用于包裹内高含水率违禁品检测的ECT传感器优化设计

何永勃; 陈聪; 张书豪; 张一飞

doi:10.3969/j.issn.1000-1158.2025.08.12

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计量学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (8) : 1164-1171. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2025.08.12

无线电计量

用于包裹内高含水率违禁品检测的ECT传感器优化设计

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Optimization Design of ECT Sensor for Detecting High Moisture Content Contraband in Packages

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摘要

电容层析成像（ECT）是一种有潜力的无辐射包裹内高含水率违禁品的检测方法。为了提高检测精度，设计了一种新型四面电容传感器构型，用于监测传送带上的包裹。根据电容测量动态范围指标、测量灵敏度、灵敏度均匀性和三维成像效果等性能评价指标，通过改变电极面数量、电极数量参数优化传感器结构。实验结果表明：四面32电极布局的综合性能较优；对包裹内2种介电常数的物品位于6个典型位置，该传感器均能做出可视化判断，达到快速识别的目的。

Abstract

Electrical capacitance tomography （ECT） is a promising method for the detection of high water content contraband in radiation-free packages. In order to improve the detection accuracy， a novel four-sided capacitive sensor configuration is designed for monitoring packages on a conveyor belt. The sensor structure is optimized by changing the number of electrode surfaces and the number of electrodes parameter according to the performance evaluation indexes such as dynamic range index of capacitance measurement， measurement sensitivity， sensitivity uniformity， and three-dimensional imaging effect. The experimental results show that the comprehensive performance of the four-sided 32-electrode layout is superior； for the items with two dielectric constants located in six typical positions within the package， this sensor can make visual judgments to achieve the purpose of rapid identification.

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何永勃, 陈聪, 张书豪, 等. 用于包裹内高含水率违禁品检测的ECT传感器优化设计[J]. 计量学报. 2025, 46(8): 1164-1171 https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2025.08.12

HE Yongbo, CHEN Cong, ZHANG Shuhao, et al. Optimization Design of ECT Sensor for Detecting High Moisture Content Contraband in Packages[J]. Acta Metrologica Sinica. 2025, 46(8): 1164-1171 https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2025.08.12

中图分类号： TB973

参考文献

列表( 原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序 ) 可视化分析

[1]	李旭，何龙标，祝海江，等. X射线衍射法测量电容传声器的膜片张力［J］.计量学报，2022，43（12）：1645-1650. LI X， HE L B， ZHU H J， et al. Measurement of Diaphragm Tension of Condenser Microphone by X‑ray Diffraction ［J］. Acta Metrologica Sinica， 2022，43（12）：1645-1650. 本文引用 [1]

[2]	李鼎，张岩.太赫兹生物效应的原理和应用［J］. 光学与光电技术，2023，21（3）：134-150. LI D， ZHANG Y. Principles and Applications of Terahertz Biological Effects［J］. Optics & Optoelectronic Technology， 2023，21（3）：134-150. 本文引用 [1]

[3]	赵振武，王军杰，张怡.机场旅客安检系统可靠性优化研究［J］.中国安全科学学报，2023，33（8）：182-189. ZHAO Z W， WANG J J， ZHANG Y. Research on reliability optimization of airport passenger security system ［J］. China Safety Science Journal， 2023，33（8）：182-189. 本文引用 [1]

[4]	巩润龙.基于PGNAA技术的爆炸物识别模拟装置的研究［D］. 南昌：东华理工大学，2021. 本文引用 [1]

[5]	FENG H， TANG J， CAVALIERI R P. Dielectric properties of dehydrated apples as affected by moisture and temperature［J］. Transactions of the ASAE， 2002， 45 （1）： 129-135. 本文引用 [1]

[6]	HOSSEINI M， KAASINEN A， LINK G， et al. Electrical capacitance tomography to measure moisture distribution of polymer foam in a microwave drying process［J］. IEEE sensors journal， 2021， 21（16）： 18101-18114. 本文引用 [1]

