JPH06168A

JPH06168A - 電気インピ−ダンス分布測定方法およびその装置

Info

Publication number: JPH06168A
Application number: JP4162816A
Authority: JP
Inventors: Senji Yoshioka; 仙次吉岡; Kazumasa Ozawa; 一雅小澤; Norikatsu Yokota; 憲克横田; Hiroaki Suzuki; 洋明鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】電気インピ−ダンスＣＴ法で用いる電位分布
データを高速に収集し、再構成画像の精度を高める。【構成】測定対象物５の周囲に多数の電極４ａ〜４ｈ
を配置し、多信号同時供給装置１から各電極に異なる周
波数の電気信号を同時に印加する。多信号同時計測装置
２は、測定対象物５の周囲電位を同時に測定し、断層像
再構成装置３は、測定した電位の周波数分析を行って、
各周波数に対する測定対象物５の周囲の電位分布の測定
値を求める。そして、測定対象物５の内部状態を表す電
気インピ−ダンス分布の断層像を数値計算により再構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線ＣＴや超音波ＣＴ等
のような断層撮影方法及びその装置に係り、特に、原子
炉やボイラ等の気液ニ相流中のボイド率分布等の様に高
速に計測しなければならない被検体の断層撮影に好適な
電気インピ−ダンス分布測定方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】人体や動植物等の生体の断層を撮影した
り、各種物体の中の空孔率の分布を測定したり、非破壊
検査や液体中の物体の探索等を目的として、Ｘ線ＣＴや
超音波ＣＴが実用化されている。しかし、Ｘ線ＣＴや超
音波ＣＴは、測定対象物をＸ線や超音波で走査するため
に１回の計測に時間がかかり、静止体の断層撮影にしか
用いることができない。つまり、原子炉やボイラ等の気
液ニ相流の気相体積割合であるボイド率分布を測定する
ことはできない。このような高速流体の断層撮影には、
短時間に計測することができる電気インピ−ダンス（特
に電気導電率）の分布を測定し、これから断層像を得る
電気インピ−ダンスＣＴ（Computed Tomo-graphy：断層
像再構成）が好適である。

【０００３】従来の電気インピーダンスＣＴは、特開昭
５９−１７３２９号公報に記載されている。この従来技
術では、測定対象物の周囲に複数個の電極を配置し、電
位分布を発生させるために、電気励振用の信号源（電流
源、電圧源）を各電極対間に順次に印加し、電極対間の
電位測定を順次行っている。信号印加と電位測定に関す
るスキャン（走査）の組合せは多く、スキャン方式を用
いた全測定時間は、例えば、この従来技術では、１４５
６秒である。

【０００４】尚、電気インピーダンスを計測する従来技
術として、特開昭６３−３８３８号，特開昭６３−３８
３９号，特開平２−２１６４４１号等があるが、これら
の従来技術は、計測した電気インピーダンスの値から測
定対象物の断層像を再構成するものではない。

【０００５】

【発明が解決しょうとする課題】測定対象物が静止体で
ある場合、デ−タの収集時間にかかわらず、同一の物理
現象を表すデ−タを収集できる。同一現象のデ−タを採
用する限り、本質的に、像再構成処理では、断層像の不
鮮明さや再構成不良を生じない。しかし、測定対象物が
移動体である場合、例えば、混相流の流体計測を行なう
場合、前記のようにスキャン方式の信号印加，電位測定
では測定時間がかかるという問題がある。つまり、１回
のスキャン中に測定対象物が移動してしまうので、収集
したデータは時間のずれ即ち位置のずれが生じてしま
い、このデータから像を再構成しても正確で鮮明な画像
を得ることはできない。従って、要求される時間分解能
に応じてデ−タ収集の全測定時間を短くしなければなら
ないが、スキャン方式では測定時間の大幅な短縮化がで
きず、デ−タ収集の高速化を望めない。

【０００６】本発明の目的は、高速に移動する被測定体
でもその断層撮影を高精度に行うことのできる電気イン
ピーダンス分布測定方法及びその装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、測定対象物
の周囲に設けられた複数の電極に特徴量の異なる複数の
電気信号を同時に印加し、各電極間で計測した電気信号
を前記特徴量で識別し、測定対象物の断層像を再構成す
ることで、達成される。

【０００８】上記目的はまた、多信号同時供給手段と、
多信号同時計測手段と、断層像再構成手段とを組合せる
ことで、達成される。

【０００９】ここで、多信号同時供給手段としては、単
方向導通素子（順方向の電気抵抗が導体程度を示し、逆
方向の電気抵抗が絶縁体程度となる電気的な基本特性を
有する電気回路素子、例えば、ダイオ−ド）を用いる。
次に、１つの単方向導通素子と１つの信号源を直列に接
続する（以下、これを直列素子という。）。さらに、前
記の直列素子を複数個もちいて、前記の直列素子の陰極
の全てを共通に結束して、この陰極を測定対象物の外周
に設置した１つの電極に接続する。さらに、直列素子の
陽極を測定対象物の外周に設置した残りの電極にそれぞ
れ配置する。このようにして、設置した電極を介して、
複数個の互いに異なる電気信号（例えば周波数を違え
る。）を並列かつ分散して測定対象物に同時かつ独立に
印加する。

