导率与所述传播速度的磁导率是否一致。
23.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：
调制所述传播速度以找到最一致的磁导率。
24.一种用于确定不均匀阻抗样本内的特定区域的特性的方法，所述方法包括：
确定不均匀样本内的特定区域的有效电介质常数；
确定所述不均匀样本内的所述特定区域的所述有效电介质常数与沿着规定的路径穿过所述特定区域的场传播速率是否一致；
当所述不均匀样本内的所述特定区域的所述经计算有效电介质常数与沿着所述规定的路径的所述场传播的所述速率不一致时，调制沿着所述规定的路径的所述传播场；及
使用沿着所述规定的路径的所述场传播的波形确定所述不均匀样本内的所述特定区域的特征。
25.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括：
使用所述不均匀样本内的所述特定区域的所述特征产生所述不均匀样本的层析成像图。
26.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括：
测量所述规定的路径中多个导体与所述不均匀样本之间的气隙。
27.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括：
使用所述测量所述气隙调整所述确定所述不均匀样本内的所述特定区域的所述有效电介质常数以增加所述确定所述有效电介质常数的准确度。
28.一种用于确定不均匀阻抗样本内的特定区域的特性的方法，所述方法包括：
确定不均匀样本内的特定区域的相对电容率；
确定所述不均匀样本内的所述特定区域的所述相对电容率与沿着规定的路径穿过所述特定区域的场传播速率是否一致；
当所述不均匀样本内的所述特定区域的所述经计算相对电容率与沿着所述规定的路径的所述场传播的所述速率不一致时，调制沿着所述规定的路径的所述传播场；及
使用沿着所述规定的路径的所述场传播的波形确定所述不均匀样本内的所述特定区域的特征。
29.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括：
使用所述不均匀样本内的所述特定区域的所述特征产生所述不均匀样本的层析成像图。
30.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括：
测量所述规定的路径中多个导体与所述不均匀样本之间的气隙。
31.根据权利要求30所述的方法，其进一步包括：
使用所述测量所述气隙调整所述确定所述不均匀样本内的所述特定区域的所述相对电容率以增加所述确定所述相对电容率的准确度。
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