电容层析成像系统三维电场分析及阵列电极优化

通过电磁场有限元软件ANSYS仿真,构建电容层析成像(ECT)系统敏感阵列电极三维模型,分析ECT敏感场的"软场"效应,推导计算灵敏度矩阵,并分析敏感阵列电极结构参数对ECT电场灵敏度的影响,进而优化阵列电极结构.实验结果表明,利用优化的阵列电极可获得较均匀的敏感场分布及较高的检测灵敏度,并重构出较满意的图像.     

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%。     

电阻层析成像激励电极加权研究

电阻层析成像（ERT）技术逐步进入到了工业应用研究阶段，根据物体内部介质的电阻率（或电导率）的不同，通过对物体表面电流、电压的施加、测量来获知物体内部电导率的分布，进而重建出反应物体内部结构的图像，与传统的过程参数技术相比，具有非侵入、无辐射、成本低等许多优点。计算发现相邻激励模式电流密度过于集中，气泡出现在激励附近时，场域电流密度变化很大，提出对于泡状流气泡出现在气泡附近进行主动检测，获得的数据用于电极主动加权，加大激励电极权值和减少激励电极权值可分别对边界处成像和对中心处成像有利。     

电阻层析成像有限元模型优化

为了提高电阻层析成像正问题计算精度,以有限元模型次最外层半径为变量,以敏感场均匀分布时模型均方根值的倒数为适应度函数,利用求解低维多峰值函数优化问题的改进遗传算法,优化模拟敏感场内电流线分布密度与分布形式的新型拓扑结构有限元模型,最后以各峰值点对应的中心流模型均方根值为误差函数,选择新型拓扑结构有限元模型次最外层半径的最优值.仿真实验结果表明,相同实验条件下,相比优化前新型拓扑结构有限元模型、传统按等间隔原理剖分的有限元模型及其改进模型,优化后有限元模型在敏感场均匀分布时模型均方根值分别降低了32.002 5%、83.395 8%和44.760 5%,有效提高了电阻层析成像正问题计算精度与图像重建质量.     

动力电池电阻层析成像多参数影响正交优化

针对目前动力电池内部温度局部变化难以准确检测的现状,创新性将电阻层析成像(ERT)方法引入到电池内部温度检测中.为匹配动力电池温度检测的ERT系统参数,实验通过正交优化方法选取电极片厚度、电极片形状、激励电流、电极排列方式4个参数对数据含噪比、灵敏度、探测深度三大指标进行了试验分析,并利用层次分析法(AHP)确定综合评分指标.极差分析中,电极排列方式极差最大,对试验结果影响最大,电极片形状影响程度次之;方差分析中,在置信水平95%以上,电极排列方式和电极片形状对试验结果均有显著影响,激励电流影响较小,而电极片厚度影响可忽略;对比不同组反演图像,进一步直观验证了定量分析的试验结果.结果表明采用施伦贝尔排列、圆形电极、2.6m A激励电流的组合,可优化动力电池内部温度检测的ERT系统性能,确保ERT方法在电池内部温度检测方面的准确性与适用性,为ERT在动力电池组的安全特性、寿命预测、负载控制等方面的研究提供基础.     

利用h细化优化电阻层析成像灵敏度矩阵

为了提高电阻层析成像图像重建质量,利用h细化优化灵敏度矩阵以改善其病态性.以电阻层析成像有限元模型h细化区域的起始层数、终止层数以及三角形有限元内部区域所插入节点的横坐标、纵坐标为变量,以敏感场均匀分布时灵敏度矩阵条件数的倒数为适应度函数,利用h细化优化灵敏度矩阵,并将优化结果应用于改进Landweber预迭代算法图像重建.实验结果表明,利用h细化可有效改善其病态程度,相比采取全局细化前后有限元模型对应的灵敏度矩阵,条件数分别降低了35.354,3%,、32.820,4%,,提高了重建图像分辨率.     

