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.     

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.     

电容层析成像系统阵列传感器的优化设计

电容层析成像系统的结构参数对电容敏感场灵敏度的分布有重要影响,进而影响重建图像的质量.本文提出了一种灵敏场均匀性的评价指标,并据此对电容层析成像系统阵列传感器进行了优化设计.     

多相流层析成像传感器的研究

本文在介绍了多相流动参数常见的测量方法及特点后,分析了影响电容层析成像系统性能的因素,提出了采用浮置电极阵列电容的成像传感器。分析表明这种设计的传感器可产生较为均匀的灵敏度分布和较大的等效电容值。     

复杂电极结构的单片式电容传感器研究

提出了两种新型单片电容传感器结构,用ANSYS软件对不同参数的传感器进行了仿真,分析了被测物距离、电极间隙和电极厚度对传感器初始电容和灵敏度的影响,并通过实验对仿真结果进行了验证。结果表明,测量系统的灵敏度与电极间隙和被测物距离近似成反比,传感器初始电容值随电极结构复杂度提高而增大;电极厚度对电容值的影响非单调,存在最优值。     

电容层析成像系统(ECT)软场特性研究

电容层析成像(ECT)系统阵列传感器的敏感场受被测介质的影响,这一"软场"特性是ECT应用于两相流参数测量中的一个主要问题.本文介绍了基于有限元模型的仿真实验,通过数据分析研究了多个影响灵敏场分布的因素及其规律.     

一种新型的三维ECT传感器及三维图像重建方法

针对二维电容层析成像系统轴向分辨率低,对介电常数在轴向有显著变化介质的分布不适应,在分析电容层析成像基本原理的基础上,提出了一种新型的三维电容层析成像传感器结构。三维电容层析成像传感器检测电极分为3层布置在绝缘管道外壁,在测量时根据需求,采用双电极激励检测模式对同层或不同层之间极板阵列组合进行检测,以获得传感器内部介质的三维数据。实验结果表明,介质轴向分布图像更加客观和真实,与传统的单电极激励模式相比较,检测电容值得到提高,测量区灵敏度均衡性得到改善,图像重建精度得到提高。     

非闭合电极电容传感器在电容层析成像中的应用

提出了一种新型的非闭合电极电容传感器，以满足利用电容层析成像技术来测试冻土中水分迁移、物质组成及其动态变化特性的要求，对该电容传感器的敏感场进行了计算，并对其进行了成像仿真研究。结果表明：该电容传感器可以实现测试区域内不同形状物体的测量及图像重建，其中Landweber成像算法对该传感器成像质量最好，从而为利用电容层析成像技术来进行冻土测试提供了实验基础。     

非闭合电极电容层析成像传感器的敏感场计算及仿真成像研究

本文提出了一种新型的非闭合电极电容传感器，以满足利用电容层析成像技术来测试冻土中水分迁移、物质组成及其动态变化特性的要求，对该电容传感器的敏感场进行了计算，并对其进行了成像仿真研究。结果表明，该种电容传感器可以实现测试区域内不同形状物体的测量及图像重建，其中Landweber成像算法对该传感器成像质量最好，从而为利用电容层析成像技术来进行冻土测试提供了实验基础。     

矩形电容层析成像传感器仿真模拟和实验测量

常规电容层析成像传感器为规则对称方形或圆形结构,其测量和成像算法已相对成熟.由于受循环流化床旋风分离器入口结构段的限制,上述传感器结构已不能应用在旋风分离器入口段的测量,因此为了研究大型化循环流化床多旋风分离器并联布置入口段固体颗粒浓度分布,提出和设计了一种矩形非常规电容传感器,该传感器为12电极结构,在每个入口段的短边布置2个电极,长边布置4个电极,成像敏感场仿真计算基于Ansoft-Maxwell软件.对此传感器进行了静态仿真模拟研究和静态实验测量,对不同激励电压和频率测量结果进行分析,并对测量结果进行误差分析,得到矩形不规则电容传感器最佳测量参数(激励电压和频率),并对循环流化床分离器入口段进行了动态测量.结果表明,这种矩形非常规电容传感器可以用于循环流化床冷态试验台的旋风分离器入口段的直接测量,测量结果对改进旋风分离器的布置方式有参考意义.     

