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%。     

基于ECT的高速数据采集系统探讨

ECT成像技术和使用非常灵活,由于它主要使用多相流的参数检测,检测多相流的活动过程,所以使用此技术需要有较高的数据采集和处理速度.但是ECT成像技术相对价格要高些,直接影响了它的更广泛应用.因此,本文主要讨论ECT成像技术的原理,使用和采集系统.以更快优化ECT的层析成像技术,使此技术更快造福人类.     

利用ECT信息改进EST图像重建

提出了基于电容层析成像(ECT)与静电层析成像(EST)的双模态传感器技术.该技术应用电容层析成像重建得到的介质分布结果作为先验信息,提高了静电层析成像的图像重建精度.针对静电荷对ECT测量值的干扰进行了探讨.理论分析表明,ECT采用交流法检测电容,在高频交流激励、带通滤波方式下,微小电容检测系统可以消除颗粒感生电荷噪声的低频干扰.针对电荷灵敏场受介质分布的影响进行了研究,数值仿真计算表明,采用ECT提供的介质分布信息可修正实际流型下的电荷灵敏度,降低EST电荷分布反演的不确定度.由于EST的相对图像误差、相对电荷余量等图像重建指标均有所减小,所以图像相关性更好.     

两相流电容层析成像系统

基于电容层析成像技术设计了一套两相流型可视化系统。硬件部分采用交流激励的电容数据采集系统，具有较高的采集速度和分辨率；软件部分采用改进的线性反投影算法与Landweber迭代法进行图像重建，保证流型可视化的实时性和有效性；成像速度可达20幅／s，基本满足工业应用要求。实验测试与成像结果表明，该系统改进了数据采集速度。     

ECT系统中重建高介电常数对象的算法

针对电容层析成像(ECT)系统中常用的快速图像重建算法线性反投影(LBP)算法在重建高介电常数成像对象的图像时,重建的图像质量差,提出一种高介电常数成像对象的快速图像重建算法,根据不同介电常数成像对象的成像敏感场分布图具有高度相关性的特点,采用成像敏感场灵敏度替换法提升高介电常数对象的成像敏感场灵敏度,利用正则化图像重...     

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.     

ECT传感器电势测量方法

针对微型ECT传感器受限于应用场合,电极轴向长度过短的实用局限,提出采用电势测量方法.通过采集悬浮极片上的电势值进行图象重建.比较电势测量方法与传统的位移电流方法,发现在给定相同激励电压时,电势测量值仅取决于电容的比值而独立于电容本身值,在一定程度上降低了对电极轴向长度的要求.研究表明电势测量方法更加适合于微型ECT传感器.最后利用非线性GA-ECT技术从电势测量值给出了图象重建的结果.     

ECT系统的C／V转换电路分析

介绍了电容层析(ECT)成像系统的概况,重点分析了其核心部件激励信号幅值可控双模式交流型C／V 转换电路的工作原理．     

基于内阵列电极的ECT/ERT双模态成像

电学层析成像(ET)技术正逐渐应用于各工业过程中.目前,实现ECT/ERT双模态成像一般通过双截面的ECT和ERT组合技术完成,因此难以实现同一截面、同时间获取信息的融合.文中设计了内置式单阵列电极的ECT/ERT双模态传感器,并进行了单模态和双模态的相应实验.仿真和实验结果表明,该双模态传感器不仅结构简单、安装方便,而且可实现油水两相流同一截面、同时间的连续测量,实验中含油率的测量值与理论计算值较好地吻合,有效拓宽了单阵列电极油水两相流范围.     

交流激励电容层析成像(ECT)C／V转换电路的分析

介绍一种基于交流激励型的电容层析成像(ECT)的C／V转换电路．主要分析了电路的工作原理,实际应 用中的反馈模式电路．该电路具有较强抗干扰能力,稳定性好和较小的漂移．     

Image Reconstruction Using a Genetic Algorithm for Electrical Capacitance Tomography

Electrical capacitance tomography （ECT） has been used for more than a decade for imaging dielectric processes. However, because of its ill-posedness and non-linearity, ECT image reconstruction has always been a challenge. A new genetic algorithm （GA） developed for ECT image reconstruction uses initial results from a linear back-projection, which is widely used for ECT image reconstruction to optimize the threshold and the maximum and minimum gray values for the image. The procedure avoids optimizing the gray values pixel by pixel and significantly reduces the search space dimension. Both simulations and static experimental results show that the method is efficient and capable of reconstructing high quality images. Evaluation criteria show that the GA-based method has smaller image error and greater correlation coefficients. In addition, the GA-based method converges quickly with a small number of iterations.     