【００１０】また、多信号同時計測手段としては、電気
インピ−ダンスの大きい測定対象物が流れる電気絶縁性
の管路に複数個（Ｎ個）の電極を設け、入力電気抵抗が
絶縁体程度となる電気的な基本特性を有する差動増幅回
路を複数個（Ｎ−１個）用い、前記の差動増幅回路の陰
極の全て（Ｎ−１個）を１つに結束して共通点を形成
し、前記の共通点を前記の電極の１個に接続し、さらに
前記の差動増幅回路のＮ−１個の陽極を前記の共通点が
接続された電極以外のＮ−１個の電極にそれぞれ接続し
て、管路内の測定対象物からの複数の電気信号を同時か
つ安定にまた感度良く測定するともに、複数個の電気信
号の独立な測定の組合せを簡単化して測定する。

【００１１】断層像再構成手段としては、前記の多信号
同時計測手段を用いて収集した複数個（Ｎ−１個）の並
列かつ分散する信号計測系統からの複数の電気信号を例
えば周波数分析して、多信号同時供給手段でもちいた励
振信号の周波数に対応する信号応答を解析し、励振信号
源の供給位置に対応する電位分布（振幅と位相）の測定
値を求め、前記の電位分布（振幅と位相）の測定値、信
号源の接続位置と励振周波数を用いて測定対象物の電気
インピ−ダンスの断層像を再構成する。

【００１２】尚、前記の管路（配管）の壁を貫通させて
測定対象物に接触するように管路内周に電気導電性の電
極を複数個（Ｎ個）２次元または３次元に配置する。電
気インピ−ダンスの大きい測定対象物が流れる管路（配
管）の材料に電気絶縁性の材料を適用する。

【００１３】

【作用】電気インピ−ダンスＣＴ法で用いる正常な電位
分布（同一現象を表す同時刻のデ−タ、または時間分解
能に優れたデ−タ）を発生・収集するには、多種類の励
振信号を電気抵抗の大きい測定対象物に同時かつ安定に
感度良く与え、同時に計測し、多種類の励振信号の信号
源に対応する電位分布を弁別することで、断層像を高精
度に再構成することができる。

【００１４】この場合、測定対象物の電気抵抗が大きい
と、同時に印加する各信号源の内部の電気抵抗が悪い影
響を及ぼし、信号が測定対象物に流れずに接続した各信
号源に流入してしまうことがある。そこで、単方向導通
素子を使用することで、この悪影響を回避することがで
きる。

【００１５】多信号同時供給手段は、次の様に動作す
る。直列素子はダイオ−ドの特性と同様な信号の伝達特
性を示す。各信号源の信号は、各信号源と直接に接続さ
れているダイオ−ドの順方向に伝達され、ダイオ−ドの
逆方向伝達阻止特性により、直接接続以外のダイオ−ド
に流れ込まず、測定対象物に全て流れる。したがって、
各信号源の内部の電気抵抗に影響されず、測定対象物に
電気信号を同時に供給できる。しかも、信号印加の独立
な配置が可能となる。

【００１６】多信号同時計測手段は、次の様に動作す
る。入力電気抵抗が絶縁体程度となる電気的な基本特性
を有する差動増幅回路を用いるので、差動増幅回路の電
気抵抗に影響されず、測定対象物に複数個の電気信号を
同時に供給できるともに、測定対象物から複数個の電気
信号を多信号を同時に測定できる。差動増幅回路のＮ−
１個の陽極を前記の共通点が持つので、複数個の電気信
号の独立な測定の組合せを簡単化できる。

