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.     

一种新颖的电容层析成像数据采集滤波算法

针对电容层析成像ECT(electrical capacitance tomography)数据采集系统对采集精度和实时性要求,在分析ECT数据采集系统的滤波算法基础上,根据卡尔曼滤波和小波变换的特点,提出了一种基于小波变换和卡尔曼滤波的滤波算法。该算法首先将采集数据的信号经过多小波预处理得到平稳的观测数据,然后用噪声统计值估计器估计噪声统计值,以确保信号的稳定性和收敛性,最后经卡尔曼滤波以得到信号更加精准。仿真实验结果表明:与卡尔曼算法相比,本算法去噪效果更佳,得到的信号更精准可靠,提高了ECT数据采集系统数据采集精度,为ECT数据采集系统提供了一种新颖的滤波方法。     

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.     

三维ECT系统数值仿真与研究

设计了一种方便分析电容层析成像（Electrical capacitance tomography简称ECT）传感器性能的方法,针对电容层析成像系统在检测多相流流动时的具体应用,介绍了ECT系统的结构与模型,首次通过Ansoft-maxwell 3D对ECT系统进行了有限元建模与仿真,再次验证了ECT在检测流体应用时相对于其他检测设备的明显优势.通过Ansoft-maxwell 3D的瞬态仿真,考查了各个因素对传感器的影响,并提出了对ECT系统进行改进的方法.     

基于ANSYS电容层析成像结构参数分析与优化

电容层析成像技术(ECT)是一种基于电容传感器机理的过程成像技术,以12电极电容阵列传感器ECT系统为背景,介绍了敏感场的计算方法,借助大型ANSYS有限元分析工具,建立电容传感器结构模型,并得到电极间敏感场的分布,为了避免粒子在全局附近振荡和粒子陷入局部最优,提出了改进PSO与改进混沌搜索策略的混合新算法.以敏感场整体灵敏度大小系统性能为目标,优化了电容传感器结构,寻找到的传感器最优结构参数.为电容层析成像系统图像重建提供了新思路.     

12极板直接三维ECT图像重建仿真

为克服间接三维ECT系统轴向分辨能力低这一缺陷,进行了直接三维ECT重建技术的研究.将12个极板分三层布置,相邻层极板有45°角的相对旋转.不但测量同层极板对的电容值,还要测量不同层极板对的电容值.三维图像直接在重建过程中产生,与经过二维断层图的间接三维重建图像截然不同.建立了传感器的三维有限元模型,分析了传感器的三维敏感场.采用线性反投影算法以及有限元分析法获得的三维灵敏度矩阵和电容测量仿真数据,实现了直接三维ECT图像重建.重建结果显示了直接三维ECT具有良好的轴向分辨能力.     

涡流梯度场平面扫描ECT系统设计

为了识别金属材料表面及内部缺陷,基于涡流检测(eddy current testing,ECT)技术,提出了一种运用二维扫描的涡流梯度场检测系统。通过给双空气芯线圈传感器加入正弦激励电流,由采集卡采集传感器激励电压和感应电压,接着通过数字相敏解调的方法对采集到的两个信号进行处理,并绘制涡流场在不同维度上变化的梯度。结果表明:通过不同频率成分所表现的梯度场图像信息可在有效抑制提离噪声的前提下准确识别出金属板表面及内部的微小缺陷,可视化检测效果明显。     

电容层析成像(ECT)系统阵列传感器的访真研究

电容层析成像是监测两相流动的一种新技术.它可重建两相流在其流经管道横截面上的相分布图像,而重建图像的先决条件是需获得成像系统的灵敏场分布.研究表明,电容传感器的结构参数对电容敏感场灵敏度的分布有重要影响,进而影响着重建图像的质量,因此电容传感器结构参数的优化设计是极其必要的.介绍了ECT阵列传感器的结构参数仿真试验,并据此对电容层析成像系统阵列传感器进行了优化设计.     

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.     

Elman神经网络在ECT系统流型辨识中的应用

针对电容层析成像系统ECT(electrical capacitance tomography)流型辨识问题,在对ECT系统工作原理和流型的辨识方法分析的基础上,提出了一种基于Elman神经网络的ECT系统流型辨识方法,该方法通过对ECT系统采集的电容值特征值提取与处理,将提取的特征值作为Elman神经网络的输入进行训练,经训练后达到流型辨识的目的.经仿真实验验证,与传统的BP神经网络相比,该方法具有结构简单,收敛速度快,不会因阶次未知而出现网络结构膨胀的问题,为ECT系统流型辨识的提供一种的有效方法.