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·     

PV—WAVE在电容层析仿真中的应用研究

介绍了一套基于１２电极电容器传感器进行图像重建的电容层析成像的仿真软件包，该软件包是利用可视化编程语言ＰＶ－ＷＡＶＥ在ＳＧＩ图形工作站上开发的，利用该软件包可以深入分析电容敏感场和流体模型数据的变化，从而为改进图像重建算法和设计最佳电容传感器几何参数提供了有力依据，最后利用仿真结果对电容层析成像的特性进行了研究。     

电容层析成像中电容敏感场的计算与图像重建

建立了１２电极基本传感器的有限元模型，对电容敏感场进行了仿真计算，以此作为先验中以重建出令人满意的图像，为进一步的应用研究提供了强有力的支持。     

基于多电极电磁流量计的流速场重建

多电极电磁流量计是传统电磁流量计与电磁层析成象技术的结合.利用多电极在多角度下的多个测量值,并应用层析成象技术可得到管道内流速场的重建图像.提出采用基于S-L滤波函数的滤波反投影算法及其简化算法,它可以获得管道内非轴对称流速场的重建图像.图像重建结果表明该算法明显优于简单反投影算法.同时也证明了该算法对轴对称流型的不可区分性.     

数字化ECT成像系统

基于电容敏感原理设计的数字化电容层析成像系统,利用有限元法,分析了阵列电极结构对敏感场分布的影响,通过优化设计和仿真试验,改善了敏感场分布的均匀性;构建了以DSP为核心、FPGA协同工作的12电极的数字化ECT系统,提出了由离线预迭代和在线一步成像所构成的新的图像重建算法——预迭代法,其成像速度及精度均明显提高．     

同步迭代图像重建技术在电容层析成像系统中的应用

在电容层析成像 (ECT)系统中 ,为克服电容测量值数目有限以及管道内敏感场分布的“软场效应”,引入了一种同步迭代图像重建技术 (SIRT)。针对收敛速度和重建后图像的模糊效应 ,对 SIRT算法进行了改进。改进后的 SIRT算法使重建图像的速度和质量都有了明显的提高。对八电极ECT系统进行的仿真和静态实验结果表明 ,这种算法可望满足用于在线工业过程电容层析成像系统成像的要求。     

电容层析成像中场域的一种新剖分方法

电容层析成像传感器的敏感场受多相流介质分布的影响，即软场特性为图像重建带来很大的困难。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，通过对敏感场域采用两种不同剖分形式的比较，提出了一种新的场域剖分形式，对敏感场分布进行计算机仿真。实验证明有限元模型是正确的，说明利用不等间距的剖分或可以得到较好的仿真结果，具有较高的精度。     

电容式两相流相浓度传感器的仿真及优化

采用有限元法，对电容式两相流相浓度传感器引入计算机辅助设计。建立电容传感器理论模型，对两相流各种典型流型进行仿真．分析了传感器各结构参数对测量的影响，为传感器的优化设计提供了依据。研究了一种均匀旋转电容敏感场的多电极传感器，有效地减少了两相流流型变化和不同的相分布对测量的影响，使得传感器性能有明显的改善。     

利用正交试验的电容传感器仿真及优化设计

针对电容传感器存在检测场灵敏度分布不均匀及其测量灵敏度低的问题,提出一种基于有限元分析与正交试验设计相结合的方法,分别对二电极、四电极及八电极的电容传感器结构进行优化设计,并对试验结果进行方差分析。通过比较分析各参数对不同电极电容传感器的影响规律,得出同时满足电容传感器检测场灵敏度分布的均匀性和测量灵敏度的最优组合方案。仿真试验表明,随着电极数的增加,检测场区域的灵敏度分布越来越不均匀,电容传感器的测量灵敏度越来越高。通过对优化设计结果进行静态测试试验,得出二电极、四电极、八电极传感器试验数据的方差分别为0.054 9、0.061 3、0.096 3,即灵敏度分布越来越不均匀,同时随着电极数的增加,灵敏度增大。试验结果与仿真计算结果具有较高的一致性,表明此方法所得出的优化结果具有合理性和正确性。     

中国地震层析成象的研究

本文简要评述地震层析成象的定义、发展历史和研究现状,以及我国在此领域内取得的主要成果,着重描述大尺度和区域尺度三维速度图象重建的主要成果。这里,没有涉及反射、衍射等层析成象方法及结果。     

电容传感器灵敏度分布快速计算法及其应用

提出了一种基于有限元的两相流检测用电容传感器灵敏度分布的快速计算法,通过总系数矩阵的快速生成以及快速的电容计算,显著地缩短了灵敏度分布的计算时间,还介绍了该方法在电容层析成象系统及电容式两相流浓度的传感器设计中的应用。     

压电换能器锁相环频率跟踪的失效分析与解决

为提高碳纤维复合材料超声振动钻孔过程中压电换能器频率跟踪的精度及可靠性,以压电换能器等效电路为基础,分析了目前锁相环频率跟踪系统存在的失锁、误跟踪、死锁和跟踪误差大等4种失效形式的原因,指出抵消静态电容是解决跟踪失效的必由之路.据此提出一种基于静态电容补偿法的锁相环频率跟踪技术,该技术可使换能器对锁相环呈现理想的LCR串联谐振特性,有效解决了跟踪失效问题.实验表明:通过该技术,换能器机械谐振频率的跟踪精度可优于-20~10Hz,避免了误跟踪和死锁,跟踪带宽可达6 kHz.     

