本发明涉及一种基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法，包括以下步骤：1)将凝胶放置于盛有导电溶液的电阻抗实验水槽中；2)用电阻抗成像数据采集系统进行电流激励和电压采集，并使用灵敏度算法进行电导率图像重建；3)根据得到的成像结果，判断凝胶的电导率是否等于溶液的电导率，如为否，执行步骤4)，否则，通过液体电导率仪测量溶液的电导率，即得到凝胶的电导率；4)调整溶液电导率，并返回步骤3)。与现有技术相比，本发明具有对于任意形状的凝胶，只要其电导率分布均匀，测量电极与凝胶不接触，就可以方便地测量一定频率的电流激励下凝胶的电导率值等优点。
1.一种基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2)用电阻抗成像数据采集系统进行电流激励和电压采集，并使用灵敏度算法进行电导率图像重建；
3)根据得到的成像结果，判断凝胶的电导率是否等于溶液的电导率，如为否，执行步骤
4)，否则，通过液体电导率仪测量溶液的电导率，即得到凝胶的电导率；
所述的用电阻抗成像数据采集系统进行电流激励和电压采集具体为：a)通过压控电流源使信号发生器产生恒定电流输出的正弦波信号；
b)再经过模拟开关选择敏感电极阵列中的一对电极施加激励电流，依次测量其余所有相邻电极对之间的电压，然后重复步骤b)，直至所有的电极对都激励过；
c)此时得到的测量电压，经过缓冲装置以减少噪声，再经过可编程增益放大器差分放大和滤波解调后，最后经过模数转换后传输给计算机；
2.根据权利要求1所述的基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法，其特征在于，凝胶被放置于用于电阻抗实验的水槽中，凝胶的高度至少与电极的上边缘平齐，凝胶的位置应靠近而又不接触电极片。
3.根据权利要求1所述的基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法，其特征在于，所述的导电溶液为食盐水，通过加盐或蒸馏水增大或减小食盐水的电导率。
4.根据权利要求1所述的基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法，其特征在于，根据灵敏度算法进行电导率图像重建具体为：
2)根据以下的公式，使用边界测量电压，不断迭代计算出场域内的电导率分布；
式中，Vj′(σ′)和Vj(σ)分别代表了电导率分布为σ′的被重建场域和电导率分布为σ的参考场域的第j次边界测量电压， 代表第n次迭代的计算电导率分布， 为假设的初始电导率分布， 和 分别代表了场域电导率为 和 时的第j次边界计算电压， 表示第n次迭代的归一化后的电阻抗变化量，Sj， 是当电导率分布为时，第k个单元的灵敏度系数，而 表示归一化后的灵敏度系数， 表示第n次迭代的归一化后的电导率修正值；
定义阈值 当T<0.001时，迭代收敛，此时的 即为所求电导率分布计算值。
5.根据权利要求4所述的基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法，其特征在于，电导率的分布被表示为可视化图像，不同的电导率值用不同颜色表示。
6.根据权利要求5所述的基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法，其特征在于，所述的根据得到的成像结果，判断凝胶的电导率是否等于溶液的电导率具体为：当二者不相等时，可视化图像中凝胶与溶液呈现不同颜色，需要根据颜色的差别增大或减小溶液的电导率，使其接近凝胶电导率，不断重复此过程，若能达到电导率图像中溶液和凝胶混为一体，即只显示一种颜色，说明凝胶电导率分布均匀，且凝胶的电导率等于溶液的电导率。
7.根据权利要求1所述的基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法，其特征在于，使用液体电导率仪前进行标定，插入溶液之前保持其干净、干燥，以防改变溶液电导率。
一种基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种凝胶电导率测量方法，尤其是涉及一种基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法。
背景技术
