离心机粒子分布检测的无线阻抗层析成像系统开发及实验验证

发布时间：2020-05-19 12:16

【摘要】：离心机是分离不同性质颗粒的一种分离机器,为了提高分离效率,那么一种能够对离心机内粒子分布成像的技术是很有必要的。通过对比,本文选用电阻抗层析成像(EIT)技术,其特点是设备成本低,具有实时性、非侵入性、可视化、分辨率较高。EIT成像技术最初是应用在生物组织的检测中,但是应用于工业中,则要求成像硬件系统具有小型化、便携化、无线传输数据的特点。基于以上考虑,开发了一种基于Red Pitaya STEMlab的EIT成像系统,最终达到识别物质的位置和识别两种不同物质的目的。EIT系统的设计包括两部分,即硬件部分和软件部分。硬件部分的目的是测量物理场域内电极的电压。硬件采用模块化设计,包括Red Pitaya STEMlab开发板、电压控制电流源模块、模拟多路复用器模块、8电极传感器水槽和个人电脑。软件部分主要解决了EIT系统的正问题和逆问题。正问题就是求解灵敏度矩阵的问题,逆问题是根据灵敏度矩阵和硬件部分测量的电压数据进行计算物理场域内电导率的分布,从而根据计算的电导率分布进行图像重建。本文选用图像相关Ic和电压误差UE作为图像重建质量评价标准。图像重建算法采用广义矢量模式匹配法(GVSPM)和Tikhonov正则化这两种图像重建算法,通过仿真和实验验证,Tikhonov正则化算法的图像重建质量更高。本文首先通过单组分分布成像的实验,验证了本系统可以在200KHz的频率范围内进行清晰成像出物质的位置,满足EIT系统对工业中的测量要求。然后,通过研究电化学阻抗谱(EIS)分析方法结合EIT仿真,仿真结果表明寻找各物质之间最大差异频率为其对应物质的图像重建频率,然后进行多频图像叠加,得到最终的双组分分布图像。最后,通过实验验证,从双组分分布实验的图像重建结果来看,此分析方法是可行的,可用于多组分分布成像检测。
【图文】：

1, 2, ,kk n K B元方程式（2-20）求解，选择适当的代数解法求解，电位值 φ。角形单元节点的电位和边界电极的电位，求解建立边灵敏度矩阵。T 系统的正问题获得灵敏度矩阵，本文获得有限单元节点单元的信息，采用有限元软件 COMSOLMultip Matlab 编程求解。槽的内径为 89mm，在 COMSOL 中按照 1:1 的比例像对比选用网格数（即单元个数）为 992 个，节点个速度较快。网格密度如下图 2-4 所示。

图 3-4 经典 Howland 电流源电路原理图Fig.3-4 The Principle of Classical Howland Current Source Circu电阻 R = ∞，，则上图中的 4 个电阻 R1、R2、R3、R4要构2 41 3R RR R 满足时，输出电流与负载电阻无关，即：3iOVIR land 电流源电路中这四个电阻满足平衡电桥条件时，越大[46]，该电路性能就越好。但实时上，由于受到电阻的阻值不是很大，这样使得匹配难度加大，从而一种改进型 Howland 电流源，也就是把 R4分成了两一个原因避免了经典 Howland 电流源电路的功率损
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TH237.5

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本文编号：2670877