【００１７】断層像再構成手段は、次の様に動作する。
同時供給と同時計測から得たデ−タから電気インピ−ダ
ンスＣＴに必要な独立な電位分布を弁別する。信号応答
として振幅だけでなく位相も弁別するので、電位分布の
測定値して振幅だけでなく位相の情報を用いた電気イン
ピ−ダンスＣＴの再構成計算が可能となる。したがっ
て、インピ−ダンス（または、アドミタンス）分布とし
て、抵抗（または、コンダクタンス）分布のみでなくリ
アクタンス（または、サセプタンス）分布を求めること
ができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の第１実施例に係る電気インピ
−ダンス分布測定装置の全体構成図である。図１におい
て、１は多信号同時供給装置を示し、測定対象物に多く
の信号を並列かつ分散させて同時に供給する。２は多信
号同時計測装置を示し、測定対象物からの多くの信号を
並列かつ分散させて同時に計測する。３は断層像再構成
装置を示し、多信号同時計測装置２で収集したデ−タを
処理して、測定対象物の内部の電気インピ−ダンス分布
を現す断層像を再構成する。４ａ〜４ｈは電気導電性の
ある電極（例えば白金、ステンレスなどの導体）、５は
測定対象物（例えば、水−空気、水−蒸気などの混相
流。尚、生体等の静止体も断層撮影可能であるのは勿論
である。）、６は測定セル（例えばセラミック、アクリ
ルなどの絶縁体の管路、生体例えば腕の断層を計測する
ときは、可撓製のバンドに電極を埋め込み、これを腕に
巻いて測定セルとする。）をそれぞれ示す。図１では、
電気インピ−ダンスＣＴ法の計測法を適用するために、
測定対象物５を内部に流す測定セル６の内周面に、複数
個Ｎ（例えばＮ＝８個）の電極４ａ〜４ｈを設置した構
成を示す。

【００１９】多信号同期供給装置１，多信号同時計測装
置２および断層像再構成装置３の内部構成図を図２に示
す。図２において、多信号同時供給装置１は信号源７ａ
〜７ｇの組合せにより構成する。信号源７ａ〜７ｇは、
例えば、互いの信号を区別するため、それぞれ異なる周
波数ｆａ〜ｆｇの信号を発振する。一例として、図１６
に、無負荷の各信号源の信号波形を示す。尚、各信号源
の信号波形として、図１７に示すようなデジタル信号も
使用可能である。

【００２０】多信号同時供給装置１の構成要素は、前記
の電極数Ｎ個（例えばＮ＝８個）に合せて、Ｎ−１個
（図２では例えばＮ−１＝７個）で構成される。信号源
７ａ〜７ｇの陰極（−）の全てを１つに結束し、信号源
７ａ〜７ｇの陽極（＋）をそれぞれＮ−１個に分離す
る。図２に示すように、信号源７ａ〜７ｇの陰極（−）
は、測定セル６の電極４ｈにまとめて配線（配線１７
ｈ）し、信号源７ａ〜７ｇの陽極は、夫々対応する電極
４ａ〜４ｇに配線（配線１７ａ〜１７ｇ）する。配線１
７ａ〜１７ｇは、電気励振信号の並列に分散する供給経
路を形成する。このようにして、多信号同時供給装置１
は電極４ｈを基準に、残りの各電極４ａ〜４ｇを介し
て、測定対象物５の周囲から測定対象物５を同時に電気
励振する構成とする。

【００２１】図２において、多信号同時計測装置２は、
１０ａ〜１０ｇ、１１ａ〜１１ｇ、１２ａ〜１２ｇ、１
３に示す４種類の回路素子の組合せより構成する。１０
ａ〜１０ｇはアナログ信号をサンプルしてホ−ルドする
サンプル・ホ−ルド回路であり、前記の電極数Ｎ個（図
示の例ではＮ＝８個）に合せてＮ−１個（＝７個）の構
成としてある。１１ａ〜１１ｇはアナログ信号をディジ
タル信号に変換するアナログ・ディジタル（ＡＤ）変換
器であり、Ｎ−１個（＝７個）の構成としてある。１２
ａ〜１２ｇはディジタル信号を記憶するバッファ・メモ
リであり、Ｎ−１個（＝７個）の構成とする。１３はサ
ンプル・ホールド回路１０ａ〜１０ｇ，ＡＤ変換器１１
ａ〜１１ｇ、バッファ・メモリ１２ａ〜１２ｇを制御す
る制御ユニット（例えばマイクロプロセッサ）である。

【００２２】多信号同時計測装置２は、スキャン方式に
よるデ−タ収集（例えば、電位測定）の欠点を解消し同
時のデ−タ収集を実現するために、サンプル・ホ−ルド
回路−ＡＤ変換器−バッファ・メモリで構成する並列か
つ分散の信号計測系統をＮ−１個の複数個（図２の例で
は７系統）装備する。サンプル・ホ−ルド回路１０ａ〜
１０ｇは、図２に示すように、夫々の陰極の全てを１つ
に結束し、夫々の陽極は夫々のＮ−１個に分離する構成
となっている。前記の陰極の結束点（配線１８ｈ）と、
前記の各信号源７ａ〜７ｇの陰極の全ての結束点（配線
１７ｈ）を共通に接続して電気的な導通状態を与え、こ
れを電極４ｈに接続する。

【００２３】また、サンプル・ホ−ルド回路の各陽極
（配線１８ａ〜１８ｇ）は、各信号源７ａ〜７ｇの各陽
極（配線１７ａ〜１７ｇ）と電気的な導通状態にして各
電極４ａ〜４ｇに配線する。配線１８ａ〜１８ｇは、電
気信号の並列に分散する計測経路を形成する。このよう
にして、多信号同時計測装置２は、電極４ｈを基準に、
残りの各電極４ａ〜４ｇの電位を同時に検出して計測す
る構成とする。

