一种新的电容层析成像电容测量值归一化模型

在电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)图像重建中,测量电容需根据高、低介电常数进行归一化处理.并联模型为常用的归一化模型,其归一化电容值与测量电容值为线性关系.串联归一化模型,其归一化电容值与测量电容值则为非线性关系,与并联归一化模型相比,重建图像有所改善.最新提出的基于电力中心线的混联模型为并联及串联归一化模型的混合,该文针对混联归一化模型提出了确定模型因子的多阈值方法.仿真及实验结果表明.基于多阈值的混联归一化模型,其重建图像质量得到较大提高.     

电容层析成像系统自适应电容归一化模型研究

电容层析成像(ECT)系统中,电容测量转换电路获得的数据必须经过归一化处理,才能使用重建算法进行图像重建。在并联、串联归一化模型的基础上,利用并联、串联模型的数学关系提出了自适应归一化模型函数关系。模型的自适应因子根据中心电场线(EFCL)划分的两个区域中单元到中心电场线的最小距离与最大距离的比值来计算,仿真及实验结果表明基于该模型的重建图像质量优于并联及串联模型。     

电容层析成像系统关键技术

介绍电容层析成像系统中两个关键技术：电容／电压转换电路和图像重建算法。电容／电压转换电路采用激励源幅值可控负反馈法设计，电路具有较好的线性度、稳定性和抗杂散电容干扰能力。图像重建算法采用正则化优化修正算法，实验结果表明，所重建的图像质量和图像重建速率都得到提高。     

电容层析成像系统径向电极对传感器性能及敏感场分布的影响

电容层析成像系统传感器的敏感场分布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.该文以8电极油水两相流电容层析成像为研究对象,采用有限元仿真的方法,分析了径向电极及其嵌入尺寸对电容层析成像系统电容值及敏感场分布的影响.通过仿真分析,确定了径向电极的嵌入尺寸,从而能够在缩小测量电容值的动态变化范围,减轻数据采集电路设计难度的同时,提高电容响应的灵敏度,改善传感器敏感场的分布,提高电容层析成像系统的性能.     

基于COMSOL电容层析成像

过程层析成像技术是两相流检测中的一种新型的检测技术,有广泛的适用性.本文采用一种新的方法一COMSOL对电容层析成像研究并仿真.首先介绍电容成像系统的结构和电容传感器的数学模型;其次,用COMSOL对管道横截面建模、划分网格并仿真;最后,分析了不同介电常数和不同介质对成像质量的影响.     

电容层析成像系统质量实验分析

利用电容层析成像系统实验装置对气/固两相流成像质量进行实验研究.实验结果表明,在图像重建算法一定的情况下,成像质量均受成像传感器极板长度、成像区域像素个数和成像对象等因素的影响.文中还提出了相应的解决方法.     

带有径向电极的小尺度电容层析成像传感器设计

电容层析成像应用于小尺度管道内成像的关键问题是传感器的设计，而常规传感器往往无法满足测量需要。该文在分析小管道测量特点后，提出3种不同径向电极布置的小型电容成像传感器结构，并通过有限元仿真比较了不同径向电极布置对测量电容的影响。同时，对电极间绝缘介质介电常数及屏蔽罩与电极外表面距离对电极对间电容的影响进行了详细地探讨。结果表明，对于具有较厚厚度的电极，电极对间的本体电容主要来自电极对侧表面间的电容，且相邻电极间绝缘介质介电常数对电极对间电容的影响不显著，但电极对间电容随着屏蔽罩与电极外表面距离增加而增加。依据仿真结果，设计出一种新型径向电极布置的小尺度传感器，并将其用于实测，获得了较好的结果。     

基于遗传算法电容层析成像图像重建算法的研究

采用了有限元法和归一化敏感场对传感器进行了仿真分析和计算，并提出了敏感场数值从有限元域到成像域的转换方法和一种新的基于遗传算法的ECT图像重建方法．该图像重建方法利用流型数据作为初始值在一定的范围内搜索最优解，能以较高的精度重建两相流体的断层图像，为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的思路。     

图像融合理论在电容层析成像中的应用

针对图像重建问题,介绍了电容层析成像的系统构成及基本原理,多分辨率图像融合方法和融合规则,并对预处理投影Landweber算法和改进的Tikhonov正则算法所仿真的结果进行图像融合。结果表明:融合图像成像精确度明显地提高,去除冗余信息后的图像更接近原型,可应用于现场两相流的实时图像重建。     

