JP6791966B2 - ソフト断層撮影調査におけるデータの取得および処理のためのプロセスおよび測定システム - Google Patents
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Description
−調査対象の物体の材料は、解かれて、多かれ少なかれ良好に管理可能である数学的記述を有する線形ネットワークによってモデル化され、
−逆問題は、ネットワークのブランチ上のインピーダンス値の算出に限定され(方程式系を生成することが明白であり、したがって逆問題をより安全性を高めて解くことができる)、
−ネットワークの各ブランチ上のインピーダンスは、電気抵抗器、キャパシタ、およびインダクタの接続として別々にモデル化することができるため、調査対象の物体の材料の周波数依存性をより正確に推定することができる。
−ノードの数:n=el×(sh+1)+1
−ブランチの数:br=el×(3×sh+2)、および
−ループの数:l=el×(2×sh+1)。
−方程式の数:eq=g×(n−1)=g×el×(sh+1)、および
−未知数の数:x=2×br+g×(eq−el)
式中、nはグラフのノードの数であり、brはブランチの数であり、elは測定要素の固定された数であり、shは分解能の精密性を特徴付けるシェルの数である(生成器のポールシフトgも含む)。
(i)測定要素の各々(el個)が、測定ユニットの差動測定入力の1つに電気的に接続され、一方で各測定ユニットの他の差動測定入力は、励起信号を提供する信号発生器の冷点(すなわち接地)に固定式に接続される(測定入力の位置は、測定中、変化しない)。
(ii)信号生成器の冷点(0V;GND)が、第1の測定要素に接続される。
(iii)信号生成器の温点(+I;GEN)が、第1の測定要素と同じ測定回路内に配置された第2の測定要素に接続される。
(iv)物体が、第1および第2の測定要素を通じて特定(第1の)周波数で信号生成器によって生成された励起にかけられる。
(v)それと同時に、方程式系を生成するために測定回路ごとに励起に対する物体の応答の測定を実施する。
(vi)過剰決定された方程式系が、(ii)から(v)のステップを反復することによって生み出され、この場合、ステップ(iv)における物体の励起は、任意選択により、特定(第1の)周波数とは異なる1つ以上の周波数において実施される。
−電位値であり(これらは実際には0vに対して測定されるため)
−(周波数依存性の、一時的に一定の)共通位相誤差を含まず、
−誤差重畳が無い。
(1)
(3)
この例にしたがって、
(5)この後で、
(6)冷点と温点との間で測定可能な加算されたインピーダンスの位相角度は、
したがって、この例では、
−これが、(測定結果の高分解能、周波数依存の引き算によって)共通位相誤差の抑制を高め、
−これが、比率計算の結果として振幅の非線形誤差を低減し、
−これが、システム(特に信号生成器)の系統的誤差(信号生成器の位相誤差)を抑制し、
−これが、測定結果をデータ取得の条件および測定システムから切り離す(これは調査対象の物体の移動特性を固定する)ことである。
Claims (20)
- 物体(62)のソフトフィールド断層撮影分析におけるデータ取得のための測定システム(100)であって、送信ユニット(63−i)と、受信ユニット(65−j)と、測定ユニット(67−j)と、アライブポイント(「温点」81)および接地点(「冷点」82)を有する励起ユニットと、測定データ取得ユニット(85)と、制御ユニット(90)とを備え、前記測定システム(100)の作動状態において、
前記制御ユニット(90)は、前記励起ユニットおよび前記測定データ取得ユニット(85)に動作可能に接続されて、前記励起ユニットおよび前記測定データ取得ユニット(85)を制御し、
前記励起ユニットは、同時に、その温点(81)および冷点(82)を介して1つずつ前記送信ユニット(63−i)に接続されて、前記送信ユニット(63−i)を駆動し、前記励起ユニットの前記冷点(82)は、電源接地に対応し、
前記励起ユニットに接続された少なくとも前記送信ユニット(63−i)は、調査対象の前記物体(62)に1つ1つ結合されて、前記物体(62)内に励起場を作り出し、
前記受信ユニット(65−j)は、調査対象の前記物体(62)に1つ1つ結合されて前記物体(62)内の前記励起場に対する応答を検出し、
前記受信ユニット(65−j)は、一緒に対に接続されて測定回路を形成し、前記受信ユニット(65−j)によって検出された前記応答を測定データによって定量的に特徴付け、前記測定回路の各々は、前記定量的特徴付けのために少なくとも第1および第2の測定入力を有する測定ユニット(67−j)を備え、前記測定回路の前記第1および第2の受信ユニットは、前記測定回路内の前記測定ユニット(67−j)の前記第1および第2の測定入力それぞれに接続され、前記受信ユニット(65−j)の各々の電源接地は、前記励起ユニットの前記冷点に接続され、