【００２４】図２において、断層像再構成装置３は、例
えば１４，１５，１６で構成する。１４はデ−タ転送及
び数値解析などを行なうデ−タ処理用計算機（例えばマ
イクロコンピュタ−あるいはその複合体）である。１５
はデ−タ表示及び解析結果の出力などを行なうディスプ
レイユニット（例えばＣＲＴ）である。１６はデ−タ処
理用計算機に指令を与えるキ−ボ−ドである。断層像再
構成装置３は、同時にサンプルされたデ−タから電位分
布の測定値を演算して求める。この演算手順のフローチ
ャートが図５である。また、電位分布の測定値から断層
像を再構成するときの演算手順のフローチャートが図６
である。これらのフローチャートについては後述する。

【００２５】次に、この第１実施例に係る電気インピ−
ダンス分布測定装置１００の基本動作を説明する。先
ず、多信号同時供給装置１は、測定対象物５の周囲から
電気励振用の多信号を同時に与える。多信号同時計測装
置２は、測定対象物５の内部の電気インピ−ダンス分布
に応じて、測定対象物５の周囲に発生する電位分布を同
時に測定する。断層像再構成装置３は、電位分布の測定
値を用いて、測定対象物５の内部の電気インピ−ダンス
分布を求める。

【００２６】多信号同時供給装置１の詳細動作を説明す
る。図２の構成では、前記の各信号源７ａ〜７ｇの陰極
をすべて共通に結束し、この共通の接続点を電極４ｈに
電気配線している。また、各信号源７ａ〜７ｇの陽極
は、電極４ｈ以外の対応する電極４ａ〜４ｇそれぞれに
接続している。さらに、各信号源７ａ〜７ｇは、例え
ば、正弦波の励振周波数ｆａ〜ｆｇにより区別してい
る。このため、各信号源７ａ〜７ｇの信号は、各信号源
の陽極→各信号源の陽極を配線した電極→測定対象物５
→各信号源の陰極に配線した電極→各信号源の陰極の経
路を流れる。つまり、信号源７ａの信号は、信号源７ａ
→電極４ａ→測定対象物５→電極４ｈ→信号源７ａ、の
経路で流れる。他の信号源の信号の経路も同様である。

【００２７】多信号同時計測装置２の詳細動作を説明す
る。図２に示すように、サンプル・ホ−ルド回路１０ａ
〜１０ｇの陽極がそれぞれ電極４ａ〜４ｇに配線され、
１０ａ〜１０ｇの陰極が電極４ｈに配線されているの
で、サンプル・ホールド回路１０ａ〜１０ｇは、電極４
ｈの電位を基準とした電極４ａ〜４ｇの電位を、Ｎ−１
個の信号計測系統により並列かつ分散して検出する。制
御ユニット１３は、サンプル・ホールド回路１０ａ〜１
０ｇに同時のサンプルホ−ルド信号（配線２２の信号）
を周期的に与える。サンプル・ホールド回路１０ａ〜１
０ｇは、Ｎ−１個の信号計測系統の電位の検出信号を周
期的にサンプル及びホ−ルドし、対応するＡＤ変換器１
１ａ〜１１ｇに入力する。

【００２８】制御ユニット１３は、ＡＤ変換器１１ａ〜
１１ｇに、前記のサンプルホ−ルド信号に調和したＡＤ
変換信号（配線２３の信号）を与える。ＡＤ変換器１１
ａ〜１１ｇは、サンプル及びホ−ルドされたアナログ信
号をディジタル信号に変換し、バッファ・メモリ１２ａ
〜１２ｇに記憶する。制御ユニット１３は、バッファ・
メモリ１２ａ〜１２ｇに記憶されたディジタル信号のデ
−タを、断層像再構成装置３を構成するデ−タ処理用計
算機１４のメイン・メモリにＤＭＡ（DirectMemory Acc
ess）方式により高速転送する。このようにして、多信
号同時計測装置２はサンプル・ホ−ルド回路１０ａ〜１
０ｇで検出する多信号を並列かつ分散的に処理して同時
に計測するように作動する。一例として、図７に各信号
計測系統ａ〜ｇの同時サンプル電圧波形を示す。

【００２９】次に、図２，図５，図６を用いて、断層像
再構成装置３の動作を説明する。断層像再構成装置３を
構成するデ−タ処理用計算機１４は、キ−ボ−ド１６の
指令により、多信号同時計測装置２の制御ユニット１３
を制御し、前記したように同時計測したデ−タをＤＭＡ
転送によりメイン・メモリに転送する。