非闭合电极电容层析成像传感器参数优化方法

提出了一种新的非闭合电极电容层析成像传感器结构参数的优化方法,采用均匀设计结合非线性偏最小二乘法,提取传感器结构参数与待优化目标间的函数关系;在此基础上建立新的目标泛函.通过对优化目标泛函的求解,最终获得传感器结构参数的最优值.本文以12电极非闭合电极电容传感器为研究对象,进行了结构参数的优化设计,并根据优化结果制作了非闭合电极电容传感器.数值仿真结果表明,就本文所考察的重建对象而言,采用参数优化后的传感器所获得的图像重建质量优于未优化的传感器;从而为ECT传感器设计提供了一种新的有效方法.     

用于两相流检测的电阻层析成像系统

针对两相流流动过程变化快速等特点,设计并实现了一种基于CPCI(compact PCI)总线的电阻层析成像系统,该系统硬件结构采用可重构、框架式、柔性测试设计思想,将系统各功能分模块实现.通过FPGA实现各模块内功能的实现与控制以及模块间协作,利用DMA方式实现检测数据的高速传送;系统上位机人机交互软件同样采用模块化设...     

双截面电阻层析成像系统设计

为了扩展电阻层析成像系统的测量范围,提出了一种采用电压激励、电流测量模式的双截面电阻层析成像(ERT)系统,可避免因负载电阻增大而导致的电压饱和现象.分析了双截面ERT系统采用异步工作模式的不足,提出了双截面同步工作模式,并给出了该模式下的三维敏感场有限元仿真方法.实验结果表明,该系统的测量数据相对变化量的均方根误差最大值不超过0.15%,各通道测量数据的标准方差可控制在0.03%～0.12%之间,显示出良好的数据重复性及通道一致性.竖直管内的气/液两相流实验表明,系统测量范围得到了有效扩展,该双截面ERT系统可实现两相流的在线测量,实现流型和截面气体持率的在线监测.     

12电极电容层析成像系统数据采集通信接口的设计

针对电容层析成像系统成像投影数据有限,传统的基于单片机的数据采集系统传输速度较慢,影响实时成像等问题,采用TMS320F2812数字信号处理器作为数据采集及通信的核心部件来组建电容层析成像系统,基于CCS2000开发环境,完成了传感器数据采集电路的控制软件开发,系统采用RS232串行接口完成下位机与上位机之间的数据采集及通讯,使用ACCESS数据库保存采集的数据,为系统静态图像重建提供数据,系统的采集速度满足实时成像的要求．     

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%。     

提高电阻层析成像实时性能的研究

电阻层析成像（ERT）是两相流／多相流检测的新技术,其动态实时性能直接关系到能否应用于工业过程参数检测和监控,为此分析了影响ERT实时性能的主要原因,着重介绍了利用有源高通滤波方法提高实时性能的理论和实验研究结果,给出了影响实时性能的瞬态过程分析。     

电阻层析成像场域的三维仿真

为了进一步认识电阻层析成像(ERT)系统中敏感场的分布特性,通过采用有限元数值仿真(FEA)的方法建立三维模型并求解,得到了ERT传感器敏感场的三维空间分布,分析了场域分布的不均匀性。并在此基础上,研究了电极构造、空间排列、激励模式等对所建立的场域带来的影响,结果显示,电极长度增加可以改善激励场域,而且相对激励模式所产生的场域要优于相邻激励模式。这些结论为改进敏感场电极阵列的设计,降低反成像算法带来的误差以及还原图像的解释等提供了便利与依据。     

电磁层析成像系统

为了研制新型电磁层析成像(EMT)系统,提高EMT系统图像重建质量,通过对多种电磁层析成像系统的比较,尤其分析了两种典型电磁层析成像系统:单线圈激励系统和平行场激励系统的结构特点和发展过程,根据传统EMT系统的基本结构和物理原理,给出了典型EMT系统的数学模型;归纳了电磁层析成像技术中常用图像重建算法:线性反投影算法、启发式图像重建算法、ART算法和相关算法的优缺点;总结了EMT系统传感器阵列的设计特点、优于其他电层析成像系统的特点以及当前在开发中遇到的困难,对于电磁层析成像技术的发展具有指导意义,为新型系统的研制提供了理论依据.     