阵列式静电-电容传感器灵敏度特性研究

结合静电和电容传感技术各自的特点,提出了阵列式静电-电容传感器用于气固两相流中固相颗粒的局部速度、局部浓度以及局部流量测量。利用静电极片阵列与电容极片阵列获取管道内颗粒的速度分布与浓度分布,进而计算出颗粒的局部流量。该阵列式传感器参数测量的准确性直接取决于它的空间灵敏度分布特性。对静电极片阵列和电容极片阵列的灵敏度特性进行了研究。首先,建立了静电极片阵列的三维静电场模型,通过有限元法分析静电极片阵列的结构参数(电极长度、电极覆盖角等)对传感器灵敏度特性的影响;然后根据电磁场理论建立电容极片阵列的数学模型,并对其进行数值计算,研究管道厚度、管道介电常数、电极覆盖角等参数对传感器灵敏度特性的影响;最后搭建了传动带装置进行了实验研究,实验结果证实了模拟结果的准确性,为阵列式静电-电容传感器的优化设计提供理论依据。     

螺旋极板电容式传感器的特性研究和参数优化

针对传统电容式传感嚣的不足,构建了一种改进型螺旋表面极板电容式传感器.采用二维有限元和MATLAB 相结合的方法,分析了电极参数对传感嚣输出电容和灵敏度的影响,并进行了优化设计.优化后的传感器灵敏场均匀性误差小于4％,显著地改善了传感嚣的软场效应,有效地减少了流型和相分布对测量结果的影响.     

一种新的ECT敏感场计算方法

分析了电容成像传感器的敏感场电位分布与极板电容关系的理论模型,提出一种基于电位分布的灵敏度有限元计算方法.通常使用的敏感场计算的方法是根据灵敏度计算公式,改变场内每个单元介电常数,由正问题求解极板电容变化而计算得到,该法计算非常耗时.提出一种新方法,通过求解源极板和测量极板单独激励下电位分布,结合有限元单元的能量系数来计算整个敏感场分布.相比之下,新方法的计算时间大大缩短,可达2个数量级,并且重建结果与用常用计算方法的结果相一致.     

Determination of the optimal axial length of the electrode in an electrical capacitance tomography sensor

Electrical capacitance tomography (ECT) is one of the most successful process tomography techniques, which has been developed for more than a decade. Thus far, most of the research on ECT has been based on two-dimensional modeling, which simplifies the ECT sensor structure as two dimensional. However, certain key issues such as the three-dimensional effect of the ECT sensor are not considered at all. In this paper, the finite element method is used to solve the partial differential equation governing the ECT sensing zone, which is actually three dimensional. The sensitivity distributions between different electrode pairs are calculated and compared with those based on the two-dimensional modeling. The impacts of the length of both the measurement electrode and the guard electrode on the sensitivity distribution are investigated. The effect of the length of the measurement electrode on the normalized capacitance is also discussed. According to the numerical results presented in this paper, it is suggested that the optimal length of the measurement electrode for electrical capacitance tomography is the same as the width or diameter of the sensor.     

基于CAV424的电容式压力传感器测量电路设计

随着差动式硅电容传感器广泛应用于各行各业中,对差动电容信号的检测至关重要.文中提出基于CAV424电容检测芯片作为前置检测单元,实现了电容压力传感器测量电路.该电路具有稳定性好,抗干扰性强,且通过非线性补偿有良好的线性.实验结果表明,实际电路与理论分析具有良好的一致性.     

电容层析成像系统传感器优化设计

针对电容层析成像系统的数据采集系统存在的灵敏度低,检测信号微弱,信噪比低等问题,分析电容传感器各结构参数对系统物理性能的影响,建立了传感器敏感场场域的数学模型,从软场角度,介质分布,敏感场的均匀性以及传感器结构参数等方面进行了分析,确定了传感器的优化设计函数。采用响应面方法对隐式函数进行拟合,得到响应面方程并加以验证,获得了一组传感器优化参数,完成了传感器的优化设计。图像重建结果表明,采用优化后得到的传感器重建精度高,对ECT系统的研究具有重要意义。     

基于加权SVD截断共轭梯度的ECT图像重建算法

针对电容层析成像技术中的“软场”效应和病态问题,基于灵敏度矩阵的奇异值分解理论,提出了一种加权SVD截断共轭梯度的ECT图像重建算法,给出了算法的数学模型,完成了算法的收敛性分析和证明,并将其应用在电容层析成像系统的图像重建中。仿真和实验结果表明,同LBP算法和CG算法相比,该算法有成像效果好,成像速度快,易于实现等特点。     

电容层析成像传感器场域剖分及图像重建算法

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。采用有限元法，通过对敏感机理的分析，提出一种利用不等间距的场域剖分方法，对敏感场分布进行计算机仿真，依据敏感场计算的数据及测量结果，提出了基于遗传算法的图像重建算法。实验证明有限元模型是正确的，说明利用不等间距的剖分形式可以得到较好的仿真结果，重建的图像具有较高的精度。     

用于两相流测量的ECT图像重构技术研究

电容层析成像技术(ECT)具有非侵入、响应速度快、成本低等优点,是用于两相流参数检测非常有发展潜力的技术之一。而图像重构是ECT系统研究的关键技术。该文利用有限元方法对12电极ECT系统进行建模仿真,进行正问题求解,获得了图像重构的样本数据;引入改进的径向基函数神经网络,建立了ECT图像重构算法,并在MATLAB平台上进行了仿真验证。结果表明,改进的径向基神经网络算法在图像重构准确度及速度方面有了明显提高。