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。     

电容层析成像算法

电容层析成像技术具有非侵入,响应快,低成本,测量范围宽及易于安装等特点,在多相流在线检测中具有良好的发展前景。电容成像中图像的重建算法与技术,是其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。     

电容层析成像算法

电容层析成像技术具有非侵入,响应快,低成本,测量范围宽及易于安装等特点,在多相流在线检测中具有良好的发展前景.电容成像中图像的重建算法与技术,是其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.     

代数重建和同步迭代重建在电容层析成像中的比较研究

针对电容层析成像技术(ECT)中的逆问题——图像重建算法的非线性和病态性问题,以12电极电容层析成像系统为对象,研究了代数重建算法(ART)与同步迭代重建算法(SIRT).分别对仿真电容值和实测电容值进行图像重建的实验验证,从成像效果、相对误差及重建时间3个方面对这两种算法进行了评估与分析.结果表明,ART算法和SIRT算法均能有效地实现ECT图像重建,其中SIRT算法能够在100次迭代内达到高精度,在收敛速度和成像效果上更具有优势.     

厚管壁电容层析成像图像重建算法

探讨了适合厚管壁条件下的电容层析成像图像重建算法.针对厚管壁管道内几种不同流型,分别采用LBP算法、Landweber迭代算法和BP神经网络对8电极电容传感器进行成像重建计算.结果表明:在厚管壁情况下,LBP算法重建的图像质量很差;Landweber迭代算法在层流下的重建效果好于核心流和环状流;而BP神经网络算法可以有效重建管道内的介质分布,但对于没有训练到的任意流型,其重建效果不够理想.     

电容层析成像系统中未知介电常数时测量数据的归一化处理

电容层析成像系统重建图像前要对电容测量值进行归一化处理.对于已知介电常数的成像对象,电容测量值采用0-1校验法进行归一化处理;对于未知介电常数的成像对象,电容测量值采用仿真校验法进行归一化处理,仿真结果表明,可获得很好的重建图像质量.     

嵌入式电容层析成像系统的成像加速方法研究

为了提高嵌入式系统设计中电容层析成像(ECT)的图像重构速度,研究了一种针对进阶精简指令集机器加上现场可编程门阵列(ARM+FPGA)硬件架构的图像重构算法加速技术。针对广泛应用且鲁棒的Landweber迭代算法(ILA),首先分析算法结构,然后基于FPGA的流水线特点,改进ILA涉及的循环结构,从而达到加速的效果。同时,针对ARM+FPGA架构的特点,讨论了ARM核与FPGA核各自的任务分配方式,进一步优化了算法速度。为了验证算法的有效性,分别在使用MATLAB编程和使用提出的加速方法搭建的ZYNQ平台进行了图像重构实验,从图像重构耗时、图像相对误差和图像相关系数3个指标论证提出方法的有效性。实验结果显示,使用搭建的ZYNQ平台进行Landweber算法成像时,每个图像的运行时间比使用MATLAB编程的运行时间减少了30%～40%。该研究在保持重构精度的同时有效提升了迭代算法的速度,对于ECT系统的硬件加速具有一定适用性。     

电容层析成像的BP网络重建

电容层析成像系统在工业上用于管道内流体的实时监测，本文提出用神经网络的方法来代替传统的反投影算法进行图像重建，以解决传统算法存在的扭曲形变和空间精度受限的问题。文中用改进的ＢＰ算法训练，采用一个两层感知机网络，网络的输入是预处理过的测量电磁量，输出直接对应到空间图像。     

电容层析成像系统阵列电极的优化设计

介绍了电容层析成像系统的基本原理和电容敏感阵列结构及其数学模型．采用有限无法，分析了阵列电板结构参数对测量的影响，并进行了优化设计，获得了一组优化结构参数．结果表明，设计的电容阵列敏感电极具有较高的空间分辨率，分辨率伏于10%。     

