An Advanced Algorithm of Electrical Capacitance Tomography

We describe a new two phase flow electrical capacitance tomography algorithm of image reconstruction which is based on 12 electrode capacitance transducers. According to the result of computer simulation, this algorithm is able to greatly increase the imaging fidelity without decreasing the imaging velocity.

基于压缩感知算法的平面电容成像图像重建

提出了一种用于平面电容成像的压缩感知图像重建算法。根据平面阵列电极电容值与电极间距离的关系,对独立测量值数量进行了删减。针对图像重建的病态性及缺陷模型介电常数分布稀疏性,将基于压缩感知理论的梯度投影(GPSR-BB)算法应用于平面电容成像图像重建,进行了复合材料缺陷检测的仿真及实测实验,并与LBP、Tikhonov正则化及Landweber迭代算法进行比较,结果表明,提出的GPSR-BB算法重建图像质量得到明显提高。

敏感场在电容层析成像中的分析与处理

本文通过对两相流体电容层析成像中的敏感场的分析与研究，指出了旧算法中对不同的流体分布采用同一加权因子是造成管道中心处成像精度低的原因，提出了针对不同流型采用不同加权因子的迭代算法．计算机模拟的结果表明，经过改进以后的算法对各种相浓度分布的成像结果都有明显的改善。

一种基于电势分布的电容成像敏感分布计算方法

系统分析了电容成像(Electrical capacitance tomography,简称ECT)系统敏感分布和电势分布的关系,统一了计算公式,该方法简单且计算量小.仿真表明,采用该方法计算的ECT敏感分布,与采用定义计算的结果吻合.

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。

用于电容层析成像技术的共轭梯度算法

针对电容层析成像技术中的“软场”效应和病定问题,基于灵敏度矩阵的奇异值分解理论,提出共轭梯度图像重建算法及其改进算法———正则化共轭梯度法.仿真实验得知:经过 200次迭代后,Landweber算法残差为0. 139 5,未加正则化的共轭梯度算法残差为 1. 357 7×10-4;完成同样操作,Landweber算法迭代耗时 9. 3s,共轭梯度法只需 6. 8s.可见,共轭梯度法是一种比其他的迭代算法收敛更快、成像效果更好的图像重建算法.

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 .

电容层析成像传感器场域剖分及图像重建算法

电容层析成像传感器的敏感场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,为了提高重建图像质 量,对敏感场分布进行分析是非常必要的。采用有限元法,通过对敏感机理的分析,提出一种利用不等间距的场域剖分方法, 对敏感场分布进行计算机仿真,依据敏感场计算的数据及测量结果,提出了基于遗传算法的图像重建算法。实验证明有限元 模型是正确的,说明利用不等间距的剖分形式可以得到较好的仿真结果,重建的图像具有较高的精度。

基于COMSOL电容层析成像

过程层析成像技术是两相流检测中的一种新型的检测技术,有广泛的适用性。本文采用一种新的方法─COMSOL对电容层析成像研究并仿真。首先介绍电容成像系统的结构和电容传感器的数学模型;其次,用COMSOL对管道横截面建模、划分网格并仿真;最后,分析了不同介电常数和不同介质对成像质量的影响。

电容层析成像传感器软场性能分析

电容层析成像传感器的敏感场是软场，受被测介质分布的影响·以基于有限元分析的灵敏度快速计算法为工具，通过多种介质分布下灵敏度分布的计算与比较，研究了传感器的软场性能·结果表明，即便对于介电常数差异较小的气／ 油两相流，不同的电介质分布亦可导致灵敏度值有正、负百分之几十的变化·各处灵敏度变化不仅与管内介质分布有关，还与该点在敏感场中所处的位置有关·

多电极电容传感器的参数优化设计

将电容层析成像中多电极电容传感器的参数设计作为一个以均匀敏感度为目标 ,并受电容测量技术及制造工艺水平限制的有约束条件的最优化问题处理 .提出了用正交设计法对传感器进行计算机辅助设计 ,可以方便、快速地找到一组最优参数 ,能够较好地克服以前的设计方法所需计算量大的缺点 .实验结果表明 ,该设计方法具有较强的实用性 .

