双极板电极导电性分布自动测试系统
发布时间：2021-07-22 19:47
双极板作为质子交换膜燃料电池核心的多功能组件,其体电阻和接触电阻参数直接影响着电池的能量装化率。关于双极板与气体扩散层之间的接触电阻测试设备的研制国内外已有诸多研究,但关于双极板本体电阻及电导率分布测试系统研究却鲜有耳闻。目前主要仍采用四探针测试仪等传统系统进行测量,存在测试过程耗时较长,容易受到探针与被测极板接触不良的影响,会损坏被测样品等缺点。电阻抗成像（Electrical Impedance Tomography,EIT）,是近年来在两相流参数检测领域和医学成像领域颇为热门的图像重建技术。本文在当前国内外研究成果的基础上进行研究,将EIT技术引入双极板导电性分布测试的研究中,设计了用于夹持样品的测试夹具,搭建测试用硬件平台,并基于Labview自编测控软件,基于Matlab实现图像重建算法,最终搭建了一套软硬兼具的试验测试系统,通过电流刺激测试样品,然后采集不同安装位置的传感器测量的电压反馈信息重建了被测双极板的电导率分布信息,该测试系统具有自动化程度高、测试速度快等优点,测试结果与传统仪器系统相比有较高的符合性。主要完成工作有以下几点:首先研究电阻抗成像技术,将其引入双极板导...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EIT系统框图
电子科技大学硕士学位论文图2-1EIT测试原理电场强度E与电位φ之间满足关系：E=φ(2-5)由式(2-3)-(2-5)可得：·(σφ)=0(2-6)将其展开，可得：·(σφ)=σ·φ+σ2φ=0(2-7)则泊松方程可以写为：2φ=σ·φσ(2-8)类似于式(2-1),式(2-8)确定了模型参数和可测量参数之间的函数关系，已知场域内电导率分布φ和注入激励源γ求场域边界条件θ是正问题过程，已知注入激励源γ和场域边界条件θ求解场域内部电导率分布φ是逆问题过程[33]。实际过程中还需要将样品的物理模型做一些简化，EIT过程中注入激励电流形成的电流场是一个三维电流场，会向导电域内的各个方向分布，电流的这种三维效应不可避免，但考虑到双极板形状扁平简单，纵向范围相对于横切面大得多，且并不关心横切面电导率的分布，只需要求得横切面电导率在纵向范围内的分布6
第二章电阻抗成像技术的理论研究2.3.1动态成像算法研究动态成像算法具有计算量小，重建速度快等优点，非常适用于实时在线的监控型装置，在两相流检测领域有较多应用，如反投影类算法。线性反投影算法(LinearBackProjection，LBP)，是目前最简单、快捷，同时也应用非常广泛的一种图像重建算法。这一方法建立在目标域敏感场是暂时稳定这一假设基础之上，即认为敏感场分布情况不受到场域内电导率分布变化的影响。其原理类似于射线的反投影算法，我们可以假定投影域内电导率的变化情况与对应位置的等位线间的电压变化情况成正比。当场域内电导率的变化较小时,其内部等位线的分布情况与均匀电导率分布下的等位线分布情况几乎没有发生变化,但是由于场域电导率分布发生改变,场域内电位的实际值有所差异,因而相邻电极上测量到的电压值也会发生相应的改变。将这些由于电导率的改变而引起的电压变化值标准化处理后，再将它们沿均匀电导率分布下的等位线方向进行反投影，就可以获得电阻抗重建图像。图2-2显示了以16电极的圆形为模型，以相对测量方式刺激左右两个电极时的情况。图2-2LBP单次刺激情况联系图2-2和式(2-1)，边界测量值b要么是边界电压的测量值，要么是流过被研究区域边界的电流的测量值。为了获得足够的维度，必须对被测体施加各种电压或者电流来激励它，得到b。本质上可以将反投影过程概括为沿曲线的反投影，并认为适当的反投影将边界上某一点的切向边界电压梯度的归一化值沿边界上该点的等电位投影。将各个方向的电极驱动产生的反投影组合到一起，可能还会再通过滤波方法增强图像的外观[44]。尽管这种方法不是h的精确图像，但是它9
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电阻抗成像技术的金属疲劳损伤检测[J]. 孙亮,毛汉领,黄振峰,李欣欣. 机械设计与制造. 2020(04)