电容层析成像多电极激励方法分析

电容层析成像中的图像重建是一个不适定求解问题，电容的微测量误差将会引起较大的图像重建误差，因此提高互电容测量精度是保证图像重建质量的关键．分析了电容层析成像中电容测量原理，在此基础上，将多电极激励方式运用于电容层析成像中．经仿真实验表明：在电容层析成像的电容检测中，与目前普遍采用的单电极激励方式相比，采用多电极激励方式同样可以提高检测电极的电荷量32％～180％，从而有利于提高对互电容的检测精度。     

采用电阻层析成像技术分析硫酸钡结晶行为

采用电阻层析成像技术(ERT)测量结晶反应器内横截面的电导率变化,研究硫酸钡的结晶行为。建立溶液电导率采集系统,并对电导率数据进行在线分析,对不同浓度的氯化钡、硫酸钠溶液进行间歇实验,实时检测均相硫酸钡溶液反应结晶过程中电导率的变化情况。并对结晶过程中的电导率变化曲线进行分析。研究结果表明:结晶过程可分为诱导阶段、成核控制阶段、生长控制阶段。硫酸钡的间歇结晶反应主要在10~15 min内完成,并且随着溶液浓度的增加,诱导期明显减短,成核控制时间变短,对晶体生长过程的影响不大。采用电阻层析技术(ERT)研究硫酸钡结晶行为的方法具有较高的灵敏度。     

基于1范数的电阻层析成像图像重建算法

为了提高电阻层析成像(ERT)系统中的图像重建效果,针对ERT测量数据和重建图像的稀疏特性,采用基于1范数的正则化最小二乘法(LSPs)进行图像重建.该方法将问题转化为有线性不等式约束的二次规划问题,使用内点法的优化方法进行数值计算,并针对研究对象提出自适应参数选择标准.可避免重建图像被过度平滑,能够将物场中不同介质有...     

电阻阵列红外假目标变换弛豫时间研究

为了获得电阻阵列红外假目标变换的弛豫时间,为提高图样变换速度提出解决思路,通过对不同电阻(丝)的升、降温特性测试和分析指出:常见的电阻中金属膜电阻的升、降温时间最短,时间在30s左右;2种康铜电阻丝的升、降温时间变化长于金属膜电阻,其中升温增长约22.4%,降温增长约43.9%。被釉电阻与陶瓷绕线电阻升、降温时间较长,均超过了100s;同一电阻,在不同加热电压下的升、降温时间基本一致;同一电阻其降温时间长于升温时间。实验结果表明:可通过选用质量小、比热容小的电阻及介质材料来降低电阻的升、降温时间,提高电阻元件阵列红外假目标显示屏图样变换速度。     

用于电阻层析成像的快速自适应硬阈值迭代算法

针对电阻层析成像技术图像重建具有严重病态性的问题,提出了一种稀疏重建算法——快速自适应硬阈值迭代算法,研究了噪声对该算法在电阻层析成像图像重建效果上的影响,并通过仿真和模型实验测试了该算法的性能.结果表明:一定强度范围内的噪声对硬阈值迭代算法、自适应硬阈值迭代算法和快速自适应硬阈值迭代算法的影响较小.快速自适应硬阈值迭代算法成像速度更快,且该算法重建图像的空间分辨率相对其他两种算法也有较大的提高.     

电阻层析成像(ERT)敏感场的仿真计算

采用有限元法对电阻层析成像(ERT)敏感场进行了分析,并与两种简单媒质分布情况时正问题的理论解作了对比,仿真计算结果与理论解吻合较好,节点电压均方根误差为319%和039%.结果表明,有限元法能更好地模拟ERT电极尺寸和敏感场,解决了用解数学物理方程法难以求解复杂媒质分布的ERT敏感场的问题,为研究ERT敏感场特性和成像算法等提供可靠的分析工具·