小尺度浅层瞬变电磁测量方法与装置基础研究

摘要

生物体电阻抗成像技术是利用生物组织和器官的电特性(电导率、阻抗和介电常数等)及其变化来提取生物体生理状况的一种无创检测技术，这一技术所提取的病理信息丰富以及其无创性、实时监测性等特点，具有广阔的应用前景。其中电阻抗成像技术(Electrical Impedance Tomography，EIT)和磁感应成像技术(Magnetic Induction Tomography，MIT)便是生物体阻抗成像技术的典型代表。
　　 生物体是一个复杂的系统，其特征信息需要多种方法来提取。EIT和MIT技术是利用稳态、单频的电流和磁场对生物体组织进行激励，进而得到生物体的电磁效应现象。本文借鉴地质勘探中的瞬变电磁法，提出了小尺度浅层瞬变电磁法对生物体组织进行测量，即先利用直流激励的线圈在这个空间中建立起静态磁场，该磁场称为一次场，在该磁场稳定建立后快速关断直流供电电源，这样在导电媒质中感应出感应涡流，对电导率分布不同的电特性结构，其上半空间的涡流场消失的过程也有所不同，据此就有可能通过测量和分析上半部空间的磁场响应来确定媒质的电性结构。采用瞬变电磁法产生的激励信号是一个多频信号，这是跟在EIT和MIT中采用的单频稳态激励是有所不同的。
　　 本文首先对在瞬变磁场激励下导电媒质中的感应涡流衰减过程进行了分析计算，然后对导电媒质中的涡流分布进行了仿真，从仿真结果可以看出瞬变电磁法对不同电导率物体的分界面有较好的分辨能力。之后，对实验电路的设计，功能进行了详细的探讨。之后，对不同电导率的琼脂模块进行了测量，得到一些有益的结论，最后针对研究过程中的不足，提出了改进意见。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究的目的和意义

1.2生物体测量的国内外研究现状

1.2.1生物体的电磁成像

1.2.2电阻抗成像

1.2.3磁感应成像

1.3瞬变电磁法

1.4本文内容的结构安排

2瞬变电磁法的理论基础

2.1工作装置结构

2.2一次场

2.3均匀媒质表面垂直阶跃磁偶极子电磁场

2.3.1均匀媒质表面垂直阶跃磁偶极子电磁场表达式

2.3.2均匀媒质表面垂直谐变磁偶极子的电磁场的特性

2.3.3瞬变过程的特点

2.4斜阶跃下的导电球体的瞬变电磁响应

2.5发射波形分析

3瞬变电磁场下导电媒质的电磁仿真

3.1引言

3.2涡流场分析

3.3有限元法与Maxwell 3D软件

3.3.1有限元法的基本原理

3.3.2 Maxwell 3D软件的自适应剖分技术

3.4瞬变电磁场下导电球体电磁响应的仿真

4装置的实现

4.1系统结构

4.2电流发射部分的设计

4.2.1电流发射部分特点

4.2.2发射桥路的设计

4.2.3控制信号的产生

4.2.4驱动电路的设计

4.2.5功率吸收电路

4.3发射及接收线圈结构

4.4信号接收部分设计

4.4.1前置放大电路

4.4.2低通滤波电路

4.4.3陷波及后级放大电路

4.5硬件设计中电磁兼容的考虑

4.5.1接地

4.5.2电源滤波

4.5.3 PCB板布线的考虑

5装置的性能分析及实验

5.1实验方案

5.2测量实验及分析

5.2.1控制信号波形测试

5.2.2模拟实验

6全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

致 谢

参考文献

附 录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录