【００３０】図５は、同時計測したデ−タから電位分布
の測定値を求める処理手順を示すフローチャートであ
る。先ず、断層像再構成装置３は、メイン・メモリから
各信号計測系統ａ〜ｇの同時計測したデ−タを読み込む
（ステップ５０１）。同時計測したデ−タは信号源７ａ
〜７ｇの周波数ｆａ〜ｆｇに関する情報を有するので、
各信号計測系統ごとの同時計測したデ−タを周波数分析
し、振幅および位相のスペクトルを求める（ステップ５
０２）。一例として、図８に、信号計測系統ｄのサンプ
ル信号の周波数分析結果を示す。

【００３１】各信号計測系統ごとの振幅および位相のス
ペクトルは、多信号同時供給装置１の信号源７ａ〜７ｇ
が例えば単一の周波数ｆａ〜ｆｇの正弦波で区別されて
いる場合、周波数ｆａ，…，ｆｇで振幅および位相のピ
−クを有するので、周波数ｆａ〜ｆｇについて、振幅と
位相の大きさを抽出する（ステップ５０３）。前記の振
幅と位相の組合せより、信号源７ａ〜７ｇの電気励振信
号の入力に対応する複素電位分布の測定値φma〜φmgを
算出する（ステップ５０４）。前記の測定値φma，…，
φmgは、それぞれ電気励振の周波数ｆａ，…，ｆｇに関
するものである。一例として、図９〜図１５に、夫々φ
ma，…，φmgを示す。

【００３２】図６は、断層像を再構成する処理手順を示
すフローチャートである。測定対象物の内部の電気イン
ピ−ダンス分布として、複素電気導電率σの分布を仮定
する（ステップ６０１）。複素電気導電率σの分布を用
いて、測定対象物の周囲に接続した信号源７ａ〜７ｇを
境界条件として、信号源７ａ〜７ｇの各入力信号に対応
する信号応答として測定対象物の周囲（電極）に発生す
る複素電位分布の計算値φca〜φcgを解析する（ステッ
プ６０２）。複素電位分布の測定値φma〜φmgと計算値
φca〜φcgを比較し（ステップ６０３）、その誤差が最
小になるように複素電気導電率σの分布を補正する（ス
テップ６０４）。

【００３３】電位分布の測定値と計算値の誤差があるレ
ベル以下になるまで、複素電気導電率σの分布を補正す
る最適化を繰り返す（ステップ６０２、６０３、６０
４）。最適化された複素電気導電率σの分布（またはσ
の分布をインピ−ダンス分布に変換したもの）をディス
プレィユニット１６に出力する（ステップ６０５）。こ
のようにして、測定対象物の内部の電気インピ−ダンス
分布を求め、断層像を再構成できる。

【００３４】図３は、本発明の第２実施例に係る電気イ
ンピ−ダンス分布測定装置の全体構成図である。測定対
象物５が極めて大きい電気インピ−ダンスをもつように
なる場合、本実施例では、各信号源７ａ〜７ｇの陽極
と、測定セルの電極４ａ〜４ｇとの間に、ダイオード８
ａ〜８ｇを挿入し、サンプル・ホールド回路１０ａ〜１
０ｇの前段に、高入力インピ−ダンスを有する入力バッ
ファ・アンプ（例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transis
tor:電界効果トランジスタ）入力型インスツルメンテン
−ション・アンプと呼ばれる差動増幅器（入力インピ−
ダンス：１０¹²Ω以上））を挿入し、各入力バッファ・
アンプ９ａ〜９ｇの陰極の全てを１つに結束してこれを
各信号源７ａ〜７ｇの陰極結束点に配線１８ｈにて接続
してある。その他の構成は、第１実施例と同様である。

【００３５】本実施例における多信号同時供給装置１の
動作を説明する。多信号同時供給装置１を構成する各ダ
イオ−ド８ａ〜８ｇは、図４に示す電圧と電流の基本特
性を持つ。図４において、順方向の電流（ＩF ）は順方
向の電圧（ＶF ）に対して流れ易い。順方向の電気抵抗
は前記の測定対象物や測定セルの電気抵抗に比べて大変
に小さく導体程度である。また、逆方向の電流（ＩR ）
は逆方向の電圧に対してブレ−クダウン電圧（ＶB ）ま
で流れない。ブレ−クダウン電圧（ＶB ）未満の逆方向
の電気抵抗は、絶縁体程度（抵抗率１０⁹Ωｍ以上）で
あり、前記の測定対象物（例えば純水の抵抗率２．５×
１０⁵Ωｍ）などの電気抵抗値より大きい。

