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。     

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。     

用于气液两相流流型识别的ECT传感器的优化设计

为提高电容层析成像系统图像重建的质量,采用有限元方法,建立电容层析成像系统敏感阵列电极二维数学模型,同时以8电极水气两相流电容层析成像为研究对象,分析不同电极覆盖率以及屏蔽电极与电极外表面距离对电容层析成像系统电容值及敏感区域的影响.结果表明,电极覆盖率在80%左右时,电容传感器灵敏度均匀性得到提高,屏蔽半径是管道内径...     

电容层析成像在滑动轴承润滑油膜测量中的应用

滑动轴承是燃气轮机、蒸汽轮机、压缩机等重型旋转机械中的关键部件,其安全稳定运行具有重大的经济意义。该文提出将电容层析成像技术用于滑动轴承润滑油膜分布的监测。根据滑动轴承的特点,设计特殊的传感器结构。将轴颈设为特殊的传感器电极,与轴瓦上的常规电极共同形成电极阵列,对轴颈和轴瓦间的环形空隙区域成像。对设计的传感器结构建立有限元模型,计算传感器电容、电极对灵敏场等,以分析传感器的特性。采用LBP和Landweber 2种算法重建滑动轴承润滑油膜分布图像,重建算法能较好地重建设定油膜分布下的图像。     

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。     

阵列式电容传感器优化设计及灵敏特性分析

平面电容传感器基于边缘效应工作,敏感场具有明显的软场特性,导致其检测能力易受外部因素影响而降低。为了改善敏感场分布特性,提升传感器的检测精度,提出了一种新型12电极平面阵列电容传感器,对其进行特性分析。首先,采用数值模拟方法建立三维敏感场模型,同时选取灵敏度值三维成像的方法分析子灵敏度和整体灵敏度分布特性。其次,利用评价指标P量化评判新型12电极传感器和矩形阵列传感器的敏感场分布均匀性。建立3种不同物场模型并结合Tikhonov正则化算法进行图像重建。最终结果表明新型传感器的P值减小3.6%,重建图像的平均相关系数增加7.2%。综合验证了新型12电极传感器有效改善了敏感场均匀性,提升了传感器的检测能力。     

基于参数解调方法的ECT技术

电容层析成像技术(ECT)是过程层析成像(PT)中发展最为成熟的技术.该技术利用空间敏感电极阵列探测被测物场介质分布变化,通过数据采集单元提取有用信息并传输到上位机进行图像重建,再构物场介质分布图像.该技术具有非侵入、快速响应、成本低廉以及可视化等优点.其中,电容变化信息的提取以及数据采集是该技术的关键环节之一.本文采用一种新型信号解调方法--参数解调,对被调制信号进行处理.该解调方法主要建立在延伸型普朗尼参数识别的基础上,可一次对多频率信号的幅值、相位进行解调,非常适用于多频激励系统的数据采集.仿真实验和图像重建表明,该方法具有计算量小、解调精度高等优点.     

ECT传感器灵敏场在不同管径下对重建图像保真度的影响研究

用有限元法对电容层析成像系统的传感器进行了分析,得到了在不同管径下的灵敏场分布.为了提高图像重建质量,对灵敏场分保留与去掉相邻电极两种情况进行了处理.分别利用处理前后的灵敏场,以保真度为指标,对比不同管径下成像的仿真结果,得出在小管径下利用处理后的灵敏场重建的图像保真度较高,而在大管径下利用处理前的灵敏场重建的图像保真度较高,并利用大小两种管径的传感器进行了实验验证.对于ECT应用中,为获得相对较高的重建图像保真度,在不同管径下选用不同的灵敏场处理方法提供了参考依据.     

基于ANSYS的ECT系统传感器电容值的仿真研究

电容层析成像(ECT)技术是一种新的测量技术,也是目前较为成熟的一种过程层析成像系统.该技术是用于识别一个封闭管道内两相流/多相流系统中各个相成分分布问题.它由正问题和逆问题组成,正问题中电容传感器的敏感场分布函数的计算要涉及到静电场中电容计算问题.在ECT系统的仿真研究中,电容要通过场的数值计算方法来求得.本文介绍了如何使用ANSYS来计算ECT传感器中的各电极对之间的电容.测试表明,计算结果与通过实验测量结果相吻合,该方法方便了正问题的仿真研究.     

多相流电容层析成像系统的仿真研究

ECT技术是多相流检测领域中的新技术,在工业中有广阔的应用前景。基于有限元法,作者开发了ECT仿真软件,利用该软件对ECT系统进行了仿真研究。求出ECT敏感场的数值解,分析了敏感场灵敏度特性,建立了简化的图像重建模型,最后得到重建图像,获得了满意的结果。     

基于MOR两相流电容层析成像图像重建

在电容层析成像系统（ECT）的研制中，普遍采用线性反投影法（LBP）进行图像重建，但LBP产生的图像模糊现象难以消除，通过引入基于模型的重建算法（MOR），利用计算机仿真的方法进行图像重建，可很好消除模糊效应，为流型辨识提供有效的途径。     

利用电容层析成像测量稀疏气固两相流动

采用电容层析成像技术(ECT),对常温下稀疏气力输送的固体浓度、速度和质量流量进行了测试研究。浓度分布采用单层电容传感器,速度分布采用双层电容传感器得出相关信号。由测得的速度及体积分数通过计算可以得出质量流量。为克服电容传感器敏感场的不均匀性对成像造成的影响,实验系统中装置了一旋风分离装置,通过旋风分离作用将固体颗粒主要集中在壁面区域,传感器电极布置在分离器直管上。通过对截面体积分数分布、平均值以及波动特性的分析证明了这种测试方法的可行性及可靠性。相关测量结果与称重法测试结果吻合良好,证明这种方法可获得可靠的测量结果。     

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.     

基于小波神经网络的电容层析成像图像重建算法

电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)技术是一个复杂的非线性问题,针对图像重建问题的病态性,提出了基于小波神经网络的图像重建算法。利用主成分分析法对输入变量(电容测量值)进行降维处理,利用小波神经网络建立电容测量值与成像区域介电常数分布的非线性映射。小波神经网络的神经元激励函数由伸缩和平移因子决定的小波基函数,采用BP算法对网络进行训练,并引入学习率与动量因子的自适应调整方法以加快网络训练的收敛速度。实验结果表明,与典型的反投影及Landweber迭代算法相比,该算法所构图像质量有明显改善。     

基于差分灵敏度模型的电容层析成像图像重建方法

电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)图像重建本质上是非线性的、病态的逆问题,利用线性近似技术的重建方法被ECT广泛采用。该文研究了极板电容测量值和介质分布的非线性程度与灵敏度分布函数的梯度值之间的关系,并将灵敏度梯度幅度应用到灵敏度的归一化过程,用来提高线性近似模型的准确性。同时提出一种新的基于灵敏度差分的灵敏度归一化模型,根据灵敏度中心差分,组合并行归一化和串行归一化模型而构建归一化灵敏度矩阵,能够得到更好的图像重建线性近似模型。数值实验对比了3种归一化模型,并分析了基于差分模型的归一化灵敏度的特征。结果表明,利用新方法构建的归一化灵敏度矩阵代替常规的灵敏度矩阵,常用的Landweber迭代和Tikhonov正则化迭代算法在不增加重建时间情况下,重建图像质量得到明显改善。