基于旋转电极的电容层析成像技术图像融合算法

针对固定电极的电容层析成像技术独立测量值较少,且由于电极位置的影响而导致重建图像失真等问题,提出了一种基于16旋转电极的电容层析成像技术系统模型及对应的图像融合方法。模型对16电极的电容层析成像技术模型进行4次旋转,得出的数据分别采用线性反投影算法和修正共轭梯度法算法进行图像重建,再将重建的5张图像进行小波变换,变换得到的低频和高频成分分别采用加权平均和主分量分析的融合准则进行图像融合。实验结果表明:提出的电容层析成像技术旋转模型通过增加测量电容数,结合图像融合方法可明显提高重构图像质量,降低成像误差。     

基于梯度投影稀疏重建算法的电容层析成像图像重建

为解决两相流中存在中心物体、物体比较小或存在多个物体且相距较近时电容层析成像(ECT)重建图像精度较差的问题,基于稀疏分布的流型其介电常数分布满足稀疏性的先验条件,采用梯度投影稀疏重建(GPSR-BB)算法进行ECT图像重建。仿真及实验测试结果表明:GPSR-BB算法对于流体中小目标以及复杂流型的图像重建质量较好,重建图像的形状保真度高。     

基于电容测量和PCA法的两相流相浓度检测方法

介绍利用电容层析成像系统阵列传感器结构和采样特点,引入主成分分析法(PCA)求取两相流相浓度的新方法.对大量测量值样本进行统计分析后,求出用测量值第一主成分求取相浓度的经验公式,仿真及静态实验表明:两者之间有着良好的对应关系,其测量结果不受两相流流型的影响,是一种有较好应用前景的测量方法.     

电容层析成像系统的仿真与研究

针对电容层析成像系统中的8电极电容传感器,通过电磁场有限元分析软件ANSYS建立了其仿真模型,实现了传感器电容值的快速获取,并分析了传感器的灵敏度特性.在此电容传感器结构下,对层流、核心流、泡流三种典型流型利用RBF神经网络进行了辨识.提出了以层流、核心流、泡流的特征参数作为BP神经网络图像重建的主要依据,实验结果表明利用特征值作为神经网络的输出可以重构出满意的图像.     

多权值电容归一化方法的研究

基于并联模型且考虑了不同介质满场分布时电容值对测量电容值的影响,提出了一种多权值电容归一化方法,所建模型不仅适用于两相流还适用于两相流以上的多相流。实验结果表明:在包含2种以上介质的多相流图像重建中,使用多权值模型的图像重建精度的均方差为0.0044,明显优于并联模型的0.0322,因此,多权值模型能够提高图像重建算法精度。分析重建图像发现,该模型还能提高物场中心处的灵敏度,使得物场中心处物体的成像误差减小,从而提高重建图像质量。     

电容成像技术及其应用

过程成像技术是近十多年来发展起来的一种新型过程检测技术，可以广泛应用于石油、化工、电力及冶金等行业中的两相流测量。本文结合清华大学自动化系过程成像小组研制的电容成像系统，介绍了电容成像技术的发展和现状，包括电容成像基本原理、微电容测量电路和图像重建算法等。论文给出了现有系统在小型流化床模拟装置上进行测量和连续图像重建的实验结果，并进行了分析。此外，论义对电容成像技术今后的发展作出了展望。     

Kalman滤波在电容层析成像图像重建中的应用

利用Kalman滤波算法进行电容层析成像图像重建,通过不断更新测量信息提高重建图像质量。在滤波初始,需要确定重建图像灰度及估计误差方差矩阵的初值。为研究不同初值组合对重建图像质量的影响,选择3流型进行了仿真实验,获得了最佳的初值组合,并在电容层析成像实验装置上进行了静态测试,实验结果表明,与Landweber算法相比,使用最佳初值组合的Kalman滤波算法可获得更为接近真实分布的重建图像。     

