电容层析成像系统的图像重建

电容层析成像技术是20世纪80年代中后期形成和发展起来的过程层析成像技术。由于电容传感器具有“软场”特性，并且数据采集系统所获得的投影数据有限，因此图像重建精度的提高成为电容层析成像技术研究的一个难点，为解决这一问题，研究了电容层析成像系统的构成和数学模型，阐述了ECT系统的图像重建算法的发展现状及改进方法。     

电容层析成像系统微小电容测量电路的设计

微小电容检测是电容层析成像技术的关键和难点，依据油水两相流电容层析成像系统的具体要求，研究了一种微小电容交流测量电路，电容测量电路的静态测量误差＜0.2%，漂移为每小时0.05%，实验结果表明：该系统的设计满足使用要求。     

电容层析成像在双套管气力输送中的应用

以某公司双套管密相输送系统为试验平台,用电容层析成像技术对粉煤灰为输送物料进行了相关物理参数的测量研究。研制了适用于高压力下的8加4电极的电容层析成像传感器并进行了试验台的搭建安装。采用电容层析成像技术（ECT）,对常温下气力输送的固体浓度、速度和质量流量进行了测试研究。研究结果证明电容层析成像技术在工业中的现实可行性。     

12电极相干电容层析成像检测系统

在电容层析成像系统中,要求移相器的输出必须与检测信号达到精确同频同相,从而保证相敏解调输出的准确性．而在检测系统中存在大量杂散电容,使检测信号产生相移．为提高检测的准确性,以12电极油水两相流电容层析成像系统为研究对象,在分析电容层析成像系统测量原理的基础上,设计了电容层析成像检测系统,系统采用相干解调的方法避免了杂散电容对相位的影响．并通过实验验证了方法是实用可行的．     

电容层析成像系统中电容敏感场的建模与仿真

对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，编制出电容敏感场分布有限元仿真软件．得到了电容敏感场分布结果并应用于电容层析成像系统样机之中．采用电荷法计算极板上电荷和极板问电容，具有运算简单速度快的优点．能显著提高电容层析成像系统的实时性．实验证明：本文建立的电容敏感场分布符合实际，在实际应用中获得了良好效果．     

电容层析成像流型可视化系统研究

介绍了电容层析成像系统的工作原理,研制了一套高速数据采样基于交流法电容层析成像技术的两相流流型可视化系统,为解决电容层析成像技术在工业实用化过程中存在的一些问题,例如：系统的小型化设计,数据采集和传输的速度有等于提高,以及如何实现数据的远传等,提出模块化的系统结构,实现了电容层析成像系统的一体化设计,在有限元仿真的基础上,采用加权反投影图像重建算法以满足实时成像的速度要求,该电容层析成像流型可视化系统的成像速度在20幅／s以上,在数据通讯距离为50m的情况下,这套电容层析成像系统如实再现了试验回路中的各种流型和过渡流态。试验结果表明模块化设计是成功的。     

电容层析成像系统中电容敏感场的建模与仿真

对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,编制出电容敏感场分布有限元仿真软件,得到了电容敏感场分布结果并应用于电容层析成像系统样机之中.采用电荷法计算极板上电荷和极板间电容,具有运算简单速度快的优点,能显著提高电容层析成像系统的实时性.实验证明:本文建立的电容敏感场分布符合实际,在实际应用中获得了良好效果.     

三项共轭梯度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,提出了一种三项共轭梯度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,给出了三项共轭梯度法的迭代公式和计算步骤,并探讨了ECT应用该算法的可行性,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,同LBP和普通共轭梯度算法相比,该算法兼备成像质量高、边界均匀稳定等优点.     

