电阻抗的码分多频测量方法研究

在尽可能宽的频率范围内获取待测对象的电阻抗参数，在固体类工程材料及结构的性能分析、液体及多相流体成分检测、生物组织及生物组织内流体形态检测等领域，有着重要的应用。在脉冲式电阻抗谱软传感器的研究基础上，借鉴通信领域中常见的码分多址思想，提出一种由不同脉宽的矩形脉冲组成串行编码信号进行激励，利用信号中的高次谐波成分实现电阻抗的多频率测量，利用编码特征实现干扰抑制的码分多频测量方法。以人体生物电阻抗及金属工件电阻抗体系为研究对象，就这种码分多频测量方法的相关理论及实现技术开展研究。重点在电阻抗体系的脉冲编码激励及响应信号的同步快速采集技术、响应信号中阻抗谱信息的提取技术、分布式测量体系中的抗交叉干扰技术以及电阻抗谱成像算法等方面寻求突破。预期成果不仅将为现有的电阻抗测量方法提供一种新思路，而且可望在工业检测以及人体健康测量方面取得应用，具有重要的理论意义和巨大的应用价值。

以人体生物电阻抗及金属件无损检测中的电阻抗体系为研究对象，就一种采用串行编码信号进行激励的电阻抗多频测量方法进行了深入研究。针对电解质水溶液、人体皮肤、探测线圈-金属目标靶体系的电阻抗测量问题，建立了研究平台，并在此基础上开展了码分多频测量技术的研究。主要研究成果体现在三个方面：（1）电阻抗体系的脉冲编码激励与响应信号提取。研究了电极测试系统中响应信号的有效提取技术，给出了低输入端电容值情况下的噪声分析结果，不仅可用于电阻抗体系的电极式测量，而且对于MEMS微弱电容测量电路的设计，具有重要的指导意义。研究了电磁耦合线圈检测系统中的信号提取技术，重点探讨了一种基于自由衰减振荡模式的检测方法。提出了一种利用脉冲的开关特性，通过测量自由衰减振荡波形实现阻抗测量的方法。(2) 多频率激励下响应信号中阻抗谱信息的提取。采用不同占空比编码方波脉冲激励进行阻抗谱拼接的方法，有效克服了方波脉冲激励的高频衰减困难。可快速有效获取溶液、生物阻抗及金属体系的电阻抗谱。将该方法用于双电极法测量阻抗时，可有效克服极化阻抗因素导致的测量误差，在无源无线植入式电阻抗测量系统中有重要的应用价值。（3）电阻抗体系分布式测量中的谐振增强技术。针对分布式电极系统的测量问题，通过对双电极组成的一阶电阻抗体系添加一只电感元件，组成二阶谐振单元，提出了一种阻抗信息的谐振式测量方法。在基于线圈的阻抗测量体系中，提出了一种采用无源无线谐振线圈增强电磁耦合距离的谐振增强传感方式，有效增大了电涡流传感器的探测距离，在电涡流位移测量、电涡流无损探伤及电磁耦合无线能量传输领域，具有重要的应用前景。