【００３６】この第２実施例では、ダイオ−ドの電気特
性を活用するため、図３において、ダイオ−ドと信号源
を直列に接続した複数の直列素子（７ａと８ａ、７ｂと
８ｂ、．．．、７ｇと８ｇの直列接続）を構成する。各
直列素子においては、ダイオ−ドに直列に配線した信号
源がダイオ−ドの順方向電圧を示すとき、順方向の電流
が流れる。また、各信号源の逆方向電圧は各ダイオ−ド
のブレ−クダウン電圧（ＶB ）をこえないように信号レ
ベルを設定するので、各直列素子の逆方向の電流は前記
のダイオ−ドの電気特性により流れない。さらに、図３
における多信号同時供給装置１の構成では、各直列素子
の陰極のすべてを共通に結束して、この共通の接続点を
電極４ｈに接続している。また、各直列素子の陽極は電
極４ｈ以外の電極４ａ〜４ｇそれぞれに接続している。
このため、各直列素子の信号（順方向の電流）は、各直
列素子の陽極→各直列素子の陽極を接続した電極→測定
対象物５→各直列素子の陰極を接続した電極の経路で流
れ、各直列素子の信号源に帰還する。

【００３７】直列素子の信号（順方向の電流）は、前記
の共通接続点の設置構成とダイオ−ドの逆方向電圧特性
により、別の直列素子の陽極には流入せず、測定対象物
５の内部のみに分布する。これは、例えば、信号源７ａ
の信号（順方向の電流）に対して、直列素子７ｂと８
ｂ、７ｃと８ｃ、７ｄと８ｄ、７ｅと８ｅ、７ｆと８
ｆ、７ｇと８ｇの電気回路が存在しないことに等価であ
る。信号源７ａの信号は同時に接続した信号源の内部の
電気抵抗に影響をまったく受けず、測定対象物５の内部
に分布して、信号源７ａに関する電位を電極４ａ〜４ｈ
に発生する。信号源７ａについて述べたが、信号源７ｂ
〜７ｇについても同様に動作し、同時に接続した信号源
の内部の電気抵抗に影響を受けず、測定対象物５に分布
して、信号源７ｂ〜７ｇに関する電位を電極４ａ〜４ｈ
に発生する。電極４ａ〜４ｈには、電気回路網の重ね合
せの定理により、周波数で区別した信号源の電位が重畳
する。したがって、図３の多信号同時供給装置１を用い
れば、測定対象物の周囲から多信号を同時に与えて、測
定対象物の内部の電気インピ−ダンス分布に対応して各
入力信号の電位分布を同時に測定対象物に発生できる。
また、測定対象物の内部の電気インピ−ダンスや信号源
の使用台数、内部電気抵抗に影響されず、多信号を測定
対象物に安定かつ十分に与えることができる。

【００３８】第２実施例の多信号同時計測装置２の動作
を説明する。図３に示すように、２の入力バッファ・ア
ンプ９ａ〜９ｇの陽極は電極４ａ〜４ｇに配線され、９
ａ〜９ｇの陰極は電極４ｈに配線されているので、アン
プ９ａ〜９ｇは電極４ｈの電位を基準に電極４ａ〜４ｇ
の電位を差動で検出する。また、アンプ９ａ〜９ｇは前
記したように高入力インピ−ダンスとなるので絶縁体の
ごとく働き、多信号同時供給装置１の信号源７ａ〜７ｇ
の信号（電流）はアンプ９ａ〜９ｇの陽極には流入せ
ず、電極４ａ〜４ｇを介して測定対象物５に流入する。
したがって、入力バッファ・アンプ９ａ〜９ｇの接続に
影響されず、電極４ｈの電位を基準に電極４ａ〜４ｇの
電位を安定に検出できる。入力バッファ・アンプ９ａ〜
９ｇの差動信号はそれぞれ並列に分散してサンプル・ホ
−ルド回路１０ａ〜１０ｇに入力する。以後の処理は第
１実施例と同様である。

【００３９】尚、上述した実施例では、測定対象物のあ
る平面での断層像の再構成について述べたが、所定時間
間隔で複数回計測を繰り返すことで、立体断層像を再構
成できることはいうまでもない。また、複数の電極を移
動体の移動方向に複数ライン設けることで、同時の計測
で一度に立体断層像が得られることも勿論である。

【００４０】

【発明の効果】本発明（請求項１，２）によれば、スキ
ャン方式の信号印加や電圧測定を用いず、電気インピ−
ダンスＣＴ法で用いる時間ずれのない正常な電位分布
（同一現象を表す同時刻のデ−タ、または時間分解能に
優れたデ−タ）を得ることができ、短時間で精度の高い
断層像を得ることが可能となる。従って、静止体は勿
論、高速移動体であっても高精度の断層像計測ができ
る。