各測定回路の前記測定ユニット(67−j)は、前記測定データ取得ユニット(85)に接続されて前記測定データを取得し、
基準要素(64)は、前記測定回路の1つ内の、前記励起ユニットの前記冷点(82)と前記冷点(82)に接続された前記受信ユニット(65−j)の1つとの間に挿入されて、前記冷点(82)に接続された前記それぞれの受信ユニット(65−j)によって提供された前記それぞれの測定データをオフセット値だけシフトすることを特徴とする、測定システム。 - 請求項1に記載の測定システム(100)であって、マルチプレクサ(70)をさらに備え、前記マルチプレクサ(70)は、前記励起ユニットと前記励起ユニットによって駆動される前記送信ユニット(63−i)との間、ならびに前記受信ユニット(65−j)の各々と前記測定データ取得ユニット(85)との間に挿入され、前記マルチプレクサ(70)は、前記励起ユニットに接続された送信ユニット(63−i)を、任意の対になるように各測定回路を形成する前記受信ユニット(65−j)に動作可能に接続するように構成されることを特徴とする、測定システム。
- 請求項1または2に記載の測定システム(100)であって、前記基準要素(64)は、知られているパラメータの要素によって、好ましくは特定の値の純粋にオーミックな抵抗を有する要素によって提供され、前記オフセット値は、一定の値であることを特徴とする、測定システム。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の測定システム(100)であって、前記測定ユニット(67−j)の前記測定入力は、差動測定入力であることを特徴とする、測定システム。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の測定システム(100)であって、前記測定ユニット(67−j)は、高分解能を有する精度測定装置によって、好ましくはロックイン増幅器によって提供されることを特徴とする、測定システム。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載の測定システム(100)であって、前記励起ユニットは、作動状態において電流生成器または電圧生成器のいずれかとして作動することができる信号生成器(80)によって提供されることを特徴とする、測定システム。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載の測定システム(100)であって、前記送信ユニット(63−i)は、調査対象の前記物体(62)の電気励起に合わせて構成されたデバイスによって提供され、前記測定ユニット(67−j)は、電圧計によって提供されることを特徴とする、測定システム。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載の測定システム(100)であって、前記送信ユニット(63−i)および前記受信ユニット(65−j)は、調査対象の前記物体(62)の表面上に配置されるのに適したデバイスとして構成されることを特徴とする、測定システム。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載の測定システム(100)であって、前記送信ユニット(63−i)および前記受信ユニット(65−j)は、調査対象の前記物体(62)の容積内に少なくとも部分的に配設されるのに適したデバイスとして構成されることを特徴とする、測定システム。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載の測定システム(100)であって、前記送信ユニット(63−i)および前記受信ユニット(65−j)は、金属電極およびピン電極からなる群から選択されることを特徴とする、測定システム。
- 請求項1から10のいずれか1項に記載の測定システム(100)であって、前記送信ユニット(63−i)および/または受信ユニット(65−j)の各々と、調査対象の前記物体(62)との間の結合は、電気的、静電容量的、ガルバニック式、熱交換式および光の結合からなる群から選択されることを特徴とする、測定システム。
- 請求項1から11のいずれか1項に記載の測定システム(100)であって、前記送信ユニット(63−i)および前記受信ユニット(65−j)は、前記送信ユニットおよび受信ユニット両方の機能を一体的に備える測定検出器によって提供されることを特徴とする、測定システム。
- 請求項1から12のいずれか1項に記載の測定システム(100)であって、前記物体(62)は、不均質の材料分布を有する、任意選択により、容積上の構造的欠陥も含む物体によって提供されることを特徴とする、測定システム。
- 物体(62)のソフトフィールド断層撮影分析におけるデータ取得のための方法であって、
(i)送信ユニット(63−i)および受信ユニット(65−j)を前記物体(62)と特定の幾何学的パターンを有する配置で結合させるステップと、
