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。     

内置式电容层析成像系统传感器优化设计

电容层析成像系统重建图像的质量主要依赖于系统的观测矩阵,即灵敏度矩阵,灵敏度矩阵的特性又由传感器的结构参数所决定的。本文提出了采用反映灵敏度矩阵特性的条件数作为主要的电容传感器优化设计指标,结合表示传感器电极总体灵敏程度的电容变化量指标,兼顾最大、最小电容测量值满足测量范围的要求,进行综合优化设计。通过有限元方法,分析了内置式传感器电极结构参数对电容测量值和灵敏度矩阵的影响,并利用综合指标进行了优化,获得了一组内置式传感器的优化结构参数。     

阵列式电极电容传感器的研究

介绍一种能同时检测多相界面位置的单板阵列式电极电容传感器.重点介绍了利用计算机对阵列式电极电容传感器进行仿真分析,从而取得优化设计的结果.文末给出实验结果,该结果与理论分析吻合.     

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.     

基于平面阵列电极传感器的ECT系统设计

设计了基于平面阵列电极传感器的电容层析成像(ECT)系统.由平面阵列电极传感器ECT系统和计算机成像界面组成,采用电容的边缘效应测量原理,对复合材料的损伤、缺陷进行检测.结果表明:在介电常数ε=3.5的玻璃块材料为被测对象的条件下,得到的ECT图像分辨率高、伪影少.由此表明:该系统是一种简单有效、图像重建效果优良的无损检测(NDT)系统.     

基于ANSYS的ECT阵列电极三维优化设计

本文通过电磁场有限元软件ANSYS 分析,构建电容层析成像(ECT)系统敏感阵列电极三维模型.基于敏感场分布的均匀性、敏感阵列电极的灵敏度及被测电容变化范围等优化指标,进行空间敏感场阵列电极设计.实验表明,优化设计的敏感阵列电极可获得比较均匀的敏感场分布及检测灵敏度.     

电容层析成像系统三维图像重建的研究

探讨了电容层析成像(ECT)系统中利用二维断层图像进行三维表面重建并由三维图像求取两相流中离散相体积和观察其空间位置的方法。首先对二维断层图像序列进行轮廓抽取和细线化，然后进行轮廓匹配和轮廓插值并进行表面重建。初步的仿真结果表明，使用的三维重建算法简单、重建精度高、成像速率快。     

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.     

嵌入式电容层析成像系统软件平台的构建

针对电容层析成像(ECT)系统体积大,成本高等缺点,开发了基于ARM9处理器的低成本嵌入式电容层析成像(ECT)系统;该系统以嵌入式Linux系统作为软件开发平台,采用MiniGUI实现图形用户界面操作并对整机进行控制;系统采用八电极ECT传感器作为测量装置,在文章构建的嵌入式ECT系统平台上采用LBP算法实现图像重建;实验结果表明该嵌入式系统运行稳定,能实现图像重建,并具有体积小、功耗低、使用简便等特点,目前已应用于ECT实验数据的测试和分析中。     

非闭合电极电容层析成像传感器的设计及实验研究

提出并制作了一种新型的非闭合电极电容传感器,对其敏感场进行了计算,利用该传感器对实际物体进行了测试,并对测试结果实现了物体图像重建.结果表明,该传感器对不同介电常数物质测试敏感,利用所计算的敏感场能够由测试电容信号重建出物体的图像,从而为电容层析成像技术进行冻土测试提供了实验基础.     

基于图像融合的电容成像

为提高电容层析成像系统重建图像质量,提出基于图像融合的电容成像方法.通过电磁场有限元仿真软件COMSOL构建ECT传感器模型进行仿真研究,分别通过共轭梯度算法和奇异值分解算法重建图像,运用基于小波变换的图像融合方法对图像进行处理.仿真及实验结果表明该方法有效改进了ECT图像质量.     

基于电容层析成像技术的两相流可视化测量仪器

针对油水两相流参数测量问题,依据二重积分微元原理建立了油水两相流分布信息的数学模型,采用一种具有抗杂散电容的测量电路和80C32单片机完成了极板间电容的测量和采集系统的控制,组建了一套8电极油水两相流电容层析成像测量系统,系统采用了自适应阈值的图像重建的方法完成了油水两相流的截面图像的重建和油水两相流含水率的计算,其重建精度在1%左右,满足了油水两相流流型识别的要求,为油水两相流参数的可视化测量提供一种新方法.     

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。     

电容层析成像系统图像重建算法的研究

本文利用Tikhonov正则化和奇异系统理论,分析了引起电容层析成像系统逆问题不适定性的根本原因是由于敏感场矩阵小奇异值的存在。针对一般Tikhonov正则化方法将所有的奇异值都采取同一正则化参数修正带来的误差,本文将小奇异值对应的项设定正则化参数,而舍去零奇异值对应向量,既减少了误差又加快了速度。例算结果表明,用本文方法重建图像,比其它如线性反投影算法(LBP)、Landweber迭代法及一般Tikhonov正则化算法,都有一定程度的改善。     

用于两相流电容层析成像系统中的图像重建算法

图像重建算法研究和增加投影数据是改善图像重建质量的两个重要方面。由于目前在ECT系统中存在着一种基于奇异值分解（SVD）的图像重建算法,此算法中的奇异值将对应图像重建矩阵中很大的对角线元素,从而导致伪逆很不稳定。因而讨论了改进的基于奇异值分解（MSVD）的图像重建算法,该算法是用改进奇异值分解方法求出图像重建矩阵。仿真及实验结果均表明该算法是一种实时的、重建图像质量优于SVD。     

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。     

电容层析成像技术在油/气两相流可视化监测中应用

介绍电容层析成像系统的基本原理，着重介绍了一种基于正则化修正的图像重建算法，危重利用电容层析成像系统进行油／气两相流成像实验，初步的实验结果表明，采用该技术可以较好地实现对油／气两相流可视化监测。