基于ECT的复合材料构件胶层缺陷检测

航空用复合材料构件在制造和服役过程中不可避免会产生各种缺陷及损伤。通常复合材料构件是粘贴在基体上使用,针对其粘接胶层缺陷和损伤,提出了一种基于同面阵列电极传感器ECT技术的无损检测方法。基于电容边缘效应,利用同面阵列电极传感器,以循环激励方式工作,根据复合材料构件胶层内部缺陷/损伤对材料介电特性的影响,进行缺陷/损伤检测。通过仿真和实验研究了复合材料构件典型胶层缺陷与阵列电极传感器电容变化量的关系,并基于线性反投影算法对其成像。研究结果表明基于电容敏感机理的同面阵列电极传感器对复合材料构件胶层缺陷检测的可行性和有效性。     

提高ECT系统成像质量和速度的方法

在电容层析成像(ECT)技术的应用中,图像重建的质量和速度是电容传感器,并通过一种改进的正则化算法和利用DSP系统来实现快速高质的图像重建.     

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。     

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。     

基于加权奇异值分解截断共轭梯度的电容层析图像重建

针对电容层析成像技术(ECT)中的"软场"效应和病态问题,提出了一种基于加权奇异值分解(SVD)截断共轭梯度的电容层析(ECT)图像重建算法。阐述了电容层析成像工作原理,提出了12电极ECT系统的测量方法。在分析灵敏度矩阵的奇异值分解理论的基础上,推导出了加权SVD截断共轭梯度的数学模型,并利用Tikhonov方法进行正则化加权处理。最后,分析了算法的收敛性,并将其应用于电容层析成像系统的图像重建中。实验结果表明,对于层流,截断共轭梯度算法的平均误差能达到27.54%,全部流型平均迭代步数达到13步,与LBP、Landweber和CG算法比较,该算法具有成像效果好,成像速度快,易于实现等特点。     

基于改进信赖域的电容层析成像图像重建算法

针对电容层析成像技术中的"软场"效应和病态问题,提出了一种改进信赖域的新电容层析成像算法。在分析电容层析成像基本原理的基础上,推导出了求解ECT反问题的信赖域算法的计算步骤,同时利用BFGS公式对迭代过程中产生的Hesse矩阵进行校正。在此基础上对信赖域算法的收敛性进行了分析和证明,算法满足收敛条件且重建图像误差小。仿真和实验结果表明,和LBP、Landweber和共轭梯度算法相比,对于简单流型该算法兼备成像质量高、边界均匀稳定等优点,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的方法。     

基于LU分解的共轭梯度法单步成像算法

单步和迭代电容层析成像（ECT）图像重建算法分别具有成像质量差和成像速度慢的缺点,为了快速得到高质量的重建图像,本文提出了一种新型的基于LU分解的单步共轭梯度成像法。该方法首先将ECT物理模型进行规范化和Tikhonov正则化处理,进而将LU分解的思想引入ECT方程的求解中,从而实现了单步图像重建。理论分析表明,该算法具有良好的单步收敛性。通过典型流型的仿真实验,证明了该算法可以获得优于反投影算法的重建图像。     

一个基于1范数的电容层析成像图像重建迭代算法

电容层析成像因具有快速、廉价、非侵入传感等优点而被认为是具有广阔发展前景的过程成像技术.电容层析成像图像重建是一个典型的病态问题,它的解是不稳定的.为了获得有意义的重建结果,能够保证解的稳定性而又能提高重建图像质量的方法应该被采用.本文提出了一个基于1范数稳定的电容层析成像图像重建算法.将图像重建问题转化为一个最优化问题,并对目标泛函采用光滑逼近.在此基础上用Newton法求解该目标泛函.数值实验表明该算法是有效的,能够有效克服ECT图像重建的数值不稳定性,就本文所考察的重建对象而言,该法所获得的重建图像的质量有了一定的提高,从而为ECT图像重建引入了一种有效的方法.     

