油气润滑ECT传感器的管道电容及其影响

采用COMSOL软件建立油气润滑电容层析成像传感器的三维物理模型,推导计入管道电容的数学模型;定义管道电容影响系数,分析管道厚度和管道半径对其影响。在算法中计入管道电容对环状流进行图像重建,并对重建图像质量进行评价。研究结果表明:管道电容影响系数可以表征管道电容对测量电容的影响;管道厚度增加或管道半径减少,管道电容对测量电容的影响增大,特别是对于油气润滑小管径,管道电容对测量电容有较大影响;计入管道电容影响后,重建图像质量有一定提高。     

厚管壁电容层析成像传感器特性研究

电容层析成像技术利用多电极电容传感器实现对多相流电介质分布进行可视化.通过对管道内径为10 mm,管壁厚度为5 mm的8电极电容传感器的数值模拟,研究了管道介电常数、管内介质介电常数以及径向电极对传感器电容绝对值、空满管电容变化值和传感器线性度的影响,分析了厚管壁下电容传感器的灵敏场特性,并给出了在高径极比条件下传感器设计的参数优化方案,为电容层析成像检测电路的设计提供相应的依据.     

基于ECT/EST双模信息融合的磨粒图像重建算法

电容层析成像(ECT)技术因其非侵入、无辐射、可视化、响应快、成本低等优势在两相流测量中获得了广泛应用,但在发动机油路中,因摩擦产生的能量释放使磨粒荷电,对ECT传感器电容值的测量产生扰动,严重影响成像质量。为提高荷电颗粒存在情况下电容层析成像的图像重建质量,提出电容层析成像(ECT)与静电层析成像(EST)双模信息融合成像方法。该方法通过测量荷电颗粒在传感器矩形电极上感应的电荷值,得到荷电磨粒的信息;通过ECT系统得到一组电容值,并利用加权融合的修正方法,对ECT中畸变的电容值进行修正;用修正后的电容值进行图像重建。仿真实验证明:该方法能够弥补单一ECT模态的成像质量不高的不足,减弱荷电颗粒对ECT电容值测量的干扰,明显提高了图像重建质量,降低了成像误差;采用双模态重建图像方法可正确识别环状流、泡状流、核心流等几种典型流型。     

微型电容层析成像传感器的设计及应用

本文提出一种电容层析成像微型传感器,实现脉动热管内两相流的可视化监测及液膜厚度的测量.该传感器也作为流动管道,具有和测量管道基本相同的传热和流动特性.同时,建立基于图像灰度的液膜厚度测量方法,并采用最大类间方差法对重建图像进行处理.实验结果表明：可视化监测图像与实际相符,液膜厚度测量结果与Nusselt理论计算结果吻合较好.相比普通电容层析成像传感器,其测量精度和空间分辨率都有一定提高,从而拓宽了电容层析成像技术的应用范围.     

两相流电容层析成像中图像重建的研究

电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)技术是目前最具发展前景的多相流参数检测方法,它可重建两相流在其流经管道横截面上的分布图像.对12电极的电容传感器进行了数学描述,建立了电容敏感场分布的数学模型及其有限元模型,分析了敏感场的算法,利用有限元法实现了敏感场的仿真,并且研究了敏感场分布的规律.在此基础上利用灰度图像重建的方法重现出不同流体分布状态下油管横截面的灰度图像,为两相流在线检测仪器的设计提供了理论依据.     

油气润滑测试系统中ECT软场效应研究

电容层析成像系统的传感器具有"软场"特性,即敏感场分布受被测介质的影响。为获得高质量的重建图像,利用COMSOL软件快速求解油气润滑测试系统ECT的灵敏度矩阵,运用COMSOL和MATLAB联合仿真,对该管道内层流和环状流2种典型流型的灵敏度场的软场效应进行分析,并且应用LBP算法和OTSU算法,分别在考虑和忽略软场效应的情况下对2种流型进行图像重建。仿真结果表明,软场效应改变了灵敏度分布;润滑油介质靠近管壁时,检测敏感度较高;采用软场效应改变的灵敏度矩阵进行图像重建,将有效提高重建图像精度。     

基于单检测通道的电容层析成像系统

提出了改进的交流法微弱电容检测电路,对相敏解调器的输入正弦信号作带通滤波处理,以提高检测精度和稳定性.为了简化数据采集系统,提出了单检测通道的电容层析成像硬件架构,设计了适用于单检测通道电容层析成像的12电极T型电极开关阵列,并可以升级为16电极系统.为了克服单通道检测速度低的缺陷,改进检测电路以缩短C/V转换时间.将单检测通道电容层析成像系统应用于煤粉气力输送的过程检测中.重建图像显示,在输送固相体积浓度由0.15增加到0.4的过程中,水平管道气固两相流的流型由层流变为均相流,稳定后又恢复到层流状态.     

同心圆环区域电容层析成像传感器数目优化

针对同心圆环区域,设计了不同数目的组合电容层析成像传感器,以提高传感器在测量区域的空间分辨率。基于数值仿真,对内外径之比为0.2、0.3、0.4、0.5的4种同心圆环区域,采用了传统外层12电极和12-4、12-6、12-8 3种内外双层结构电极(IEE),研究了其成像特性。其中IEE传感器测量过程施行外部-对立-内部(EOI)和外部-对立(EO)两种激励策略,对几种典型的介质分布进行测量,并采用LBP、Tikhonov、Landweber算法开展图像重建。结合数值仿真和实验验证,结果显示内外双层电极测量随着同心圆环形区域内外径比增大,内层电极数目存在最优值,12-4型电极结构在不同环形区域的重建图像质量和稳定性更好。采用LBP算法进行成像时,EOI激励策略相比于EO激励策略在成像精度上略有优势;采用Tikhonov算法和Landweber迭代算法时,EO激励策略能有效避免异常电容值的影响,与IEE电极组合时能在不同内外径比的同心圆环区域测量中提高成像质量。     

油气润滑ECT传感器的轴向屏蔽电极及其影响*

建立UMIST型（带轴向接地屏蔽电极）和METC型（带轴向驱动屏蔽电极）油气润滑ECT传感器的三维物理模型,根据三维物理模型推导电容值和灵敏度数学表达式,并分析轴向屏蔽电极对传感器的敏感性和灵敏度均匀性的影响;采用线性反投影算法（Linear Back Projection,LBP）进行图像重建,并比较重建图像与真实图像的相对误差和相关系数。结果表明：2种轴向屏蔽电极均可消除边缘电容并提高传感器的敏感性;带轴向接地屏蔽电极使得传感器的灵敏度更加均匀,而带轴向驱动屏蔽电极的传感器则相反。带轴向接地屏蔽电极的传感器更适用于油气润滑中环状流的识别,其重建图像与真实图像的相对误差降低了28.79%,相关系数提高了14.05%。     

循环流化床上ECT传感器灵敏场的有限元分析

电容层析成像传感器的敏感场受多相流介质分布的影响,软场特性给图像重建带来很大困难,为了提高重建图像质量,对敏感场分布进行分析是非常必要的.该文以12电极方形电容传感器为基础,对电容层析成像技术应用于循环流化床研究做了简单阐述,着重研究了用有限元法对方形电容传感器敏感场分布的计算机仿真,讨论了负敏感场的处理方法.