[7]	马敏，郭鑫.基于改进SR3模型算法的ECT图像重建研究［J］.计量学报，2023，44（1）：95-102. MA M， GUO X. Research on ECT Image Reconstruction Based on Improved Algorithm of SR3 Model［J］. Acta Metrologica Sinica， 2023，44（1）：95-102. 本文引用 [1]

[8]	WANG H， YANG W. Application of electrical capacitance tomography in circulating fluidised beds——A review［J］. Applied Thermal Engineering， 2020， 176：115311. 本文引用 [1]

[9]	张立峰，张明.一种电容层析成像图像重建优化算法［J］.计量学报，2021，42（9）：1155-1159. ZHANG L F， ZHANG M. An Optimized Algorithm for Image Reconstruction of Electrical Capacitance Tomography［J］. Acta Metrologica Sinica， 2021，42（9）：1155-1159. 本文引用 [1]

[10]	SUN S， CAO Z， HUANG A， et al. A high‑speed digital electrical capacitance tomography system combining digital recursive demodulation and parallel capacitance measurement［J］. IEEE Sensors Journal， 2017， 17（20）： 6690-6698. 本文引用 [1]

[11]	徐康，谭超，吴昊，等.工业总线标准电容层析成像系统设计［J］.北京航空航天大学学报， 2017， 43（11）： 2338-2344. XU K， TAN C， WU H， et al. Electrical capacitance tomography system design based on industrial bus standard［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2017， 43（11）： 2338-2344. 本文引用 [1]

[12]	马敏，王涛，范广永.内外组合电极的ECT传感器优化设计［J］.机床与液压，2019，47（18）：70-76. MA M， WANG T， FAN G Y. ECT sensor optimization design for internal and external combination electrodes［J］. Machine Tool & Hydraulics， 2019，47（18）：70-76. 本文引用 [2]

[13]	WEI H Y， QIU C H， SOLEIMANI M. Evaluation of planar 3D electrical capacitance tomography： from single‑plane to dual‑plane configuration［J］. Measurement Science and Technology， 2015， 26（6）： 65401-65401. 本文引用 [1]

[14]	SHEN J， MENG S， YE M， et al. 3D image reconstruction using an ECT sensor with a single layer of electrodes［J］. Measurement Science and Technology， 2020， 31（8）： 085106. 本文引用 [1]

[15]	WAJMAN R， BANASIAK R， MAZURKIEWICZ L， et al. Spatial imaging with 3D capacitance measurements［J］. Measurement Science and Technology， 2006， 17（8）： 2113-2118. 本文引用 [1]

[16]	BANASIAK R， WAJMAN R， SANKOWSKI D， et al. Three‑dimensional nonlinear inversion of electrical capacitance tomography data using a complete sensor model［J］. Progress In Electromagnetics Research， 2010， 100： 219-234. 本文引用 [1]

[17]	何永勃，张书豪.基于ECT与深度学习的高含水率违禁品快速筛查方法［J］. 计量学报， 2023， 44（8）： 1256-1263. HE Y B， ZHANG S H. Rapid Screening Method of High Moisture Content Contraband Based on ECT and Deep Learning［J］. Acta Metrologica Sinica， 2023， 44（8）： 1256-1263. 本文引用 [1]

[18]	范文茹，郝魁红，薛倩.基于开放式电容成像的CFRP层压板缺陷检测［J］.仪表技术与传感器，2018（6）：122-126. FAN W R， HAO K H， XUE Q. Damage Detection of CFRP Laminates Based on Open Electrical Capacitance Tomography［J］. Instrument Technique and Sensor， 2018（6）：122-126. 本文引用 [1]

[19]	田鹏.ECT图像重建算法优化研究［D］.太原：太原理工大学，2022. 本文引用 [1]

[20]	张立峰，蒋玉虎.电容层析成像三维图像重建研究［J］.计量学报，2019，40（3）：462-465. ZHANG L F， JIANG Y H. Study of Three-dimensional Image Reconstruction for Electrical Capacitance Tomography［J］. Acta Metrologica Sinica， 2019，40（3）：462-465. 本文引用 [1]