电容层析成像混联归一化模型研究

在电容层析成像图像重建过程中,为更好地反映两相/多相介质介电常数的分布,提出了一种电容混联归一化模型。基于剖分单元到中心电场线的最小距离与最大距离的比值,确定了电容混联归一化模型的加权因子,并据此计算灵敏度矩阵。进行了仿真实验及静态测试,结果表明重建图像的精度及形状保真度均获得明显提高。     

模拟炸药浆料搅拌过程的电容层析成像探索

探讨了模拟炸药浆料(液/固两相流)的滚动式搅拌过程及其物流状态电容层析成像的试验,试验结果显示该装置可以实时测量和反映管道内液固两相流动的情况,表明电容层析成像是一个具备炸药浆料这种液/固两相流搅拌过程中观测容器内流体成分分布、流速等重要信息能力的一种新的监测工具,将为观测炸药浆料搅拌过程内部行为提供了一种可视化技术,但图象分辨率有待进一步提高.     

一种电容层析成像系统电极组合激励测量方法

针对电容层析成像图像重建具有非线性不适定性的问题,提出了8组24电极旋转激励测量方案,并与传统12电极电容层析成像传感器进行了对比分析,包括电容值大小及其动态范围、敏感场分布均匀性以及重建图像质量。应用COMSOL软件及Matlab软件对两种传感器激励模式进行仿真,结果表明:所提出的8组电极旋转激励测量模式,其电容独立测量数与传统12电极传感器相近,可较好地保证实时成像速度,测量电容值较大且动态范围较小,降低了信号检测电路设计难度,测量区域灵敏场均匀性有所改善,对中心物体的成像质量明显提高。     

Application of electrical capacitance tomography to the void fraction measurement of two-phase flow

Based on the electrical capacitance tomography technique, a new method for the void fraction measurement of two-phase flow is proposed. A 12-electrode void fraction measurement system is established. A mathematical model of image reconstruction of electrical capacitance tomography is developed. To obtain the quantitative information of two-phase flow, combining the Tikhonov regularization principle and the algebraic reconstruction technique algorithm, a new image reconstruction algorithm is presented. The experimental results show that the accuracy of void fraction measurement is satisfactory. The proposed method is suitable for the void fraction measurement of many kinds of two-phase flow.     

高固多相粘稠物料管道输送监测数字辐射成像

介绍了一种利用数字辐射成像技术来实现高压不透明输送管道中高固多相粘稠物料流动可视化的60Co数字辐射成像系统.该系统结合被测客体自身的运动特点,以扫描方式工作,避免了繁杂的图像重建,能直接获得数字图像,适用于铁等效质量厚度不超过60 mm的被测客体流动成像,可用于高压不透明输送管道中密相固液两相流流动机理的研究.文中阐述了该数字辐射成像系统的总体构成,包括系统的基本原理和研制概况.进而介绍了该60Co数字辐射成像系统的性能指标以及功能特点.     

两相流下电磁流量计感应电势仿真研究

在电磁流量计应用于油水两相流的测量时,由于油水两相流中存在非导电物质,非导电物质对流量计测量存在一定影响。通过有限元软件ANSYS对流量计磁场分布建立了仿真模型,运用FLUENT软件对流量计的流体建立仿真,讨论了非导电物质对电磁流量计权重函数的影响。利用仿真结合数值计算的方法对电磁流量计不同含水率与流量下电磁流量计感应电势进行研究,并通过模拟井实流实验对仿真结果进行验证。     

Simulations for parallel processing of ultrasound reflection-mode tomography with applications to two-phase flow measurement

An evaluation of the application of a parallel-processing array to the measurement of two-phase flow, such as bubbly oil flow through a pipe, in real-time is described. Pulse-echo ultrasound tomography is used to generate a cross-sectional image of the flow that forms the basis for the deduction of flow parameters, such as the void fraction. The tomographic algorithm used is backprojection adapted for execution on an array of parallel-processing devices. It is shown that real-time reconstruction is feasible using the concepts of parallel processing. Different sensor arrangements were investigated by computer simulation. It is shown that a special multisegment sensor results in a significant improvement in signal-to-noise ratio and image quality and that the reconstructed image benefits from the concurrent activation of multiple receivers per transmitted pulse. The findings may also be useful for nondestructive testing and medical applications.     