[2]基于电阻抗层析成像的CFRP结构损伤检测[J]. 范文茹,王勃,李靓瑶,周琛. 北京航空航天大学学报. 2019(11)
[3]基于分裂Bregman方法的加权频差电阻抗成像算法[J]. 成民民,戎舟,庞宗强. 国外电子测量技术. 2019(02)
[4]质子交换膜燃料电池双极板材料研究进展[J]. 李俊超,王清,蒋锐,吴爱民,林国强,董闯. 材料导报. 2018(15)
[5]一种改进的加权频差电阻抗成像算法[J]. 张夏婉. 信息技术与网络安全. 2018(05)
[6]基于块稀疏的电阻抗成像算法[J]. 王琦,张鹏程,汪剑鸣,李秀艳,连志杰,陈庆良,陈彤云,陈晓静,贺静,段晓杰,王化祥. 电子与信息学报. 2018(03)
[7]测量分辨率对不同EIT算法影响的仿真研究[J]. 邓娟,陶凌,沙洪,赵舒,任超世,李福生. 军事医学. 2013(05)
[8]三维电阻抗成像的测量模式[J]. 王化祥,黄文瑞,范文茹. 天津大学学报. 2012(08)
[9]遗传算法研究进展[J]. 马永杰,云文霞. 计算机应用研究. 2012(04)
[10]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
博士论文
[1]基于信赖域方法的电阻抗断层成像研究[D]. 谭春晓.河北工业大学 2014
[2]电阻抗（ECT/ERT）双模态层析成像技术研究[D]. 何永勃.天津大学 2006
[3]基于快速牛顿一步误差重构的电阻抗成像算法和实验研究[D]. 罗辞勇.重庆大学 2005
[4]电阻抗成像技术理论及应用研究[D]. 徐管鑫.重庆大学 2004
硕士论文
[1]二维电阻抗断层成像系统研究[D]. 邓其龙.长江大学 2019
[2]电阻抗成像技术中Tikhonov正则化方法应用与改进的研究[D]. 刘宸汁.山东大学 2019
[3]智能数字拼图算法研究及其应用[D]. 曹戴.江南大学 2017
[4]Kalman滤波算法在电阻抗成像技术中的应用[D]. 陈纪承.燕山大学 2017
[5]电阻抗成像技术的图像重构算法研究[D]. 李凯强.南京邮电大学 2015
[6]金属双极板质子交换膜燃料电池内阻研究[D]. 陈骏.武汉理工大学 2014
[7]基于PSOC多通道信号采集系统的研究[D]. 宋永吉.山东科技大学 2011
[8]电学层析成像系统优化设计[D]. 杨程屹.天津大学 2010
[9]电阻层析测量系统数据采集装置的设计[D]. 杨富广.中国石油大学 2010
本文编号：3297784
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EIT系统框图
电子科技大学硕士学位论文图2-1EIT测试原理电场强度E与电位φ之间满足关系：E=φ(2-5)由式(2-3)-(2-5)可得：·(σφ)=0(2-6)将其展开，可得：·(σφ)=σ·φ+σ2φ=0(2-7)则泊松方程可以写为：2φ=σ·φσ(2-8)类似于式(2-1),式(2-8)确定了模型参数和可测量参数之间的函数关系，已知场域内电导率分布φ和注入激励源γ求场域边界条件θ是正问题过程，已知注入激励源γ和场域边界条件θ求解场域内部电导率分布φ是逆问题过程[33]。实际过程中还需要将样品的物理模型做一些简化，EIT过程中注入激励电流形成的电流场是一个三维电流场，会向导电域内的各个方向分布，电流的这种三维效应不可避免，但考虑到双极板形状扁平简单，纵向范围相对于横切面大得多，且并不关心横切面电导率的分布，只需要求得横切面电导率在纵向范围内的分布6
