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。

电容层析成像三维传感器结构设计及图像重建

针对二维电容层析成像系统轴向分辨率低,敏感场分布的均匀性对图像重建的影响,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.该结构以三层4电极结构为基础,在保持原有电极总面积不变情况下,将每个电极一分为二变成三层8电极传感器,利用多电极组合激励测量模式将每层划分为8个组合,每个组合作为一个电极,这样不仅能增加投影数据,还能提高测量精度.仿真实验结果表明,与三层4电极结构相比,三层8电极能够获得更多的独立测量电容数,又能提高测量精确度,敏感场分布的均匀性得到改善,提高传感器的中心部位图像重建的质量.

电容层析成像系统三维传感器结构分析

针对电容层析成像系统存在检测信号微弱,灵敏度低和信噪比低等问题,在分析传感器结构参数对传感器物理性能影响的基础上,给出了一种三维电容层析成像系统传感器模型的选择和分析方法,该方法以6种常用模型为基础,通过对比空满管电容值分析,并通过试验改变屏蔽罩厚度dl,极板张角θ,层间旋转角α的值,分析电容值随参数的变化,绘制电容值随参数的变化曲线,给出了三维ECT传感器参数的参考值.屏蔽罩厚度dl的参考值为8~12 mm,极板张角θ的参考值为50~54°,层间旋转角α的参考值为45°,为三维ECT传感器设计提供了新思路.

基于K-SVD字典学习的电容层析成像三维图像重建算法

电容层析成像(ECT,electrical capacitance tomography)是两相流参数测量的有效方法之一,电容层析成像三维图像重建是基于多层电极结构的传感器系统,通过测量同层及异层极板之间的电容值,建立新的冗余灵敏度矩阵来映射介电常数分布和传感器读数之间的关系。作为高度非线性的简单线性化问题,存在被成像的物体的位置和尺寸不匹配。为了克服这些问题,采用贪婪稀疏化的方法对三维图像进行重建,利用K-SVD字典学习方法和非线性仿真构造冗余灵敏度矩阵,通过对冗余灵敏度矩阵真实数据的训练,能够更好地捕获被测物体的典型结构。通过仿真实验比较,所提出的方法也可以改善重建的图像质量。