电容耦合电阻层析成像传感器结构优化设计研究

针对电容耦合电阻层析成像传感器的优化设计,首先利用有限元仿真软件建立了12电极传感器有限元模型,并分析了后续图像重建所需的传感器灵敏场,之后将该仿真模型与实际传感器相应的测量数据及重建图像进行对比验证,研究表明仿真与实验结果能够较好吻合,为对传感器性能进一步研究提供可靠基础.为了提高系统稳定性及抗干扰能力,以该原始模型...     

电容层析成像系统中的相敏解调

电容层析成像是通过传感器阵列电极电容的变化,反映管道中多相介质的分布,从而重建管道截面各相介质的分布图像.其中,相敏解调是关键的环节.本文介绍了电容层析成像系统常用的几种相敏解调的方法,包括模拟解调和数字解调方法.由于模拟器件本身的弊端,制约了系统实时性和精度的提高.本文设计的数字化系统,充分利用FPGA和DSP,实现了全数字正交序列解调,系统的速度和精度都得到了提高.     

电容层析成像系统仿真研究

本文采用自开发的有限元仿真软件包分析１２电极电容层析成像系统,实现了极板间电容值计算,灵敏场确定等功能,证实了径向电极具有使传感器敏感场分布趋向均匀的作用;同时采用所获得的灵敏场分布重建了管截面图像,所得结果和实际图像基本一致,从而证明仿真结果的正确性。     

电容层析成像数字化系统设计

为了克服模拟器件的约束,进一步提高系统的精度与速度,本文结合FPGA可编程逻辑控制和DSP信号处理能力强的特点,构建了16电极新型数字化电容层析成像系统.由FPGA完成系统逻辑控制、正弦激励信号产生和数字解调,简化了控制与接口电路,提高了系统工作的可靠性;由DSP实现图像重建算法,最终通过PCI接口将灰度值传送给PC机成像.理论分析和实验表明,系统的信噪比和实时性等性能指标均得到提高.     

电阻层析成像有限元节点编号方法研究

有限元网格节点编号规则对整体刚度矩阵的带宽有着非常重要的影响,而正问题计算效率在很大程度上取决于整体刚度矩阵的带宽值。为了减少电阻层析成像中有限元运算时间,节省计算机的内存空间,本文在仔细研究了目前相关学者常用的一些编号方法基础上,提出了一种启发式全新"S"形编号规则,在一定程度上降低了整体刚度矩阵带宽值,减少了数据存储量,大大提高了正问题的计算效率。     

电阻层析成像测量模式仿真研究

电阻层析成像可分为相邻、相对和对角三种测量模式.为了分析不同模式下边界测量信号和敏感场的差异,建立了传感器的电流激励、电压测量有限元模型并开发了有限元软件包,可以方便的对场域进行仿真研究.仿真结果表明,相对模式和对角模式的测量电压均高于相邻模式,有利于测量;敏感场均匀性也好于相邻模式,有利于提高反演成像质量,但相邻模式电极间切换简单、电路容易实现.在硬件条件允许的情况下,相对模式和对角模式将成为电阻层析成像更好的发展方向.     

电容层析成像算法研究

电容层析成像技术具有非侵入、响应快及易于安装等特点。图像的重建算法与技术是电容成像在工业实际中得以应用的关键。近年来在图像重建方面的研究取得了较大的进展,Tikhonov正则法、Landweber迭代法、同步跌代法、神经网络法、共轭梯度法及通用迭代法的图像重建质量较LBP法有了明显提高。     

人体肺部电阻层析成像有限元模型研究

为了促进肺部疾病预防技术的发展,建立了具有肺部真实外形的人体肺部电阻层析成像有限元模型,并在此基础上通过仿真实验验证了所建立的有限元模型的合理性。设计边界追踪算法描述肺部轮廓曲线,利用曲线拟合方法模拟肺部外形曲线,并通过曲线调整使拟合的曲线更加贴近肺部轮廓曲线,采用有限元方法完成有限元模型的建立。仿真实验结果表明建立的有限元模型质量较高,为电阻层析成像技术应用于肺部疾病预防打下基础。     

电容层析成像系统中的数字相敏解调技术

相敏解调是电容层析成像(ECT)系统中的关键环节。传统的模拟解调存在着精度低、噪声大和模拟器件的稳定时间过长等问题,成为进一步提高ECT系统精度和速度的"瓶颈"。为此,设计了一种基于FPGA的数字相敏解调方法,实现了快速、高精度的有符号数字相敏解调。验证显示,设计的数字化相敏解调完全满足ECT系统对精度和速度的要求。     

基于DSP的数字化电容层析成像系统

由于电容层析成像技术中模拟滤波和解调环节对采集速度和精度的影响,本文提出电容层析成像系统数字化方案,设计以高速数字信号处理器为核心的12电极高速数据采集和处理系统,利用FPGA实现数字滤波和数字解调,构建了全新的数字化ECT系统.理论分析和实验表明,该系统数据采集和处理速度快,抗噪声性强,完全满足ECT成像实时性要求,精度也有一定的提高.     

电阻层析成象系统的研究

１前言电阻层析成象技术是电阻抗层析成象技术的简化情况。自八十年代末由医学工程中的ＣＴ技术移植于工业过程成象领域以来,电阻层析成象技术获得迅猛发展。正逐渐由基础原理性研究向应用性研究转化。电阻层析成象技术是一种非侵入、接触式测量技术,它利用场域边界测量...     