基于COMSOL的电容层析成像系统灵敏度场的计算

电容层析成像技术是检测两相流或多相流的过程检测技术,在工业领域中有着广泛的用途.要实现电容层析成像的图像重建工作必须先获得精确的灵敏度场数据,但是求取电容层析成像系统的灵敏度场矩阵十分复杂,而且编写有限元网格剖分模型的程序也相对繁琐和困难,且设定好的网格不易于快速修改.鉴于此,提出一种利用有限元软件COMSOL和电势分布来求解灵敏度场矩阵的方法.最后通过仿真实验进行了验证.仿真实验结果也证明了这种灵敏度场计算的有效性和可靠性.     

用于电容层析成像技术的共轭梯度算法

针对电容层析成像技术中的“软场”效应和病定问题,基于灵敏度矩阵的奇异值分解理论,提出共轭梯度图像重建算法及其改进算法———正则化共轭梯度法.仿真实验得知:经过 200次迭代后,Landweber算法残差为0. 139 5,未加正则化的共轭梯度算法残差为 1. 357 7×10-4;完成同样操作,Landweber算法迭代耗时 9. 3s,共轭梯度法只需 6. 8s.可见,共轭梯度法是一种比其他的迭代算法收敛更快、成像效果更好的图像重建算法.     

基于L曲线法的电容层析成像正则化参数优化

电容层析成像（ECT）系统的不适定性问题严重影响重建图像质量，为此必须减小灵敏度矩阵的争件数．以Tjkhonov正则化和后验策略为基础，从灵敏度矩阵广义逆的角度阐述了L曲线法并设置滤波函数，建立极小化泛函及L曲线图，最终确定正则参数．仿真实验表明，L曲线法具有较强的抗噪声性能和较快的收敛速度，明显改善了ECT系统的重构图像质量．     

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.     

鼓泡床中分布器对气泡行为影响的电容层析成像分析

采用英国Process Tomography有限公司研制的12电极双面电容层析成像(ECT)系统,研究了不同的分布器结构对鼓泡床气泡行为的影响。结果表明:在相同的表观气速下,随着分布器开孔数目的增多,气含率相应增加;随着表观气速的增加,气含率逐渐上升;当分布器具有泡罩结构时,对应的气含率较高。借助Plot3d考察了气泡上升过程中的准三维结构,发现气泡(群)的上升过程近似一种螺旋运动。     

采用无网格伽辽金法求解电容层析成像正问题

由于有限元法求解电容层析成像正问题的计算准备及后处理非常费时，对正问题的三维求解造成了瓶颈，为此，提出采用无网格伽辽金法求解电容层析成像正问题，获得正问题的弱变分形式，并用拉格朗日乘子法施加边界条件，从而得到数值解．在同样的仿真条件下，2种方法的计算时间分别为14．046S和5．078S．对5种典型流型进行仿真，结果表明，2种方法计算结果的最大相对误差为2．25％．因此，无网格伽辽金法与有限元法具有相当的精度，且计算速度有较大提高．     

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.     

基于分割Bregman迭代的内-外置电极电容层析成像

针对电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)逆问题的病态性和不适定性,提出了一种基于分割布雷格曼迭代(split Bregman iteration,SBI)的图像重构算法。在目标函数中引入基于参考图像的正则化、低阶约束和空间约束,从而提高成像质量和空间分辨率。对内-外置电极的ECT敏感场内环形区域进行图像重建。仿真结果表明:与Tlkhonov正则化算法和Landweber迭代算法相比,基于布雷格曼迭代的图像重建算法具有较好的空间分辨率,图像误差降低至0. 162 1,图像相关系数提升至0. 874 4,图像重建的精度和质量较高,说明了该算法在ECT图像重建领域的可行性和有效性。     

开放式电阻抗CT的软件系统

介绍在Ｗｉｎｄｗｏｓ环境下开发的开放式电阻抗ＣＴ软件系统的各个组成部分及其功能,给出了对系统功能进行扩充的方法。