电容层析成像技术的研究进展与分析

电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)技术是以医学CT技术为基础,伴随着计算机技术和传感器技术发展起来的一种过程层析成像技术。对ECT系统的各个组成单元和工程应用的研究成果进行分类,并逐类进行总结论述。比较了不同结构的电容传感器,并对传感器参数的优化方法进行总结。讨论了测量电容值的各种方法及其优劣性。在归纳主要图像重建算法及其改进方法的同时,还分析了典型算法的原理和流程。总结了ECT系统的各种主要工程应用和成功案例。在此基础上,指出了有待发展的若干研究课题及关键技术,并对某些发展方向予以展望。     

基于INGA的电容层析成像图像重建算法的研究

电容层析成像图像重建是一个具有典型的病态问题,在分析遗传算法基础上,针对小生境遗传算法易于早熟、收敛速度慢以及局部寻优能力较差等缺点,提出了一种引入梯度算子的改进小生境遗传算法(INGA)用于ECT图像重建.仿真和实验结果表明,对于简单流型该算法与LBP、Landweber算法相比满足收敛速度快且重建图像误差小,并能以较高的精度重构出两相流体的截面成像,为ECT图像重建算法的研究提供了一个新的思路.     

3D ECT reconstruction by an improved Landweber iteration algorithm

Electrical capacitance tomography (ECT) is a relatively mature non-invasive imaging technique that attempts to map dielectric permittivity of materials. Recently, 3D ECT has gained interest because of its potential to generate volumetric images. The study of a fast and accurate image reconstruction algorithm is a challenge task, especially for 3D reconstruction. In this paper, we propose an improved Landweber iteration algorithm. We incorporate an additional acceleration term into the cost function and apply an adaptive threshold operation to the image obtained in each iteration for reducing artefacts. The algorithm proposed is tested by the noise-free and noise-contaminated capacitance data. Sensitivity matrixes and capacitance data of a 3D ECT sensor are obtained by using the finite element (FE) method. Extensive simulations in 3D reconstruction are carried out. The results verify the effectiveness of these improvements. Both the reconstruction time and the artefacts in the reconstructed image are reduced obviously. The experimental results of 3D reconstruction of objects in the shape of letters U and L confirm the effectiveness of the proposed algorithm further.     

Preconditioned Landweber iteration algorithm for electrical capacitance tomography

Electrical capacitance tomography (ECT) has been used to obtain the cross-section images of processes with different dielectric materials inside. Image reconstruction with ECT is to retrieve the permittivity distribution of materials inside the sensor from the capacitance measurements. Algorithms for ECT image reconstruction should be both precise and fast in order to satisfy the requirements of real-time monitoring of the dynamic behavior of processes. Several algorithms have been developed for ECT image reconstruction. The Landweber iteration is the most precise one. However, the low convergence rate of the Landweber iteration limits its application for on-line imaging.This paper introduces an iterative algorithm based on the Landweber method with preconditioning for ECT image reconstruction. A preconditioner, which is equivalent to a filter, is applied to the Landweber iteration. The convergence of this algorithm is analyzed. Its performance is evaluated by using simulated and experimental data corresponding to certain typical permittivity distributions. Preliminary numerical and experimental results show that this algorithm converges more rapidly than the Landweber iteration without preconditioning. Therefore, image reconstruction iteration can be accelerated, which makes on-line quantitative image reconstruction possible.     

Image reconstruction algorithm for capacitively coupled electrical resistance tomography

Capacitively Coupled Electrical Resistance Tomography (CCERT), which is on the basis of Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection (C⁴D), is a novel electrical tomography technique. As a developing technique, more research work should be undertaken. This work focuses on the study of image reconstruction algorithm of CCERT. Combining Tikhonov regularization principle and Simultaneous Iterative Reconstruction Technique (SIRT), a new hybrid image reconstruction algorithm is proposed. Tikhonov regularization is introduced to obtain the initial reconstructed image. SIRT is used to obtain the final reconstructed image. With a 12-electrode CCERT prototype, image reconstruction experiments are carried out. Experimental results show that the images reconstructed by the proposed image reconstruction algorithm are satisfactory and are in accord with the actual distributions of two-phase flows. The research work also indicates that the proposed image reconstruction algorithm is more suitable for image reconstruction of CCERT, comparing with the conventional image reconstruction algorithms of Electrical Capacitance Tomography (ECT) and Electrical Resistance Tomography (ERT).     