电容式气-固两相流相浓度传感器的优化设计

气固两相流相浓度是工业亟需的一个难以准确测量的重要参数。该文从工业应用角度出发 ,设计了一种带有对称边保护极板的螺旋形状表面板电容式相浓度传感器。采用三维有限元方法和正交试验设计方法相结合对传感器结构进行了优化设计。经实验验证 ,其检测场均匀性误差低于5 % ,显著地改善了电容传感器的“软场效应”,有效地减小了相分布及流型变化对测量结果的影响 ;与电容式速度传感器等组合成一体化装置 ,可用于在线测量气送粉体的瞬时流量。已在现场应用 ,运行效果良好     

基于正交试验方法的流动成像测井传感器优化设计

以电磁流动成像测井传感器的数值模拟为基础,在已有的正演仿真平台上,采用正交试验方法对传感器进行优化设计.根据对试验结果的统计分析和方差分析,得到传感器几何和材料参数对目标函数即全水/全油电压值变化的影响程度依次为管壁厚度>管壁介电常数>电极径向插入深度>电极张角,按优化后参数组合计算,在置信度为95%的情况下性能参数指标可达到原来的3.6301～5.8741倍.结果表明,正交试验方法可以有效地解决电磁流动成像测井传感器优化设计问题.     

Seeing a new dimension-The past decade’s developments on electrical impedance tomography

Multi-component and multiphase fluid flows exist in many industrial processes. The phase distribution and interfaces in an aqueous-based process or multiphase flow carries significant information about the processes. Due to the correlation of the multiphase and independency of each phase, the correct measuring of multiphase flow, in the terms of concentration, disperse interface, local velocity and mass flow rate, are of extremely challenged tasks. In 1990s, electrical capacitance tomography was originally developed for oil-water two-phase flow, then electrical resistance tomography was introduced from medical research to process engineering. Significant progress has been made during the past decade and now the technology has been proved as a powerful tool for mapping the concentration and velocity distributions of the second phase in two-phase flows, where electrical impedance differences between the two-phase fluids exist. Previous and current work on electrical resistance tomography by the author and his colleagues are reviewed. Developments on sensor, measurement, image reconstruction and application are also briefly introduced. At the end of the paper, existing challenges and prospect of new dimensions in process tomography are discussed.     

条干不均匀度检测装置中电容传感器的研究

提出了将有限元法引到条干不均匀测试中电容传感器的研究。应用有限元法对电容传感器输出特性、填充因素的选取原则，减小非线性影响和测量的条件都作了相应的计算和分析，并对电容传感器做了实验验证。证明应用有限元法比解析法分析提供的电容传感器设计参数能使检测装置具有更高的稳定性和精确度。     

A multiresolution reconstructive algorithm based on network theory for electrical capacitance tomography

Electrical capacitance tomography technique reconstructs dielectric constant distribution in an object by measuring the capacitances between the eletrode pairs which are mounted around this object. Because of the limitation of measurement condition, the measured data are imcomplet. This paper describes a multiresolution reconstructive algorithm which is based on network theory for electrical capacitance tomography technique. The dielectric constant distribution of flow of two components in a pipeline is reconstructed. The algorithm is as follows: Firstly, construct a rough, first level system model, and assume the dielectric constant distribution of the region to be reconstructed. After iteration, the dielectic constant of each unit can be reconstructed. Secondly, construct a finer, second level the system model and determine the initial dielectric constant of each unit in the region to be reconstructed according to related information between two levels. After iteration, the image of the pipeline's cross section can be reconstructed. The results of simulated experiments about different kinds of medium distributions show that this algorithm is effective and can converge. Supported by the National Natural Science Foundation of China Ma Ning: born in 1970, Ph. D.     

A multiresolution reconstructive algorithm based on network theory for electrical capacitance tomography

Electrical capacitance tomography technique reconstructs dielectric constant distribution in an object by measuring the capacitances between the eletrode pairs which are mounted around this object. Because of the limitation of measurement condition, the measured data are imcomplet. This paper describes a multiresolution reconstructive algorithm which is based on network theory for electrical capacitance tomography technique. The dielectric constant distribution of flow of two components in a pipeline is reconstructed. The algorithm is as follows: Firstly, construct a rough, first level system model, and assume the dielectric constant distribution of the region to be reconstructed. After iteration, the dielectic constant of each unit can be reconstructed. Secondly, construct a finer, second level the system model and determine the initial dielectric constant of each unit in the region to be reconstructed according to related information between two levels. After iteration, the image of the pipeline's cross section can be reconstructed. The results of simulated experiments about different kinds of medium distributions show that this algorithm is effective and can converge. Supported by the National Natural Science Foundation of China Ma Ning: born in 1970, Ph. D.     

基于静态电容补偿的压电换能器锁相环频率跟踪

为解决压电换能器锁相环频率跟踪中存在的跟踪范围狭小、易出现误跟踪和失锁等问题,提出一种基于静态电容补偿的锁相环(PLL)频率跟踪技术:根据电容元件伏安特性对由静态电容造成的不良影响进行补偿,使换能器对锁相环呈现理想的LCR串联谐振回路特性,并结合线性拟合法完成对机械臂电压电流相位差的测量,避免了误跟踪和失锁,实现了较以往更宽频带下的换能器准确跟踪.实验表明:对两个-3 dB带宽分别为120 Hz和663 Hz的换能器,跟踪误差分别为-9 Hz和+28 Hz,跟踪范围可达10 kHz.     

压电陶瓷位置对换能器耦合振动特性的影响

基于表观弹性理论,给出了压电陶瓷晶堆处于不同位置时耦合振动换能器的设计方法.在理论推导的基础上,借助有限元软件Ansys,研究了晶片位置对换能器耦合振动特性的影响.结果表明,随着陶瓷晶堆远离换能器位移节面,有效机电耦合系数和动态电容逐渐减小,静态电容、动态电阻和动态电感增大.同时,加工了相应尺寸的换能器,对其性能参数进行了测试,理论计算和实验测量结果符合较好.