【００４１】また、本発明（請求項３，４）によれば、
スキャン方式の信号印加を用いず、測定対象物に対して
定常状態の電気励振が常に達成できるので、信号の切り
替え（スウイチング）時に生じる電気的な過渡現象を排
除または防止し、その影響を全く受けず、複数個の電気
信号を安定に供給できる効果がある。また、複数個の電
気信号を測定対象物の周囲から並列かつ分散させて同時
に与えることができるので、複数個の電気信号の入力に
対応する複数個の電位分布を測定対象物の周囲に時間の
ずれなく発生できる効果がある。また、複数個の電気信
号の独立な接続または印加を常に構成するので、複数個
の電気信号の独立な接続または印加の選び方・制御を簡
単化・簡略化する効果がある。また、複数個の電気信号
を測定対象物へ並列に配線する場合も、測定対象物の電
気抵抗の大きさ、電気励振用の信号源の使用台数やその
内部電気抵抗の大きさに影響されず、測定対象物の内部
の変化を検出する電気信号を測定対象物へ安定かつ十分
に与える効果が大きい。

【００４２】更に本発明（請求項５，６）によれば、ス
キャン方式の電位測定を用いず、複数個の電位分布を並
列かつ分散して同時にサンプルするので、時間ずれのな
い同時刻の複数個の電位分布を収録かつ分析できる効果
が大きい。また、並列かつ分散して収録するので、電位
測定の高速化が達成でき、測定時間を極めて短くできる
効果がある。また、入力電気抵抗が絶縁体程度である差
動増幅器素子を装備し、これを複数個使用できるので、
測定対象物の周囲の電位分布を緻密に測定できる効果が
大きい。また、電位測定の共通の接続点を持つ構成によ
り、電位測定の独立の選び方・制御を簡単化・簡略化す
る効果がある。

【００４３】更に本発明（請求項７，８）によれば、並
列かつ分散して同時にサンプルされたデ−タから複数個
の電気信号源の入力に対する電気信号応答（振幅ならび
に位相の特性）が識別できるので、測定対象物の内部の
電気インピ−ダンスの成分、特に抵抗とリアクタンスの
成分を容易に区別できる効果がある。また、複数個に並
列かつ分散してデ−タから複数個の電気信号源の対する
電気信号応答の組合せより、複数個の電気信号源に対す
る測定対象物の周囲の電位分布（振幅ならびに位相の分
布）を簡単に算出できる効果がある。また、電気信号源
の周波数、電位分布（振幅ならび位相の分布）の測定値
を考慮して断層像を再構成できるので、抵抗分布だけで
なくリアクタンス分布を求めることができ、これらの合
成と照合により測定対象物の内部構造を電気インピ−ダ
ンス分布として識別しやすい効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る電気インピ−ダンス
分布測定装置の全体構成図である。