基于双极性脉冲电流技术的电阻层析实时成像系统

提出了一种采用新的激励方法的电阻层析实时成像系统.该系统采用双极性脉冲电流激励模式,避免了直流激励下的介质电极化现象.相对于采用交流激励模式的电阻层析成像系统,新系统结构简单,大大地简化了比较耗时的滤波器环节,数据的采集速度显著提高.实验结果表明,电阻层析实时成像系统每秒可采集150帧以上的图像数据,采用灵敏度系数算法可实现每秒30帧实时成像.     

无解调电阻抗成像方法研究

探讨了正交序列数字解调算法中参考信号与测量信号频率不一致引起的解调结果不准确影响成像质量的问题,提出无需数字解调直接提取幅值进行电阻抗成像的方法：通过多次采样比较和算术平均滤波法获取幅值进行EIT成像。通过构建以FPGA为核心控制器的EIT系统,验证了直接提取阻抗幅值方法的可行性。实验结果表明：系统测量精度达0.082%,信噪比为60.3 dB,能准显示物体的大小和位置,空间分辨率达到0.29%,验证了方法的可行性,提高了数据采集精度和系统的稳定性,改善了图像成像质量,该方法为EIT技术的完善及系统性能的提升提供了一种有效的解决方案。     

高精度电阻抗断层成像数据采集系统

针对电阻抗断层成像技术对电阻抗信号采集精度的要求,建立了一个高精度的数据采集系统.该系统主要由一个基于数字合成技术的可编程激励电流源和一个基于正交序列数字解调法的边界电压采集模块共同构成.系统可以在1～190 kHz之间编程选择激励电流的频率,并可在0～1.25 mA之间编程设定输出幅度以满足人体测量的安全要求.系统可同时检测出边界电压的幅值和相位信息.工作频率范围内,系统的共模抑制比高于75 dB,相对测量精度优于0.02%.     

一种改进的电阻层析硬件系统设计

针对目前电阻层析成像(ERT)系统激励产生和数据采集较复杂的问题,实现了一种改进的单电极激励ERT硬件系统。采用微控器控制DAC芯片产生脉冲电压信号驱动精密电压/电流转换电路产生双极性脉冲电流激励,同时控制ADC芯片完成数据同步采集。该方法简化了激励信号的产生,不需要数据同步采集的控制模块,具有电流激励可调的特点。实验结果表明,改进的16电极ERT系统在简化设计的同时可实现208帧/秒的数据采集速度,满足实际应用要求。     

电阻层析成像系统敏感场特性分析及图像重建

电阻层析成像系统敏感场受多相流介质分布的影响,敏感场分布数据作为图像重建所需的先验数据必须通过理论计算的方法得到.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.在分析电阻层析成像的基本原理的基础上,采用有限元的方法建立了敏感场的数学模型,通过对敏感场场域的分析,研究了影响敏感场分布的因素及规律,完成了敏感场分布计算及可视化仿真.依据敏感场的计算结果,提出了一种基于多项式加速的ERT图像重建算法,给出了算法的数学模型,并利用谱分析对该算法的收敛性进行了证明.仿真实验结果表明,敏感场有限元模型是正确的,图像重建算法兼备成像质量高及收敛速度快等优点,为ERT图像重建算法的研究提供了一个新方法.     

电容电阻双模态成像系统的无线数据采集技术

针对传统ECT/ERT成像系统中连接数据采集部分和成像终端的连线复杂、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于无线模块nRF24L01进行数据传输的ECT/ERT双模态成像系统;介绍了基于无线传输的ECT/ERT双模态成像系统硬件结构,采用一种简化的基于跳频的无线传输通信协议,该法可以在多台同频干扰机发送的环境下较好地避免采集数据受干扰,并实现每秒50帧数据传输;实验结果表明,采用无线跳频技术可以解决工业现场的干扰,使测量数据准确快速地传输到成像终端。     

基于同步测量的电阻抗层析成像系统研究

针对APT模式EIT系统存在的异步测量、结构复杂、调试困难等问题,研究设计了一种基于同步测量的电阻抗层析成像系统,从硬件和软件两个方面阐述了如何实现同步测量.系统硬件由PXI集成控制器、开关模块、数据采集模块和自制电流源组成,简化了系统结构,提高了系统的稳定性和精确度.本系统采用LabVIEW开发了专用软件包,实现了信号的同步采集,并用改进正则化算法重建了电导率分布图像.对比实验显示了同步测量和异步测量的差异,结果表明同步测量EIT系统图像更清晰,伪影更少,平均相对误差降低了48.99%.本文提供了一种可行的EIT系统同步测量方法,该方法适用于多电极(电极数≥16)场域的无损伤成像应用.     

并行PCG算法在电法勘探中的应用研究

采用有限元法进行电法勘探时,会产生大型稀疏线性方程组,如何提高方程组的求解效率成为物探研究的关键。针对传统直接法难以实现并行求解的缺点,提出了在Beowulf集群环境下,采用并行PCG算法求解物探系统线性方程组。在集群环境下,该算法具有机器间相互通讯少、时间复杂度低等优点,并且易于并行实现。实验结果表明,采用PCG算法获得了良好的并行效果。