電容層析是過(guò)程層析技術(shù)中被廣泛應(yīng)用于兩相流和多相流的一種檢測(cè)技術(shù),由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)輻射和低成本的特點(diǎn),目前在石油和天然氣運(yùn)輸方面工業(yè)前景廣闊,研究其發(fā)展具有重要意義。電容層析技術(shù)的主要原理是利用被測(cè)區(qū)域內(nèi)介質(zhì)介電常數(shù)變化引發(fā)的測(cè)量電容值變化,將其通過(guò)圖像重建算法轉(zhuǎn)變?yōu)榻橘|(zhì)分布情況。本文介紹了電容層析成像系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理,分析了電容值、靈敏場(chǎng)和灰度值間的關(guān)系,提供了電容層析成像系統(tǒng)的圖像重建的理論依據(jù)。由于電容層析系統(tǒng)的敏感場(chǎng)分布在三維空間內(nèi),傳統(tǒng)的ECT技術(shù)以二維斷層圖的形式作為重建結(jié)果,無(wú)法反應(yīng)介質(zhì)分布的空間信息,本文采用直接三維ECT技術(shù),在仿真模型的基礎(chǔ)上對(duì)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響做了研究,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)確立了實(shí)際的結(jié)構(gòu)參數(shù)。在三層八電極的傳感器模型上設(shè)計(jì)了一種不同層三電極激勵(lì)模式,實(shí)驗(yàn)證明單激勵(lì)模式比多激勵(lì)模式測(cè)量到的電容值變化范圍更大,但三電極激勵(lì)模式相較于其他兩種模式在圖像重建準(zhǔn)確率上更高,有噪聲干擾時(shí)圖像重建結(jié)果具有穩(wěn)定性。由于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在ECT系統(tǒng)中面臨著收斂速度慢、重建精度低的問(wèn)題,本文對(duì)AlexNet卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了深入研究,針對(duì)ECT系統(tǒng)的電容值數(shù)據(jù)進(jìn)... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁(yè)數(shù)】：59 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-8-2.1.1ECT傳感器系統(tǒng)ECT系統(tǒng)中傳感器系統(tǒng)由絕緣管道、檢測(cè)電極和屏蔽電極三部分構(gòu)成，如圖2-2所示。絕緣管道通常采用有機(jī)玻璃，它可以在方便觀察流體的同時(shí)具有絕緣作用。檢測(cè)電極通常由銅箔構(gòu)成，屏蔽電極主要由屏蔽罩、徑向電極和軸向電極構(gòu)成[17]。屏蔽罩能夠防止外界電場(chǎng)的干擾和因外界物質(zhì)介電常數(shù)的變化引起的電容值的變化。徑向電極指向圓心且與屏蔽罩相連，它把各檢測(cè)電極分開(kāi)，可以減小相鄰電極間的靜態(tài)電容，提高電容響應(yīng)的靈敏度[18]。當(dāng)管道內(nèi)多相流介質(zhì)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)介電常數(shù)隨之變化，傳感器系統(tǒng)所測(cè)量的電容值也相應(yīng)改變，這樣圖像重建系統(tǒng)就能把管道內(nèi)流體的實(shí)時(shí)分布情況展現(xiàn)出來(lái)。電容傳感器的作用是將傳感器敏感空間內(nèi)兩相流體的分布轉(zhuǎn)換為各電極對(duì)間的電容，是系統(tǒng)信息的最初來(lái)源。ECT技術(shù)對(duì)傳感器性能要求一般有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、高頻特性好。圖2-2三維傳感器結(jié)構(gòu)圖Fig.2-2Thestructurediagramofthe3DECTsensor傳感器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有電極板的數(shù)量、極板張角、極板長(zhǎng)度，絕緣管道的厚度、徑向電極等。傳統(tǒng)的二維傳感器只有一層測(cè)量電極，測(cè)量時(shí)只對(duì)同層極板之間的電容值測(cè)量，而三維ECT傳感器是在管道外壁鋪設(shè)多層極板，激勵(lì)模式可以為單電極、同層相鄰雙電極和不同層雙電極等。當(dāng)測(cè)量電極數(shù)量較多時(shí)，會(huì)造成測(cè)量周期過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，不利于隨時(shí)獲得測(cè)量某時(shí)間點(diǎn)的流體形狀。如果極板層數(shù)較少，可以測(cè)量到的獨(dú)立電容值數(shù)量會(huì)相對(duì)變少，流型軸向分布不能較好體現(xiàn)，電極數(shù)量過(guò)多，流型軸向分布不能較好體現(xiàn)。設(shè)計(jì)一種既能保證測(cè)量精度又能保證速度的模型尤為關(guān)鍵。極板間張角的大小決定了極板的寬度，間接決定了電極板的面積，極板面積越大，測(cè)量的電容值越大，可以降低

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-17-的用表示。(3-2)當(dāng)i極板施加激勵(lì)電壓時(shí)，對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電荷為(3-3)其中，包圍電極j的封閉曲線用表示，n是的單位法向量。i和j之間的電容值可以表示成(3-4)式中，Uij是極板間的電壓值，而Qij的關(guān)鍵在于求解電位分布。3.1.2傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究與設(shè)計(jì)二維傳感器采用的電極板數(shù)量為8個(gè)，結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)傳感器截面圖Fig.3-1Thecross-sectionaldiagramoftheECTsystem圓形管道外壁均勻布置8個(gè)銅質(zhì)檢測(cè)電極板，相鄰極板間不重疊相交，存在一定距離。為防止外界電磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，在管道壁外部增設(shè)一屏蔽罩。在測(cè)量電容時(shí)為降低其他極板對(duì)測(cè)量極板產(chǎn)生的干擾電容，在相鄰極板之間設(shè)置接地的徑向極板。實(shí)驗(yàn)中，用表示管道內(nèi)徑、表示管道中心到極板的距離、表示管道中心到屏蔽罩的距離、表示極板間的角度、表示徑向極板的長(zhǎng)度、表示管道壁的介電常數(shù)、表示屏蔽罩和極板間絕緣材料的

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3625005