【図２】図１の詳細部分も記載した図である。

【図３】図３は本発明の第２実施例に係る電気インピ−
ダンス分布測定装置の全体構成図である。

【図４】ダイオ−ドの電気特性図である。

【図５】電位分布の測定値を求める計算フロ−チャ−ト
である。

【図６】電位分布の測定値から断層像を再構成する計算
フロ−チャ−トである。

【図７】各信号計測系統の同時サンプル電圧波形図であ
る。

【図８】信号計測系統ｄのサンプル信号の周波数分析結
果を示す図である。

【図９】複素電位分布の測定値φmaのグラフである。

【図１０】複素電位分布の測定値φmbのグラフである。

【図１１】複素電位分布の測定値φmcのグラフである。

【図１２】複素電位分布の測定値φmdのグラフである。

【図１３】複素電位分布の測定値φmeのグラフである。

【図１４】複素電位分布の測定値φmfのグラフである。

【図１５】複素電位分布の測定値φmgのグラフである。

【図１６】無負荷時の各信号源の信号波形図である。

【図１７】無負荷時の各信号源のデジタル信号波形図で
ある。

【符号の説明】

１…多信号同時供給装置、２…多信号同時計測装置、３
…断層像再構成装置、４ａ〜４ｇ…電極、５…測定対象
物、６…測定セル、７ａ〜７ｇ…電気励振用の信号源、
８ａ〜８ｇ…ダイオ−ド、９ａ〜９ｇ…入力バッファ・
アンプ、１０ａ〜１０ｇ…サンプル・ホ−ルド回路、１
１ａ〜１１ｇ…アナログ・ディジタル変換回路、１２ａ
〜１２ｇ…バッファ・メモリ、１３…制御ユニット、１
４…デ−タ処理用計算機、１５…ディスプレィユニッ
ト、１６…キ−ボ−ド、１００…電気インピ−ダンス分
布測定装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木洋明茨城県日立市森山町1168番地株式会社日立製作所エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象物の周囲に設けられた複数の電
極に特徴量の異なる複数の電気信号を印加し、各電極か
ら同時に計測した電気信号を前記特徴量で弁別し、弁別
した電気信号から測定対象物の断層像を作成することを
特徴とする電気インピーダンス分布測定方法。
【請求項２】測定対象物の周囲に設置される複数の電
極と、各電極に特徴量の異なる電気信号を印加する信号
源と、電気信号の印加によって測定対象物から各電極を
通して得られた信号前記特徴量にて弁別する手段と、弁
別して得た信号から前記測定対象物の断層像を再構成す
る装置とを備えたことを特徴とする電気インピーダンス
分布測定装置。
【請求項３】請求項１の複数の特徴量の異なる電気信
号を印加する方法として、電気インピ−ダンスの大きい
測定対象物が移動する電気絶縁性の管路に複数個（Ｎ
個）の電極を設け、基準電極とその他の電極との間に夫
々単方向導通素子を通して特徴量の異なる電気信号を印
加することを特徴とする電気インピーダンス分布測定方
法。
【請求項４】請求項２の信号源は、前記電極数より１
つだけ少なく用意され、各信号源の陰極は共通に基準電
極に接続され、各信号源の陽極は夫々が対応する電極に
夫々単方向導通素子を介して接続されることを特徴とす
る電気インピーダンス分布測定装置。
【請求項５】請求項１または請求項３において、入力
電気抵抗が絶縁体程度となる電気的な基本特性を有する
差動増幅回路を前記電極数Ｎに対してＮ−１個用い、各
差動増幅回路の陰極を共通接続して前記電極のうちの基
準電極に接続し、各差動増幅回路の各陽極を基準電極以
外の対応する電極に接続して、測定対象物からの前記電
極から得られる電気信号を同時に測定することを特徴と
する電気インピ−ダンス分布測定方法。
【請求項６】請求項２または請求項４において、入力
電気抵抗が絶縁体程度となる電気的な基本特性を有する
差動増幅回路を前記電極数Ｎに対してＮ−１個設け、各
差動増幅回路の陰極を共通接続して前記電極のうちの基
準電極に接続し、各差動増幅回路の各陽極を基準電極以
外の対応する電極に接続したことを特徴とする電気イン
ピ−ダンス分布測定装置。
【請求項７】請求項１または請求項３または請求項５
において、断層像を再構成するとき、並列かつ分散した
信号計測系統から得た複数個の電気信号を周波数分析
し、信号源側の周波数に対応する信号応答（振幅と位
相）を解析し、信号源の接続位置に対応する電位分布
（振幅と位相）の測定値を求め、電位分布の測定値，信
号源の接続位置と前記周波数を用いて測定対象物の電気
インピ−ダンス分布の断層像を再構成することを特徴と
する電気インピ−ダンス分布測定方法。
【請求項８】請求項２または請求項４または請求項６
において、断層像を再構成するとき、並列かつ分散した
信号計測系統から得た複数個の電気信号を周波数分析す
る手段と、信号源側の周波数に対応する信号応答（振幅
と位相）を解析する手段と、信号源の接続位置に対応す
る電位分布（振幅と位相）の測定値を求める手段と、電
位分布の測定値，信号源の接続位置と前記周波数を用い
て測定対象物の電気インピ−ダンス分布の断層像を再構
成する手段とを備えることを特徴とする電気インピ−ダ
ンス分布測定装置。
【請求項９】測定対象物を接触状態で包囲する測定セ
ルと、該測定セルの周囲に前記測定対象物に電気的に接
触する状態で設けられた複数の電極と、電極の内の基準
電極とその他の各々電極との間に夫々が他の電気信号と
識別できる特徴量を持つ電気信号を同時に印加する信号
源と、各信号源から電気信号が測定対象物に印加された
ときに基準電極と他の各電極との間に現れる電位信号を
同時に並列に取り込む信号取込手段と、取り込んだ信号
を前記特徴量にて弁別して前記測定対象物の断層像を再
構成して画面に表示する表示手段とを備えることを特徴
とする電気インピーダンスＣＴ装置。
【請求項１０】請求項９において、測定対象物の計測
を行って断層像を再構成する動作を所定周期毎に行っ
て、移動する測定対象物の立体断層像を再構成する手段
を備えることを特徴とする電気インピーダンスＣＴ装
置。
【請求項１１】測定対象物を接触状態で包囲する測定
セルと、該測定セルの周囲に所定間隔ずらした複数のラ
イン夫々に前記測定対象物に電気的に接触する状態で設
けられた複数の電極と、電極の内の基準電極とその他の
各々電極との間に夫々が他の電気信号と識別できる特徴
量を持つ電気信号を同時に印加する信号源と、各信号源
から電気信号が測定対象物に印加されたときに基準電極
と他の各電極との間に現れる電位信号を同時に並列に取
り込む信号取込手段と、取り込んだ信号を前記特徴量に
て弁別して前記測定対象物の立体断層像を再構成して画
面に表示する表示手段とを備えることを特徴とする電気
インピーダンスＣＴ装置。