[0002] 目前，实验室测量凝胶的一般技术是利用阻抗分析仪测出凝胶阻值R，再用长度测量工具测量得到凝胶的形状参数，如圆柱体凝胶的底面直径d、高度h等，然后利用下面的数学公式计算得到凝胶的电阻率，再求倒数得到凝胶电导率σ。以圆柱体凝胶为例：
[0003]
[0004]
[0005]
[0006] 然而，这种方法不仅成本很高(高精度的阻抗分析仪价格昂贵)，而且无法测量形状不规则的凝胶的电导率。而且，上述技术无法判断凝胶电导率是否分布均匀，只能测得整块凝胶的平均电导率。另外，在上述测量过程中，电极与凝胶表面接触，电极会对凝胶表面施加一定压力，这不足以完全消除接触阻抗，还造成凝胶电阻抗的变化，从而引入误差，接触阻抗和凝胶电阻抗变化的大小与压力大小有关。
发明内容
[0007] 为了克服直接测量技术不能测量不规则形状的凝胶，不能验证凝胶电导率的均匀性以及受到接触阻抗等因素影响的不足，本发明提供了一种基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法，对于任意形状的凝胶，只要其电导率分布均匀，测量电极与凝胶不接触，就可以方便地测量一定频率的电流激励下凝胶的电导率值。
[0008] 本发明可以通过以下技术方案来实现：
[0009] 一种基于电阻抗成像的凝胶电导率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010] 1)将凝胶放置于盛有导电溶液的电阻抗实验水槽中；
[0011] 2)用电阻抗成像数据采集系统进行电流激励和电压采集，并使用灵敏度算法进行电导率图像重建；
[0012] 3)根据得到的成像结果，判断凝胶的电导率是否等于溶液的电导率，如为否，执行步骤4)，否则，通过液体电导率仪测量溶液的电导率，即得到凝胶的电导率；
[0013] 4)调整溶液电导率，并返回步骤3)。
[0014] 凝胶被放置于用于电阻抗实验的水槽中，凝胶的高度至少与电极的上边缘平齐，凝胶的位置应尽量靠近而又不接触电极片；目标物越接近电极，测量灵敏度越高，结果越精确，但不能接触电极片，以免产生接触阻抗。
[0015] 所述的导电溶液为食盐水，通过加盐或蒸馏水增大或减小食盐水的电导率。
[0016] 所述的用电阻抗成像数据采集系统进行电流激励和电压采集具体为：
[0017] 1)通过压控电流源使信号发生器产生恒定电流输出的正弦波信号；
[0018] 2)再经过模拟开关选择敏感电极阵列中的一对电极施加激励电流，依次测量其余所有相邻电极对之间的电压，然后重复步骤2)，直至所有的电极对都激励过；
[0019] 3)此时得到的测量电压，经过缓冲装置以减少噪声，再经过可编程增益放大器差分放大和滤波解调后，最后经过模数转换后传输给计算机；
[0020] 4)计算机根据灵敏度算法进行电导率图像重建。
[0021] 根据灵敏度算法进行电导率图像重建具体为：
[0022] 1)建立网格，将场域分解为M个小单元；
[0023] 2)根据以下的公式，使用边界测量电压，不断迭代计算出场域内的电导率分布；
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028] 式中，V′j(σ′)和Vj(σ)分别代表了电导率分布为σ′的被重建场域和电导率分布为σ的参考场域的第j次边界测量电压， 代表第n次迭代的计算电导率分布， 为假设的初始电导率分布， 和 分别代表了场域电导率为 和 时的第j次边界计算电压， 表示第n次迭代的归一化后的电阻抗变化量， 是当电导率分布为时，第k个单元的灵敏度系数，而 表示归一化后的灵敏度系数， 表示第n次迭代的归一化后的电导率修正值；
[0029] 定义阈值 当T<0.001时，迭代收敛，此时的 即为所求电导率分布计算值。
[0030] 电导率的分布被表示为可视化图像，不同的电导率值用不同颜色表示。
[0031] 所述的根据得到的成像结果，判断凝胶的电导率是否等于溶液的电导率具体为：
[0032] 当二者不相等时，可视化图像中凝胶与溶液呈现不同颜色，需要根据颜色的差别增大或减小溶液的电导率，使其接近凝胶电导率，不断重复此过程，若能达到电导率图像中溶液和凝胶混为一体，即只显示一种颜色，说明凝胶电导率分布均匀，且凝胶的电导率等于溶液的电导率。
[0033] 使用液体电导率仪前进行标定，插入溶液之前保持其干净、干燥，以防改变溶液电导率。
[0034] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0035] 1)这种方法可以测量任意形状的凝胶的电导率，即使凝胶的形状不规则；