一种48电极可配置电容层析成像系统模型

针对已有电容层析成像(ECT)技术的独立电容较少、反问题方程数过少及其解不唯一的问题,提出了一种48电极的ECT系统模型及模型组合电极策略。首先,通过组合电极策略将多个临近电极组合成一个电极,使原48电极ECT系统配置为8、12、16或24电极ECT系统,从而获得绕管道轴心旋转不同角度的多个具有相同电极数ECT系统;然后,通过有限元仿真和图像重构算法成像。该模型可使ECT反问题的方程组中电容数成倍增加,从而改善了ECT反问题方程组因方程数过少而引起的解不唯一的不适定问题,解决了增加电极数而电极片面积却减小引起的电容值减小问题。仿真结果表明:所提出的ECT模型及其组合电极策略可重构图像,并能通过增加测量电容数提高重构图像质量;在系统加入10%标准差白噪声时,图像错误率下降约6%。     

Gaussian窗函数在电容成像图像重建中的应用

为降低敏感场矩阵的小奇异值给电容成像(electri-cal capacitance tomography,ECT)问题带来的不稳定性,以提高图像重建质量,该文从正则化方法的谱滤波形式出发,提出了一种基于Gaussian窗函数的ECT图像重建正则化方法。该方法利用Gaussian窗函数的滤波特性,通过选择合适的Gaussian窗函数幂次,来达到降低敏感场矩阵的小奇异值对重建结果造成不稳定的效果,从而获得较好的图像重建结果。对5种典型介电常数分布进行了数值仿真,结果表明:该算法对于两相流不同介质分布均具有良好的适应性,可获得较好的成像结果,部分分布的重建图像轮廓较Tikhonov正则化方法更为清晰。     

电容成像图像重建算法原理及评价

对现有的电容成像图像重建算法进行了综述并介绍了其原理,其中包括线性反投影法(LBP)、基于奇异值分解(SVD)的直接算法、Tikhonov正则化方法、Newton-Raphson算法、最速下降法、Landweber迭代算法、代数重建技术(ART)、同步迭代重建技术(SIRT)和基于模型的重建算法。在此基础上使用仿真和实验数据对目前主要使用的线性反投影法、基于奇异值分解的直接方法、Tikhonov正则化方法、Tikhonov迭代、投影Landweber迭代等进行了评价。对它们从电容值误差、图像误差、相关系数和耗用时间几个角度进行了比较,并对今后电容成像图像重建算法的发展方向提出了一些看法。     

基于Kalman滤波的电容成像图像重建算法

在电容成像(E lectrica l C apac itance T om ography,ECT)中,为充分利用多次量测信息以提高电容成像图像重建质量,提出一种基于K a lm an滤波的电容成像图像重建算法。该算法重点考虑了测量噪声的影响,利用对流型一系列多次测量中获得的新息不断进行最优加权以获得重建图像的最小方差估计。针对3种典型介电常数分布进行了仿真,结果表明K a lm an滤波应用于ECT图像重建的可行性和有效性。提出了提高该算法运算速度的方案,分析和仿真结果表明通过预先计算最优滤波增益,并寻找合适的迭代次数,算法可快速地获得满意的图像重建结果。     

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. Supported by the Natural Science Foundation of Guangdong Province (No. 950490) Yan Jie: born in 1969. Ph.D.     

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。     

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.     

电容层析成像电路的研究

介绍了电容层析成像技术的成像原理及C／V转换电路,理论上提出了成像系统中检测运算放大器出现 相移问题的克服方法．     

Concentration and angular velocity measurement in a cyclone separator dipleg using electrical capacitance tomography

Cyclone separator is one of the main parts of the circulating fluidized bed （CFB） boiler. The separation efficiency of the cyclone separator is very important to the whole boiler. Electrical capacitance tomography （ECT） is a unique measuring technique with great potential in multiphase flow measurement. Experimental studies are carried out on the measurement of volumetric concentration and angular velocity using ECT. The former is determined through image reconstruction method, and the latter is measured by cross-correlating the capacitance fluctuations caused by the conveyed solids. The distribution of void fraction in radial direction, the fluctuating characteristics, probability density function and the spectrum characteristics are analyzed. The feasibility and reliability of the method are verified by experimental results.