發(fā)布時(shí)間：2020-12-23 18:15

　　電容層析成像技術(shù)（Electrical Capacitance Tomography,ECT）優(yōu)點(diǎn)在于非侵入性、安全性、響應(yīng)速度快、安裝便捷以及成本低等,使得這項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)過程可視化檢測(cè)中成為一項(xiàng)極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。為了深入分析電容層析成像系統(tǒng),本論文的主要工作包括以下幾個(gè)方面:1.闡述ECT技術(shù)的基本原理,對(duì)正、逆問題進(jìn)行數(shù)學(xué)模型解釋。設(shè)計(jì)12極板的ECT系統(tǒng)傳感器。對(duì)部分傳統(tǒng)的圖像重建算法進(jìn)行研究,介紹算法的成像原理,并分析其優(yōu)劣,通過計(jì)算相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)重建效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。2.為了減小電容層析成像傳感器相鄰極板間耦合電容引起電容測(cè)量時(shí)的噪聲值,設(shè)計(jì)了差分電極傳感器系統(tǒng)并對(duì)差分電極與測(cè)量電極距離進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（Field Programmable Gate Array,FPGA）直接數(shù)字頻率生成模塊生成數(shù)字量的正弦激勵(lì)信號(hào),通過D/A轉(zhuǎn)化為正負(fù)交流信號(hào)分別對(duì)測(cè)量電極和差分電極進(jìn)行激勵(lì)。測(cè)量電極與差分電極到管道中點(diǎn)的距離比例約1:1.2時(shí)傳感器靈敏度最佳。3.傳統(tǒng)的ECT傳感器系統(tǒng)測(cè)量電極都是固定在管道壁上,測(cè)量電極到管道中心的距離固定不變,電極占空比（Ele... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)民航大學(xué)天津市

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

ECT系統(tǒng)組成圖

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖2-3網(wǎng)格剖分圖2-4電勢(shì)分布2.3ECT逆問題電學(xué)層析成像首先通過對(duì)陣列電極循環(huán)激勵(lì)測(cè)量得到邊界的電壓和電流值，再通過圖像重建算法對(duì)已知的電學(xué)信號(hào)和觀測(cè)矩陣進(jìn)行結(jié)合反演從而得到被測(cè)場(chǎng)域的介質(zhì)分布情況。這一過程就是逆問題的求解過程[59]，即圖像重建的過程。研究人員發(fā)現(xiàn)，通常電極之間的電容值C與被測(cè)物場(chǎng)的介電常數(shù)之間為非線性關(guān)系，研究所得函數(shù)關(guān)系如式（2.13）所示。SGC（2.13）S為場(chǎng)內(nèi)靈敏度分布矩陣，G為被測(cè)物場(chǎng)區(qū)域的介電常數(shù)分布矩陣，C為場(chǎng)內(nèi)所測(cè)有效電容值矩陣。求解G即可得到重建圖像[63]。ECT的圖像重建算法常用的包括直接算法和迭代算法[60]。其中，直接算法所需要的成像時(shí)間比較短，而迭代算法所使用的成像時(shí)間比較長(zhǎng)，因?yàn)榈惴ㄐ枰欢ǖ牡螖?shù)[61]。

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文12通過對(duì)上式進(jìn)行最小二乘解得到：^1()TTGSSSC（2.21）TSS矩陣的沒有逆矩陣，用其偽逆進(jìn)行代替：1TSVDU（2.22）圖像重建方程為：GSC（2.23）通過COMSOL5.3進(jìn)行建模，運(yùn)行matlab2014a軟件。首先，對(duì)建模完成的程序分別進(jìn)行空嘗物場(chǎng)及滿場(chǎng)進(jìn)行電容值和靈敏度的計(jì)算，并進(jìn)行歸一化處理；其次，分別通過LBP、Tikhonov以及奇異值分解三種種算法對(duì)各個(gè)模型進(jìn)行圖像重建。仿真模型選擇核心流、雙泡流、三泡流、層流。圖像重建結(jié)果如圖2-5所示。核心流雙泡流四泡流層流LBPTikhonovSVD圖2-5直接算法圖像重建通過圖2-5三種直接算法成像效果對(duì)比可以得到：四個(gè)流型中的流型，LBP的圖像重建效果最差。Tikhonov正則化法圖像重建效果比較好，但是由于算法本身一些缺陷導(dǎo)致圖像重建結(jié)果存在一些偽影。SVD算法得到的重建圖像結(jié)果會(huì)導(dǎo)致成像有一些較大的變形，這是由電容成像中靈敏度矩陣的病態(tài)型造成的。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]電容層析成像圖像重建與氣力輸送兩相流可視化測(cè)量研究[D]. 王澤璞.華北電力大學(xué) 2013

碩士論文
[1]基于非凸壓縮感知的ECT圖像重建算法研究[D]. 劉亞楠.中國(guó)民航大學(xué) 2019
[2]基于FPGA的ECT系統(tǒng)研究[D]. 吳軻.中國(guó)民航大學(xué) 2019
[3]基于深度學(xué)習(xí)的ECT圖像重建算法研究[D]. 何小芳.中國(guó)民航大學(xué) 2019
[4]滑油在線監(jiān)測(cè)的ECT傳感器優(yōu)化及算法研究[D]. 王伯波.中國(guó)民航大學(xué) 2017
[5]電容層析成像系統(tǒng)的圖像重建算法研究[D]. 郭琪.中國(guó)民航大學(xué) 2017
[6]電容層析成像技術(shù)圖像重建算法的研究[D]. 孔銀.哈爾濱理工大學(xué) 2017
[7]基于平面陣列電容成像技術(shù)的無(wú)損檢測(cè)研究[D]. 趙麗梅.燕山大學(xué) 2016
[8]基于電容敏感機(jī)理的飛機(jī)復(fù)合材料檢測(cè)方法研究[D]. 王挺.中國(guó)民航大學(xué) 2013
[9]電容層析成像系統(tǒng)的圖像重建算法研究[D]. 張彩霞.中國(guó)民航大學(xué) 2013
[10]基于并行穩(wěn)定雙共軛梯度算法的不可壓縮管流數(shù)值模擬[D]. 袁俊峰.杭州電子科技大學(xué) 2013



本文編號(hào)：2934136