网格划分对ECT系统仿真数据的影响

电容层析成像系统中的先验数据是图像重建、传感器设计所需的重要数据,也是电容层析成像系统分析的关键。文章利用ANSYS软件对电容层析成像系统进行有限元求解,获取了满管、空管和中心流在网格发生变化的仿真电容值数据,并对仿真数据进行分析,为灵敏场计算及图像重建提供了一种更为准确的先验数据。     

网格划分对ECT系统仿真数据的影响

电容层析成像系统中的先验数据是图像重建、传感器设计所需的重要数据,也是电容层析成像系统分析的关键。文章利用ANSYS软件对电容层析成像系统进行有限元求解,获取了满管、空管和中心流在网格发生变化的仿真电容值数据,并对仿真数据进行分析,为灵敏场计算及图像重建提供了一种更为准确的先验数据。     

电容层析成像图像重建算法的研究

在分析电容层析成像基本原理和图像重建算法的基础上，提出了采用迭代代数方法对管道截面图像进行重建．针对迭代算法收敛速度慢、耗时多的缺点，对迭代算法进行了改进，使重建图像的速度和质量都有明显的提高．     

电容层析成像投影数据的采集系统设计

电容层析系统(ECT)可分为电容传感器阵列、投影数据采集系统和成像计算机三部分.通常的ECI系统中，每个电容极板都有自己的电容检测电路，对应于同一激励源的所有投影数据并行地转换成直流信号.研究了单片机控制的采用串行数据采集方案的ECT投影数据采集系统的设计.各极板共用一套电容检测电路，对应于同一激励源的所有投影数据串行地转换成直流信号，降低了硬件成本，消除了并行测量方式通道差异所带来的误差.论述了设计的整体方案、电容检测电路、极板控制电路、单片机单元电路和软件设计.给出了数据采集系统测试实验和ECT系统成像实验的结果.     

电容层析成像系统敏感场分析及仿真

介绍了以8电极电容传感器为基础的层析成像方法,研究了用有限元方法(FEM)对敏感场进行仿真计算,并对影响电容层析成像敏感场分布的多种因素进行了讨论．     

基于自适应权重粒子群的电容层析成像边界灰度补偿算法

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.为了对这个不适定问题进行求解,在分析电容层析成像基本原理的基础上,提出了一种自适应权重粒子群的电容层析成像边界灰度补偿算法.该算法通过引入粒子群的平均绝对速度与理想速度,自适应调整粒子群优化算法中的参数,对成像后图像边界周围的灰度进行补偿.数值实验结果表明,同线性反投影和共轭梯度算法相比,进行边界灰度补偿后的图像兼备成像质量高、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思路.     

成像流型辨识算法

针对电容层析成像反问题流型识别较难的问题,提出了一种基于高斯混合模型的电容层析成像流型辩识算法.在阐述高斯混合模型和EM算法的基础上,结合Kmeans算法,通过训练得到各类流型所对应的高斯混合模型参数,构造分类器实现对五种流型的快速与精准的识别.实验结果表明,该算法与BP神经网络、SVM、决策树识别算法相比,辨识准确率高、识别速度快,为电容层析成像流型辨识算法的研究提供了一个新思路.     

不受分布电容影响的ECT检测系统

目前流动层析成像技术是公认的最具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.被测小电容经过C/V变换电路后转换成的高频信号与另一路严格同频同相的信号进行同步检波而得到被测信号,因此硬件装置中移相电路的输出必须精确地与检测信号达到同步.但是在ECT系统中，存在大量的分布电容，不同的分布电容又产生不同的相位，所以这些分布电容对检测系统有很大的影响.介绍了一种不受分布电容影响的电容检测系统，该系统应用相干技术来消除分布电容的影响，从而提高了ECT检测系统的准确性.     

基于FE的电容传感器仿真分析

电容层析成像传感器特性在很大程度上决定了层析成像系统的特性。电容传感器的结构参数对电容灵敏度的分布有重要影响，进而影响重建图像的质量。通过有限元仿真分析得出了传感器的结构对灵敏度分布的影响，同时提出了改善灵敏度的方法。     

基于CDC技术的微小电容测量系统

为了解决电容层析成像技术中的微小电容检测问题,设计了一种以电容数字转换器(CDC)芯片Pcap01为核心,以STM32F103为控制芯片,以PC机为上位机的微小电容测量系统.采用CDC芯片将被测电容转换为成比例的数字信号,通过I2C总线传给STM32F103,使用STM32F103对数据做初步处理,并通过串口传递给上位机.上位机使用Qt软件平台进行数据的读取、处理、显示和存储.实验结果表明,该系统具有精度高、抗杂散能力强和实时性好等优点,可以满足电容层析成像系统中对微小电容在线测量的要求.