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。

12 电极电容层析成像的敏感场仿真研究

本文介绍了以１２电极电容传感器为基础的层析成像方法，着重研究了用ＦＥＭ进行敏感场和电极对电容的计算机仿真，给出了电极对电容的数字解表示式，讨论了负敏感场的处理方法。

同面多电极电容传感器的仿真与试验研究

针对非金属材料表面下异常或损伤的检测,提出一个同面8电极电容传感器。采用二维有限元法对该传感器的电势分布、灵敏度分布、电容测量及材料内部发生异常改变时的电容变化进行了仿真计算,用一种工程塑料作为样本,对同面多电级电容传感器用于检测非金属材料表面下的损伤或异常的可行性和有效性进行了试验研究。用主元分析方法对仿真计算的电容值和实测的电容值进行了异常识别,主元分析方法能很好地识别出非金属材料表面下的异常或损伤。仿真和初步的试验结果表明,当非金属材料表面下发生异常变化或损伤时,与材料的健康状态相比,测得的电容值减小了;用同面多电极电容传感器能有效的检测出非金属材料表面下的异常或损伤,该方法可用于实际的非金属材料表面下异常检测和健康状态监测。

一种新的ECT敏感场计算方法

分析了电容成像传感器的敏感场电位分布与极板电容关系的理论模型,提出一种基于电位分布的灵敏度有限元计算方法。通常使用的敏感场计算的方法是根据灵敏度计算公式,改变场内每个单元介电常数,由正问题求解极板电容变化而计算得到,该法计算非常耗时。提出一种新方法,通过求解源极板和测量极板单独激励下电位分布,结合有限元单元的能量系数来计算整个敏感场分布。相比之下,新方法的计算时间大大缩短,可达2个数量级,并且重建结果与用常用计算方法的结果相一致。

基于L曲线法的电容层析成像正则化参数优化

电容层析成像(ECT)系统的不适定性问题严重影响重建图像质量,为此必须减小灵敏度矩阵的条件数．以Tikhonov正则化和后验策略为基础,从灵敏度矩阵广义逆的角度阐述了L曲线法并设置滤波函数,建立极小化泛函及L曲线图,最终确定正则参数．仿真实验表明,L曲线法具有较强的抗噪声性能和较快的收敛速度,明显改善了ECT系统的重构图像质量．

一种电容层析成像系统多电极激励方法

针对电容传感器测量区内的灵敏场受静电场"软场"的影响,存在灵敏度分布极不均匀的问题,在详细分析电容层析成像系统电容测量原理的基础上,提出一种三电极激励双电极检测方法,该方法采用三电极激励双电极检测方式使得相邻电极间有一个相对均匀的电场,同时增加独立测量检测数,改善求解的不适定性,提高测量区灵敏场的均衡性。利用ANSYS软件和Matlab软件对三电极激励双电极检测的电磁场特性进行系统仿真。仿真结果表明,与单电极激励方法相比较,采用三电极激励双电极检测方式,降低了信号检测电路的难度,测量区灵敏场的均衡性有了很大改善,提高了图像重建质量。

电容层析成像系统中电容传感器参数优化设计

电容层析成像系统中,图像重建的质量主要依赖于电容敏感场分布的均匀性,这一性质又由传感器的几何和材料参数决定,因此传感器的设计尤为重要.根据敏感场颁上的均匀性,灵敏程度和电容测量技术,确定了传感器的优化参数;在多因素轮换的基础上,采用正交设计法进行电容传感器参数的计算机辅助设计,从而快速地获得一组最优参数.在实际应用中,概据此优化参数制造的电容传感器获得了较为理想的重建图像.

电容层析成像系统传感器场域新的剖分方法及图像重建

电容层析成像传感器的敏感场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 ,为了提高重建图像质量 ,对敏感场分布进行分析是非常必要的。本文采用有限元法 ,通过对敏感场场域采用两种不同剖分形式的比较 ,提出一种新的场域剖分形式 ,对敏感场分布进行计算机及仿真 ,依据敏感场计算的数据及测量结果 ,提出了基于遗传算法的图像重建算法。实验证明有限元模型是正确的 ,说明利用不等间距的剖分形式可以得到较好的仿真结果 。

螺旋表面极板电容式传感器的灵敏场分析

气固两相流质量流量的检测和控制是工业上长期未能有效解决的难题。从工业角度出发,采用电容层析成像技术建立了一种改进型螺旋表面极板电容式传感器。通过有限元仿真的方式,分析了极板张角、管壁介电常数、管壁厚度对灵敏场分布和均匀性误差参数的影响。通过仿真分析,确定了各传感器模型参数的取值范围,为灵敏场分布的改善、传感器的优化设计和传感器系统性能的提高提供了必要的理论基础。