ELECTROMAGNETIC TOMOGRAPHY (EMT): THEORETICAL ANALYSIS OF THE FORWARD PROBLEM

Inductance-bared electromagnetic tomography (EMT) is a novel industrial process tomographic technique. Exact expressions of the magnetic field distribution in a two-dimensional object space were derived by analytically solving the forward problem for a particular two-component pow. The physical mechanisms within the sensor and the detectability limits of the EMT technique were quantitatively analyzed. Direct mathematical expressions for the field sensitivity and the sensitivity maps were established. To a certain extent, mathematical and theoretical bares are given for quantitative design of the sensor, detectability analysis of the EMT technique and image reconstruction of two-component processes based on the linear back-projection algorithm.

基于多尺度密集连接网络的电容层析成像图像重建

为求解电容层析成像中的非线性病态反问题,提出了一种多尺度密集连接网络(MD-Net)模型。该模型由多尺度特征融合模块和密集连接块组成,以通过融合多尺度特征进一步提高图像的重建精度。通过MATLAB仿真实验平台构建了流型数据集,利用密集连接网络的非线性映射能力,完成训练集的学习与训练,并利用测试集进行训练效果评价。在此基础上进行了静态实验。仿真与静态实验结果均表明:与LBP、Landweber迭代算法和其他深度学习方法相比,该方法的重建精度最高、抗噪能力强,并具有良好的泛化能力。

基于两步正则化Gauss-Newton迭代算法的ECT图像重建

电容层析成像(ECT)技术求解图像重建问题属于非线性问题,并且存在严重的不适定性。为提高图像重建精度,提出了一种基于两步正则化Gauss-Newton迭代算法的ECT图像重建方法。针对标准正则化Gauss-Newton迭代算法在图像重建中存在的不收敛问题,引入了两步迭代方法;改进了正则化矩阵,提高了解估计的精确度;考虑到Gauss-Newton算法对迭代初值的依赖性,加入了同伦算法。最后,进行仿真和静态实验,并与线性反投影(LBP)算法、Landweber算法、Tikhonov正则化算法进行对比。结果表明,该方法可有效提高图像重建精度。

电容层析成像技术在线测量气固流化床空隙率的研究

基于电容层析成像技术,提出了一种在线测量气固流化床空隙率的新方法。建立了相应的12电极电容层析成像气固流化床空隙率测量系统,可同时实现气固流化床空隙率分布的在线显示和整体空隙率测量。选择加权反投影算法进行图像重建以保证空隙率分布显示的实时性和有效性。采用Tikhonov正则化原理和ART算法相结合的组合型新图像重建算法来实现整体空隙率的测量。Tikhonov正则化原理用于克服图像重建过程中的不适定问题,ART算法用于提高最终重建图像的质量。研究表明以上提出的空隙率测量新方法是有效的。空隙率分布在线测量的速度可达25幅/秒以上,整体空隙率测量的最大误差可小于5%。

近期多相流过程层析成像技术的发展

多相流过程层析成像技术对于深入揭示多相流动的基本规律 ,推动多相流理论的发展和工程应用具有重要的意义。文中介绍了近年来X射线、γ射线、超声波、电阻、电容及网状电极等几类过程层析成像技术在多相流参数检测中的应用和发展 ,分析了图像重建、传感器的设计及选择和实时性等关键问题 ,最后对其应用前景和发展趋势做了展望。

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(electrical capacitance tomography,ECT)技术,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计算得出质量流量。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,证明了该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,证明该种方法可获得可靠的测量结果。

基于改进互相关法的气固两相栓塞流速测量

在双截面电容层析成像(ECT)系统测量气力输送过程中栓塞流速度的应用中,利用动力学相关因子指数检测电容信号的均值突变,根据突变点设置时间窗以提取上下游信号,将所选信号映射成二值图像,并进行数学形态学闭运算处理,对处理后的图像进行二维互相关计算,估算出栓塞流速度。实验结果表明了该方法的有效性,和传统互相关法相比,改进互相关法可有效提取有明显波动特征的信号段,并通过二维图像互相关计算提高了互相关法的稳定性,从而提高了ECT技术在线测量两相流的准确性。

