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方面:1.闡述ECT技術(shù)的基本原理,對正、逆問題進(jìn)行數(shù)學(xué)模型解釋。設(shè)計12極板的ECT系統(tǒng)傳感器。對部分傳統(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,通過計算相關(guān)評價指標(biāo)對重建效果進(jìn)行評價。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量時的噪聲值,設(shè)計了差分電極傳感器系統(tǒng)并對差分電極與測量電極距離進(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)字量的正弦激勵信號,通過D/A轉(zhuǎn)化為正負(fù)交流信號分別對測量電極和差分電極進(jìn)行激勵。測量電極與差分電極到管道中點(diǎn)的距離比例約1:1.2時傳感器靈敏度最佳。3.傳統(tǒng)的ECT傳感器系統(tǒng)測量電極都是固定在管道壁上,測量電極到管道中心的距離固定不變,電極占空比（Ele... 

【文章來源】：中國民航大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

ECT系統(tǒng)組成圖

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖2-3網(wǎng)格剖分圖2-4電勢分布2.3ECT逆問題電學(xué)層析成像首先通過對陣列電極循環(huán)激勵測量得到邊界的電壓和電流值，再通過圖像重建算法對已知的電學(xué)信號和觀測矩陣進(jìn)行結(jié)合反演從而得到被測場域的介質(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與被測物場的介電常數(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為場內(nèi)靈敏度分布矩陣，G為被測物場區(qū)域的介電常數(shù)分布矩陣，C為場內(nèi)所測有效電容值矩陣。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間比較短，而迭代算法所使用的成像時間比較長，因?yàn)榈惴ㄐ枰欢ǖ牡螖?shù)[61]。

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文12通過對上式進(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，對建模完成的程序分別進(jìn)行空嘗物場及滿場進(jìn)行電容值和靈敏度的計算，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各個模型進(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比可以得到：四個流型中的流型，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.中國民航大學(xué) 2019
[2]基于FPGA的ECT系統(tǒng)研究[D]. 吳軻.中國民航大學(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.中國民航大學(xué) 2019
[4]滑油在線監(jiān)測的ECT傳感器優(yōu)化及算法研究[D]. 王伯波.中國民航大學(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)的無損檢測研究[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)合材料檢測方法研究[D]. 王挺.中國民航大學(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：2934136