(ii)前記物体(62)を、送信ユニット(63−i)の少なくとも1つの対によって、送信ユニットの前記対を励起ユニットによって生成された励起信号によって駆動させることによって容積励起にかけ、前記対(複数可)を形成する前記送信ユニット(63−i)の1つの送信ユニットを、前記励起ユニットの温点(81)に接続し、前記他の送信ユニットを前記励起ユニットの冷点(82)に接続するステップであって、前記励起ユニットの前記冷点(82)は、電源接地に対応する、ステップと、
(iii)受信ユニット(65−j)によって形成された受信ユニット対から作り出された測定回路によって、前記励起に対する前記物体(62)の完全な応答を測定することによって測定データを作り出すステップであって、各測定回路は、少なくとも1つの測定ユニット(67−j)をさらに備え、前記測定ユニット(67−j)は、第1および第2の測定入力を有し、前記測定を実施するとき、前記物体(62)に結合された各受信ユニット対の1つの受信ユニット(65−j)は、前記第1の測定入力および前記第2の測定入力に接続される、作り出すステップと、
(iv)前記得られた測定データを記憶するステップと、
(v)前記励起を実行する前記送信ユニット(63−i)の少なくとも1つを、前記物体(62)に結合されている前記送信ユニットからの別の送信ユニットに取り替えた後、および/または前記測定を実行する前記測定回路の前記少なくとも1つの少なくとも1つの受信ユニット(65−j)を、前記物体(62)に結合された前記受信ユニットからの別の受信ユニットに取り替えた後、ステップ(ii)〜(iv)を反復するステップとを含み、
前記方法は、
−各受信ユニット(65−j)の電源接地を前記励起ユニットの前記冷点に接続するステップであって、それによって共通電位に接続されている間に前記物体(62)を励起し、各測定を実行する、接続するステップと、
−基準要素(64)を前記測定回路の1つ内の、前記励起ユニットの前記冷点(82)と、前記冷点(82)に接続された前記受信ユニット(65−j)の1つとの間に挿入し、前記基準要素(64)上の測定を、前記励起に対する前記物体(62)の前記完全な応答の前記測定と同時に実行し、それによって系統的および共通位相誤差を表すオフセット値だけシフトされた測定データを、前記冷点(82)に接続された前記それぞれの受信ユニット(65−j)上で得るステップであって、前記基準要素上で実行された前記測定の結果もまた記憶される、ステップとをさらに含むことを特徴とする、方法。 - 請求項14に記載の方法であって、前記送信ユニットの1つの取り替えおよび/または前記測定回路の少なくとも1つの前記受信ユニット(65−j)の少なくとも1つの取り替えは、マルチプレクサ(70)によって制御される方法で、前記送信ユニット(63−i)および/または前記受信ユニット(65−j)による走査によって実施されることを特徴とする、方法。
- 請求項14または15に記載の方法であって、前記物体(62)は、前記測定を開始する前に離散化され、ネットワークモデル近似において得られた有向グラフによって表され、ステップ(ii)−(iv)の反復は、前記有向グラフのブランチによって表される前記インピーダンス値を決定するための方程式の系の過剰決定が達成されるまで継続され、方程式の前記系を形成する前記方程式の未知数は、前記インピーダンス値であり、その係数は、前記励起に対する前記物体(62)の総応答を測定することによって得られる測定データであることを特徴とする、方法。
- 請求項14から16のいずれか1項に記載の方法であって、前記物体(62)の前記励起は、方程式の前記系の過剰決定を達成するために種々の励起周波数において実施されることを特徴とする、方法。
- 請求項14から16のいずれか1項に記載の方法であって、前記物体(62)の前記励起はまた、方程式の前記系の前記過剰決定を達成するために前記送信ユニット(63−i)上で前記励起ユニットの前記温点(81)および前記冷点(82)を交換することによって実施されることを特徴とする、方法。
- 請求項14から18のいずれか1項に記載の方法であって、前記基準要素(64)は、純粋にオーミックな抵抗器であり、前記励起に対する前記物体(62)の総応答を測定することによって得られた前記測定データは、補償された測定データに変換され、前記補償は、データ取得に使用される請求項1から13のいずれか1項に記載の前記測定システムの系統的および共通位相誤差に対して、前記基準要素(64)上で前記測定を実行することによって得られたオフセット値だけシフトされた測定データを使用することによって行われることを特徴とする、方法。
- 請求項14から19のいずれか1項に記載の方法であって、前記記憶された測定データは、前処理ステップにより、ソフトフィールド断層撮影撮像アルゴリズムによって直接的に使用されるのに適したフォーマットにされることを特徴とする、方法。
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