电容层析成像系统的实用化设计

介绍一种实用化的电容层析成像系统,它使用单片机作为核心控制单元,并采用基于交流激励的微电容测量电路。系统可配置为8或12电极模式;测量数据通过RS 485总线传送到成像计算机,波特率可达1 5Mbps。数据采集速率达200帧 s,信噪比为34 8dB。静态实验表明该系统可应用于实验室研究。

两相流电阻层析成像测量电路与图像重建

提出一种用于两相流测量的高速电阻层析成像(electrical resistance tomography,ERT)系统。该系统采用双极性脉冲电流源为激励电极对提供激励信号,避免了直流激励造成的电极极化效应,同时简化了滤波电路的设计,相对于常规的交流激励ERT系统显著提高了数据采集速度。针对成像速度较快但成像质量差的线性反投影算法(linear back projection,LBP),采用离线预迭代技术对其进行改进,提出一种改进型线性反投影算法(modified LBP,MLBP),可高速重建较好质量的ERT图像。数值仿真和采用实际测量数据重建图像的结果表明,基于高速数据采集技术和改进的图像重建算法的高速ERT系统可实现两相流实时在线测量。

基于电容成像的料腿内气固两相流浓度测量

旋风分离器是循环流化床锅炉的主要组成部分,其分离效率是影响整个锅炉的重要因素之一。采用电容层析成像技术(ECT),对旋风分离器料腿中的固体颗粒体积浓度进行测量。这种测试方法的优点在于不破坏原有系统的运行特性,属于非侵入式、在线的快速测试技术。电容传感器均匀布置在分离器料腿直管上,电极数目为8。改变螺杆给料速度以及抽吸风量可改变给料浓度,通过对管道截面体积浓度、波动特性以及体积浓度平均测量结果的比较分析,证明这种方法可获得可靠的测量结果。

基于电阻层析成象技术的两相流检测的仿真

利用作者建立的电阻层析成象 (ERT)仿真软件 ,对ERT应用于两相流检测进行了仿真研究·求出ERT敏感场的数值解 ,分析了敏感场灵敏度特性 ,最后得到仿真结果重建图象·仿真计算结果与理论解析解均方根误差低于 1 % ,表明仿真过程是可信的·通过实际设定的 5种典型两相流流型与重建出的图象比较 ,浅析了ERT应用于两相流检测的主要问题和努力方向·

电厂送粉系统煤粉浓度和速度的在线测量技术研究

锅炉燃烧过程中,准确测量各风管中的煤粉浓度并指导调节对锅炉的安全、经济运行非常重要。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及速度进行了测试研究。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。利用单层8电极电容传感器通过预迭代的图像重建算法获得浓度分布。通过分析旋风分离装置内上下游流动的概率和频谱特性,验证了其流动满足电容相关测试要求,通过测量上下两层电极电容相关信号获得轴向速度,切向速度由同一层传感器相邻电极对的电容相关信号获得。通过对管道截面体积分数、轴向速度及切向速度的测量与比较分析,证明该方法可获得可靠的测量结果。

基于ECT、ERT信息融合的油/气/水参数测量研究

对于含水率较高的油/气/水三组分流,可利用电阻层析成像(ERT)来区分气相和液相,利用电容层析成像(ECT)区分油、气和水。如果将ERT、ECT获得的信息进行融合,重建出界面分布图像,从而可实现油/气/水多参数的检测。主要叙述和讨论所作初期理论研究工作。

电阻层析成像技术在两相流测量中的应用

过程层析成像技术能实时提供封闭管道、容器等过程设备内物场运动状态的二／三维测量信息,它为解决两相流参数的检测问题提供一种新的途径。本文以基于电学敏感原理的电阻层析成像技术为测量手段,实现在多相流实验装置上对气／水、油／水两相流二维／三维时空分布信息的实际测量;介绍了基于测量数据特性分析的在线流型识别技术和相含率的估计方法,应用现代数据处理和模式识别技术进行数据融合与提取,实现两相管流流型识别和分相含率的估计;通过开展相关测量的研究,初步实现两相流中离散相流量的测量。