基于敏感场变换的电容层析成像图像重建算法研究

快速而又具有一定精度的图像重建算法是电容层析成像(ECT)技术的关键。本文采用有限元方法,通过对敏感场机理的分析,提出一种基于敏感场变换的ECT图像重建新算法,通过对敏感场进行变换来提高电容传感器在管道中心区域的灵敏程度,从而提高管道中心区域的图像重建精度。该算法应用敏感场信息的部分数据和全部数据分别进行一次图像重建,将2次重建得到的图像进行组合得到最终重建图像。仿真和实验表明该算法能够快速而又较高精度的重建出两相流断层图像,尤其是在管道中心区域,图像重建精度有了较大提高。     

用于ECT系统的低成本、宽带微小电容测量电路

介绍了目前满足ECT(电容层析成像)系统要求的三种微小电容测量电路的原理、优缺点;分析、设计了程控增益负反馈交流型电容测量电路。该电路采用分立元件设计激励信号,降低了系统成本,具有动态测量范围宽、灵敏度高等特点,已成功应用于电容层析成象系统的测量中;最后给出了具体的实验结果。     

基于电容检测方法改进的ECT图像重建算法研究

本文对现有电容层析成像系统的电容检测方法进行了改进,通过分析电容传感器敏感场的软场产生机理提出一种基于极性交换的新电容检测方法,采用新检测方法后可以使应用于图像重建的独立电容值个数增加一倍,从而改善系统数学模型的病态特性,在此基础上结合Tikhonov正则化算法进行实验仿真。仿真数据表明与传统电容检测方法相比结合极性交换电容检测方法的Tikhonov算法能够快速而又较高精度的重建出两相流断层图像,尤其是对于复杂流型,图像重建精度及形状都有了较大提高,同时还提高了电容传感器敏感场的均匀性,改善了其非线性程度。     

电容层析成像系统的电容测量电路

目前流动层析成像技术是公认的是具有前景的多相流参数检测途径，其发展主流之一是电容层析成像技术，其中小电容检测是该技术的关键和难题之一。针对电容层析成像系统，通过讨论比较，从三种小电容测量电路中选择出一种用于电容层析成像（ECT）系统，实验结果表明该电路能够满足使用要求。     

电容层析成像系统三维数据场可视化研究

以油水两相流系统为研究对象，在电容层析成像系统获得的两相流截面相分布数据基础上，对三维数据场可视化最常用的Marching Cubes算法加以改进，将两相流系统的流动、变化过程以可视化形式显示出来，为流动测量、控制提供可视化信息，使工业现场的“黑箱”系统变成透明系统。经仿真实验，可视化效果能形象反映油水两相流系统内部动态变化情况。     

滑油磨粒大小的电容层析成像分析

航空发动机轴承部件磨损是导致发动机失效,引起飞机重大事故的主要因素之一。通过监测航空发动机油液中磨粒的情况,可以判断轴承部件的磨损程度。以往的检测方法存在操作难度高、随机性大、定量误差较大等问题。提出了基于电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)实现飞机发动机磨粒检测的方法,搭建了实验系统,建立了磨粒大小、位置等与电容值变化关系的数学模型。通过有限元仿真和实测试验表明,ECT方法能实现颗粒状金属材料大小的检测。试验检测系统配套36 mm内径传感器,可以检测3~8 mm的颗粒状金属材料。     

基于ANSYS的传送带ECT检测技术研究

本文通过应用有限元仿真软件ANSYS进行针对30mm厚度钢芯传送带的ECT检测仿真实验,提出沿横向将传送带划分为若干段,分段检测的方法,每一段称为一个子系统,分析了仿真建模及实际设计中影响子系统性能的几个因素。实验结果说明了:仿真建模过程中应考虑到相邻子系统的影响对模型两端各扩展三个极板以保证仿真数据的准确性;电容极板与传送带之间的空隙增大将弱化子系统灵敏度;极板宽度增大可以提高子系统灵敏度;子系统沿传送带横向的长度取为60mm较为合理。优化后的传感器设计为图像重建工作奠定了良好的基础,便于监测传送带接头断裂情况。     

基于TV正则化算法的电容层析成像自适应剖分方法

针对电容层析成像逆问题解的不适定性及重建图像分辨率较低的问题,提出一种基于总变差(totalvariation,TV)正则化的图像重建算法,并由该算法提出一种自适应剖分方法。同常见的Tikhonov正则化算法相比,这种新算法不仅保证了逆问题求解的稳定性,而且提高了对介质非连续分布区域成像的分辨能力,具有良好的保边缘性。基于该算法的自适应剖分方法能够根据介质分布自动对剖分网格进行局部细分。相比全区域细分方法,这种剖分方法在保证图像分辨率的同时减少了计算量,提高了图像重建速度。实验结果表明,该算法在重建图像质量和实时性两方面均具有优势。