第二章电阻抗成像技术的理论研究2.3.1动态成像算法研究动态成像算法具有计算量小，重建速度快等优点，非常适用于实时在线的监控型装置，在两相流检测领域有较多应用，如反投影类算法。线性反投影算法(LinearBackProjection，LBP)，是目前最简单、快捷，同时也应用非常广泛的一种图像重建算法。这一方法建立在目标域敏感场是暂时稳定这一假设基础之上，即认为敏感场分布情况不受到场域内电导率分布变化的影响。其原理类似于射线的反投影算法，我们可以假定投影域内电导率的变化情况与对应位置的等位线间的电压变化情况成正比。当场域内电导率的变化较小时,其内部等位线的分布情况与均匀电导率分布下的等位线分布情况几乎没有发生变化,但是由于场域电导率分布发生改变,场域内电位的实际值有所差异,因而相邻电极上测量到的电压值也会发生相应的改变。将这些由于电导率的改变而引起的电压变化值标准化处理后，再将它们沿均匀电导率分布下的等位线方向进行反投影，就可以获得电阻抗重建图像。图2-2显示了以16电极的圆形为模型，以相对测量方式刺激左右两个电极时的情况。图2-2LBP单次刺激情况联系图2-2和式(2-1)，边界测量值b要么是边界电压的测量值，要么是流过被研究区域边界的电流的测量值。为了获得足够的维度，必须对被测体施加各种电压或者电流来激励它，得到b。本质上可以将反投影过程概括为沿曲线的反投影，并认为适当的反投影将边界上某一点的切向边界电压梯度的归一化值沿边界上该点的等电位投影。将各个方向的电极驱动产生的反投影组合到一起，可能还会再通过滤波方法增强图像的外观[44]。尽管这种方法不是h的精确图像，但是它9
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电阻抗成像技术的金属疲劳损伤检测[J]. 孙亮,毛汉领,黄振峰,李欣欣. 机械设计与制造. 2020(04)
[2]基于电阻抗层析成像的CFRP结构损伤检测[J]. 范文茹,王勃,李靓瑶,周琛. 北京航空航天大学学报. 2019(11)
[3]基于分裂Bregman方法的加权频差电阻抗成像算法[J]. 成民民,戎舟,庞宗强. 国外电子测量技术. 2019(02)
[4]质子交换膜燃料电池双极板材料研究进展[J]. 李俊超,王清,蒋锐,吴爱民,林国强,董闯. 材料导报. 2018(15)
[5]一种改进的加权频差电阻抗成像算法[J]. 张夏婉. 信息技术与网络安全. 2018(05)
[6]基于块稀疏的电阻抗成像算法[J]. 王琦,张鹏程,汪剑鸣,李秀艳,连志杰,陈庆良,陈彤云,陈晓静,贺静,段晓杰,王化祥. 电子与信息学报. 2018(03)
[7]测量分辨率对不同EIT算法影响的仿真研究[J]. 邓娟,陶凌,沙洪,赵舒,任超世,李福生. 军事医学. 2013(05)
[8]三维电阻抗成像的测量模式[J]. 王化祥,黄文瑞,范文茹. 天津大学学报. 2012(08)
[9]遗传算法研究进展[J]. 马永杰,云文霞. 计算机应用研究. 2012(04)
[10]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
博士论文
[1]基于信赖域方法的电阻抗断层成像研究[D]. 谭春晓.河北工业大学 2014
[2]电阻抗（ECT/ERT）双模态层析成像技术研究[D]. 何永勃.天津大学 2006
[3]基于快速牛顿一步误差重构的电阻抗成像算法和实验研究[D]. 罗辞勇.重庆大学 2005
[4]电阻抗成像技术理论及应用研究[D]. 徐管鑫.重庆大学 2004
硕士论文
[1]二维电阻抗断层成像系统研究[D]. 邓其龙.长江大学 2019
[2]电阻抗成像技术中Tikhonov正则化方法应用与改进的研究[D]. 刘宸汁.山东大学 2019
[3]智能数字拼图算法研究及其应用[D]. 曹戴.江南大学 2017
[4]Kalman滤波算法在电阻抗成像技术中的应用[D]. 陈纪承.燕山大学 2017
[5]电阻抗成像技术的图像重构算法研究[D]. 李凯强.南京邮电大学 2015
[6]金属双极板质子交换膜燃料电池内阻研究[D]. 陈骏.武汉理工大学 2014
[7]基于PSOC多通道信号采集系统的研究[D]. 宋永吉.山东科技大学 2011
[8]电学层析成像系统优化设计[D]. 杨程屹.天津大学 2010
[9]电阻层析测量系统数据采集装置的设计[D]. 杨富广.中国石油大学 2010
本文编号：3297784
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3297784.html