基于稀疏布阵的实时三维成像声纳系统

水下实时三维成像声纳系统可以有效地提高对水下目标探测及识别的能力,本文提出基于稀疏面阵的实时三维成像声纳系统,该系统包括3个部分:窄带信号发射系统、稀疏布阵接收系统及信号处理系统。信号处理系统在远场情况下采用二维FFT波束形成获得目标三维成像,近场情况下采用自聚焦二维FFT波束形成获得三维成像结果。相比于直接相移波束形成,稀疏布阵情况下采用二维FFT波束形成算法具有更小的计算量和内存需求量的优势。基于该成像算法,设计并实现一套实时三维成像声纳系统,通过多次湖上及海上实验对该系统进行测试,实验结果表明:该系统可以获得水下近场及远场目标的三维图像并满足实时成像的要求。     

粒子滤波算法在ECT图像重建中的应用

针对电容层析成像技术(ECT)的图像重建质量精度较低的问题,提出了一种基于粒子滤波的ECT图像重建方法。首先,分析了ECT图像重建基本原理,以系统状态估计的方式描述了ECT图像重建最优解的搜索过程,并建立了状态空间模型。然后,以线性反投影(LBP)算法的图像重建结果作为初始状态,利用测量信息对从状态空间中获取的随机样本进行最优加权,以获得重建图像的最小方差估计。最后,对5种不同的流型进行了仿真实验。实验结果表明,利用本文方法获得的重建图像误差平均值为42.93%,相关系数平均值为0.813 9,比LBP算法、Landweber迭代算法和IMN-SNOF算法得到的相应指标要好。本文方法是一种有效、精度较高的ECT图像重建方法,为ECT图像重建技术提供了新的途径和手段。     

油气润滑ECT系统的RBF图像重建算法研究

采用COMSOL软件建立了油气润滑环状流管道与ECT系统的三维物理及有限元模型,结合电磁场理论获取了传感器的电容值;建立了电容值与成像灰度值一一对应的的RBF映射模型;提出了RBF算法并应用于油气润滑两相流动的图像重建过程;以图像相对误差(IME)和图像相关系数(CORR)为评价指标对该算法的进行实验验证。研究结果表明,RBF算法在ECT系统图像成像的准确性及相关性方面可以很好的适用于油气润滑;相较于其他图像重建算法,图像精度提高了40.52%,图像分辨率提高了22.13%。     

Image reconstruction of electrical capacitance tomography based on optimal simulated annealing algorithm using orthogonal test method

Electrical capacitance tomography (ECT) is a visualization measurement method for two-phase flow. Imaging permittivity distributions using electrical capacitance tomography has always been one of the most significant issues studied by scholars, and the algorithm will have a great impact on the accuracy of image reconstruction result. This paper applies simulated annealing (SA) algorithm to image reconstruction in ECT. However, some parameters of SA algorithm need to be optimized in order to obtain better reconstructed images in ECT. The influence of different parameter values in SA algorithm for image reconstruction in ECT is studied, and a set of optimal parameters of the SA algorithm is obtained based on the orthogonal experimental design method in this paper. At the same time, simulation and static experiments are conducted. Reconstructed images by SA algorithm with optimized parameter are compared with the linear back projection (LBP) and Landweber iterative algorithms. The results show that better images can be obtained for typical oil-gas two-phase flow using SA algorithm. The quality and shape fidelity of reconstructed image for the central object are obviously improved.     

动态电容层析成像图像重建算法

提出了融合ECT测量信息和被测对象动态演化信息的新型图像重建模型;基于Tikhonov正则化方法,建立一个同时考虑了ECT测量信息、被测对象动态演化信息、时间与空间约束的新型图像重建目标泛涵,将图像重建问题转化为最优化问题;提出了集成分裂Bregman迭代法优势的新型算法求解该目标泛涵。数值仿真结果表明,所提出的图像重建算法其图像重建质量均优于OIOR算法、STR算法及PLI算法;同时由于所提出的图像重建算法同时考虑了测量数据和重建模型的不精确性,其抵抗测量噪声的能力得以提高。     

介电常数分布对电容层析成像传感器灵敏度的影响

电容层析成像技术（ECT）近年来发展迅速。ECT传感器属“软场”传感器，其灵敏度分布受被成像介电常数分布的影响。由于“软场”特性的复杂性，图像重建时常忽略其影响，其结果是重建图像中有较大的“软场”误差。为获得高质量的图像重建，必须研究ECT传感器的软场特性。本文通过典型介电常数分布下灵敏度分布的计算与比较，分析了ECT传感器的“软场”特性，给出了介电常数分布对灵敏度分布影响的主要规律。