本文選題：電容層析成像　切入點(diǎn)：三維電容層析成像傳感器　出處：《哈爾濱理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：電容層析成像技術(shù)(Electrical Capacitance Tomography, ECT)作為過程層析成像領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向,近年來發(fā)展極為迅速。依賴于電容測量的工作原理,電容層析成像技術(shù)具有安全性高、探測非侵入、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),正是基于此,電容層析成像技術(shù)具有十分廣泛的應(yīng)用范圍。在實(shí)際應(yīng)用中,也伴隨著相應(yīng)的問題。傳統(tǒng)傳感器是二維成像,得到的也只是“切片圖”,這種成像方式有很多弊端。在流體傳輸?shù)倪^程中,有些問題很難直接反映出來。ECT傳感器用以成像的敏感場分布是不均勻的,敏感場分布受被測介質(zhì)的分布(位置與所占面積的大小)與兩相介質(zhì)電容率差值的影響,形成“軟場”效應(yīng),導(dǎo)致重建圖像精度降低。針對(duì)上述問題,本文主要做了如下工作：1.了解電容層析成像的技術(shù)原理,結(jié)合本課題的具體研究方向,有針對(duì)性的查閱直接三維電容層析成像技術(shù)的相關(guān)資料,并指出直接三維電容層析成像系統(tǒng)研究的必要性。2.深入了解電容層析成像系統(tǒng)各組成部分,傳感器的構(gòu)成、分類及傳感器的相關(guān)系數(shù),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的相關(guān)理論知識(shí)以及成像系統(tǒng)的相關(guān)理論并且研究電容層析成像系統(tǒng)敏感場的特性。3.通過對(duì)傳統(tǒng)電容層析成像傳感器的研究,設(shè)計(jì)新型直接三維ECT傳感器,同時(shí)改進(jìn)原有激勵(lì)模式。實(shí)驗(yàn)證明,運(yùn)用新型三維ECT傳感器不僅可以增加投影數(shù)據(jù),還能有效的提高測量精度。4.對(duì)“軟場”特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究并分析其成因。并通過設(shè)置先驗(yàn)條件的方法構(gòu)造粒子群適應(yīng)度函數(shù),從而彌補(bǔ)“軟場”效應(yīng)造成的缺陷,并利用雙粒子群協(xié)同優(yōu)化算法尋找圖像重建最優(yōu)解。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)置先驗(yàn)條件的雙粒子群協(xié)同優(yōu)化算法進(jìn)行證明,應(yīng)用新型圖像重建法的重建結(jié)果與應(yīng)用傳統(tǒng)重建圖像算法重建結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,圖像質(zhì)量,圖像精度明顯提升,并且克服了局部極優(yōu)。
[Abstract]:Electrical Capacitance tomography (electrical tomography) is an important research direction in the field of process tomography, which has been developing rapidly in recent years. Depending on the principle of capacitance measurement, electrical Capacitance tomography has high security and non-intrusive detection. Because of the wide range of applications, electrical capacitance tomography technology has a very wide range of applications. In practical applications, there are also corresponding problems. This imaging method has many disadvantages. In the process of fluid transmission, some problems can hardly be directly reflected. The distribution of the sensitive field used by the ECT sensor for imaging is not uniform. The distribution of sensitive field is affected by the difference between the distribution of measured medium (position and occupied area) and the capacitance rate of two-phase medium, which results in "soft field" effect, which results in the reduction of image reconstruction accuracy. The main work of this paper is as follows: 1. To understand the technical principle of electrical capacitance tomography, combined with the specific research direction of this subject, to consult the relevant data of direct three-dimensional electrical capacitance tomography technology. It also points out the necessity of the research on the direct three-dimensional electrical capacitance tomography system. 2. Deeply understand the components of the capacitance tomography system, the constitution of the sensor, the classification and the correlation coefficient of the sensor. The theoretical knowledge of the data acquisition system and the related theory of the imaging system and the characteristics of the sensitive field of the electrical capacitance tomography system. 3. Through the research of the traditional capacitance tomography sensor, a new direct three-dimensional ECT sensor is designed. At the same time, the original excitation mode is improved. The experiment proves that the new 3D ECT sensor can not only increase the projection data, It can also effectively improve the measurement accuracy. 4. The characteristics of "soft field" are studied in detail and the causes are analyzed. The particle swarm fitness function is constructed by setting a priori condition to make up the defect caused by the "soft field" effect. The two-particle swarm optimization algorithm is used to find the optimal solution of image reconstruction, and the prior condition of the two-particle swarm optimization algorithm is proved by experiments. Compared with the reconstruction results of the traditional image reconstruction algorithm, the reconstruction results of the new image reconstruction method improve the image quality and image precision obviously, and overcome the local optimum.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41;TP212

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本文編號(hào)：1572135