油/气两相流高速电容层析成像可视化系统

利用电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)技术,设计了一套应用于油/气两相流检测的高速实时可视化系统。系统硬件采用基于现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate array,FPGA)的全数字化数据采集及处理模块和USB通讯接口,可实现高速数据采集及传输;同时采用基于总变差正则化的图像重建算法重构被测介电分布,该算法具有较好的成像分辨能力和边缘保持性。实验表明,该系统重构图像具有较高分辨率和实时性,同时系统软件功能丰富、界面友好,可以满足实际应用对两相流可视化的要求。

两相流检测ECT高速数据采集系统的研制

针对电容层析成像系统难以解决的提高数据采集速度与降低噪声之间的矛盾以及抗杂散电容干扰等问题 ,基于电荷放大原理 ,研制了一种高速电容数据采集电路 .与充放电及交流法原理电路相比 ,在一个测量周期内 ,只需一次充放电即可完成对电容的测量 ,不产生脉动噪声 ,故无需滤波器 ,易于数据采集速度的提高 .同时采用了并行测量方式、高速芯片和高速通讯等优化措施 .经测定对 12电极电容传感器的数据采集速度可达 6 0 0幅 /s.对杂散电容具有较强的抑制能力 ,系统灵敏度为 4 .8V/p F,可分辨的最小电容变化量为 0 .5 f F,满足工业实用化要求 .

电阻层析成象技术的研究现状与应用发展趋势

:电阻层析成象技术 (Electrical Resistance Tomography,缩写 ERT)是一种新兴的两相流体流动参数分布状况的在线、实时检测技术 ,近年来受到了各国研究者的重视而得到迅速发展 .本文在简要介绍 ERT系统组成之后 ,综述了 ERT技术在传感器结构、数据采集与处理硬件电路、成象算法、应用性开发等几方面的研究进展现状 ,指出 ERT技术发展中必须解决的关键问题 ,最后对 ERT技术的发展及应用前景进行了展望 .

矩形电容层析成像传感器仿真模拟和实验测量

常规电容层析成像传感器为规则对称方形或圆形结构,其测量和成像算法已相对成熟。由于受循环流化床旋风分离器入口结构段的限制,上述传感器结构已不能应用在旋风分离器入口段的测量,因此为了研究大型化循环流化床多旋风分离器并联布置入口段固体颗粒浓度分布,提出和设计了一种矩形非常规电容传感器,该传感器为12电极结构,在每个入口段的短边布置2个电极,长边布置4个电极,成像敏感场仿真计算基于Ansoft-Maxwell软件。对此传感器进行了静态仿真模拟研究和静态实验测量,对不同激励电压和频率测量结果进行分析,并对测量结果进行误差分析,得到矩形不规则电容传感器最佳测量参数(激励电压和频率),并对循环流化床分离器入口段进行了动态测量。结果表明,这种矩形非常规电容传感器可以用于循环流化床冷态试验台的旋风分离器入口段的直接测量,测量结果对改进旋风分离器的布置方式有参考意义。

基于改进BP算法的两相流层析成像仿真

本文提出了基于改进 BP算法的对管道内两相流进行电容层析成像的方法。研究了提高收敛速度的途径以及成像的网络模型。并给出了图像仿真结果。

提高电阻层析成像实时性能的研究

电阻层析成像 (ERT)是两相流 /多相流检测的新技术 ,其动态实时性能直接关系到能否应用于工业过程参数检测和监控 .为此分析了影响 ERT实时性能的主要原因 ,着重介绍了利用有源高通滤波方法提高实时性能的理论和实验研究结果 ,给出了影响实时性能的瞬态过程分析 .