探测器和投影数目对 CT 重建精度的影响

利用迭代算法从不完全的投影数据中重建图像，得出探测器和投影的数目与图像精度的关系。用琐的探测器数目和旋转角度个数分别进行了图像的重建。在投影数据不完全的条件下，迭代法可以得到较好的重建效果，对于迭代算法，在相同的重建时间内，探测器的数目对图像精度的影响比旋转角度个数的影响要大。     

A high-performance EIT system

This paper presents the development of a new electrical impedance tomography system for online measurement of two-phase flows with axial velocities up to 10 ms/sup -1/. The system is designed in a modular fashion and can consist of several data acquisition modules and computing modules. The data acquisition module includes a voltage controlled current source with a direct-current-restoration circuit, an equal-width pulse synthesizer unit and a synchronized digital demodulation unit. A new concept of current switching scheme is developed to enhance the ac coupling speed. The computing module includes a digital signal processor (TMS320C6202/6713) with memory, multichannel buffered serial ports and an IEEE1394 communication interface. Several DSP modules can be pipelined for a series of tasks ranging from measurement control to image reconstruction to flow velocity implementation. The performances have been tested and some trial results are reported. A data acquisition speed of 1164 dual-frames (2.383 million data points) per second has been achieved with a root mean square error less than 0.6% at 80 kHz in static test application. An application in the measurement of vertical oil-in-water pipe flow is reported.     

Two Methods for Measurement of Gas-Liquid Flows in Vertical Upward Pipe Using Dual-Plane ERT System

In modern industrial processes, the accurate measurement of two-phase flow is an important task. Process tomography can provide a distribution information of a two-phase pipe flow. In order to carry out instantaneous flowrate measurements of the gas-liquid two-phase flow in a vertical upward pipe, a dual-plane electrical-resistance-tomography (ERT) system is combined with a cross-correlation technique to measure the gas-liquid two-phase flow, in which the continuous phase is a conductive liquid. A pixel correlation method and a feature-value-correlation method are applied to estimate the disperse-phase velocity. Two methods are used to estimate the local void fraction and the disperse velocity distribution by reconstructing the image pixel gray value distribution. Estimates of the mean void fraction and the disperse-phase mean velocity are obtained by extracting the feature value of the measured data at the dual-plane ERT boundary. The variation in the disperse-phase distribution with changes in time is considered, and the estimated values for both the disperse-phase void fraction and velocity have been experimentally obtained, which are used in the calculation of the instantaneous flowrate. The air-water two-phase flow experiments are designed to evaluate the validity of the two methods used in estimation. The experimental results agree with the theoretical methods for obtaining the disperse-phase velocity and instantaneous-flowrate measurement in the vertical upward pipe.     

一种电容层析成像图像重建优化算法

提出一种电学层析成像(ECT)图像重建优化算法。通过将传统正则化算法转化为最小二乘问题进行求解,结合lp范数逼近正则化最小化问题,利用重新加权的方法进行迭代计算。以油-气两相流模型进行仿真及静态实验,将所提出的优化算法与常用的LBP、Landweber迭代及Tikhonov正则化算法进行对比。结果表明,与常用算法相比,采用该优化算法对管道中心物体及多物体分布流型进行图像重建,其图像相对误差均为最低,且重建图像的形状保真度明显提高。     

基于快速散斑结构光三维重建的在线测量系统

在流水生产线中实现工件表面三维信息的快速获取及尺寸的快速测量是当前辊压成形等制造业智能化升级过程中的迫切需求。基于散斑投影的三维重建方法仅需利用单幅物体散斑图像即可重建出物体表面的三维数据,在流水线工件快速测量中具有一定优势。本文对散斑三维重建中较为耗时的对应点搜索算法进行了优化,并在此基础上研制出适用于辊压成形制造生产线的工件快速三维测量系统。实验结果显示,该系统具有较快的三维数据重建速度,测量误差在0.035 mm范围内,能够满足辊压成形工件三维结构尺寸的快速在线测量需求。