气液两相流超声过程层析成像理论与实验
发布时间：2021-08-02 15:32
采用超声过程层析技术对气泡流动进行理论和实验研究。为提高气液两相流超声层析成像的重建精度,在二值反投影（BBP）基础上发展了边缘增强反投影（EEBP）。为模拟投影数据,采用有限元分析给定气泡分布下声压场。仿真结果表明,EEBP的空间成像误差明显小于BBP。搭建一套气液两相流超声层析成像系统,可实现对24个换能器组成阵列的投影信号获取。利用该系统进行单、双气泡流测试,通过提出的EEBP重建算法与硬件系统的结合,可准确得到流动中的气泡空间位置、尺寸以及形状。仿真与实验中EEBP算法重建图像的最小空间成像误差为2.03%,表明在气泡流动稳定的情况下,该系统具备可行性与可靠性。
【文章来源】：仪器仪表学报. 2020,41(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
阵列中声波与气泡的作用
UPT工作过程中,超声换能器阵列是层析成像系统获取投影数据的重要构成。其结构形式是决定测量信号数目、数据测量误差以及数据采集效率的关键。为提高气泡的重建效果,超声换能器阵列的设计必须采用能提供更多投影数据的结构。为满足这一要求且在保证系统较高可行性的前提下,采用图2所示的扇形束阵列扫描结构(换能器为柱面式,形成的发散扇形声束可被多接收器同时接收),这样可使单次测量的有效投影数据量增加,提高气泡的重建精度和空间分辨率。理论上,只有当观察角数目无限多、每一观察角下投影无限多且间隔无限小的情况下才能获得气液两相截面的“精确重建”[17]。然而,考虑到超声换能器阵列的布局和构成受到换能器实际尺寸的影响,此外在换能器数目达到一定数目后,通过增加换能器并不能让成像精度成大幅提高。综合考虑下,采用24个超声换能器构成的扇形束阵列(图2)。其中,8个为收发一体式,分别记为Tx1, Tx2, Tx3, …,Tx8。其余的只作接收器,依次记为Rx1, Rx2, Rx3, …,Rx16,扇形束投影可覆盖所有接收器。
反投影最初在X射线断层扫描中发展起来。基于信号二值化的反投影算法(binary back projection, BBP)可实现快速重建。算法的快速性要求投影数据是被某个阈值处理后的逻辑值。基于前述分析可知,在气液两相流中,声波从流动介质到气泡几乎被全部反射。若发射器和接收器之间有气泡,将接收不到透射信号。重建时,将图像权重值“1”分配给反投影区间(图3斜线区间)。若发射器和接收器之间没有气泡,可接收到正常信号,按图像权重值“0”分配。利用BBP算法进行重建,首先将横截面重建图像矩阵G离散成n×n个网格;然后,将二值投影数据矩阵S的每个元素转换为反投影图形矩阵Pk:
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation and analysis of a fluidized bed dryer by process tomography sensor[J]. Hai-Gang Wang,Yong-Lei Lin,Wu-Qiang Yang. Petroleum Science. 2020(02)
[2]基于改进灵敏度矩阵的ERT图像重建[J]. 颜华,胡丽娟,王伊凡,周英钢. 仪器仪表学报. 2018(05)
[3]基于X射线图像和卷积神经网络的石油钢管焊缝缺陷检测与识别[J]. 刘涵,郭润元. 仪器仪表学报. 2018(04)
[4]基于谐波小波分解的静电传感器颗粒流动参数测量[J]. 王奇,张文彪,闫勇,王超. 电子测量与仪器学报. 2018(01)
[5]旋风筒中磷石膏颗粒浓度分布的电容层析法实验研究[J]. 严思思,熊咏梅,刘少文. 磷肥与复肥. 2016(12)
[6]曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟[J]. 王蒙,孙楠,王颖,程文. 水利学报. 2016(10)
[7]气固两相流超声过程层析成像系统研究[J]. 田昌,苏明旭,顾建飞. 仪器仪表学报. 2016(03)
[8]一种新型的三维ECT传感器及三维图像重建方法[J]. 陈德运,高明,宋蕾,林甲楠,于晓洋. 仪器仪表学报. 2014(05)
[9]旋流气浮中气泡-颗粒碰撞效率影响因素理论分析[J]. 韩严和,陈家庆,桑义敏,阮修莉,王春升,王建文,张明. 过程工程学报. 2013(02)
[10]矩形电容层析成像传感器仿真模拟和实验测量[J]. 赵国荣,王海刚,吕清刚. 仪器仪表学报. 2012(05)
本文编号：3317820
【文章来源】：仪器仪表学报. 2020,41(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
阵列中声波与气泡的作用
UPT工作过程中,超声换能器阵列是层析成像系统获取投影数据的重要构成。其结构形式是决定测量信号数目、数据测量误差以及数据采集效率的关键。为提高气泡的重建效果,超声换能器阵列的设计必须采用能提供更多投影数据的结构。为满足这一要求且在保证系统较高可行性的前提下,采用图2所示的扇形束阵列扫描结构(换能器为柱面式,形成的发散扇形声束可被多接收器同时接收),这样可使单次测量的有效投影数据量增加,提高气泡的重建精度和空间分辨率。理论上,只有当观察角数目无限多、每一观察角下投影无限多且间隔无限小的情况下才能获得气液两相截面的“精确重建”[17]。然而,考虑到超声换能器阵列的布局和构成受到换能器实际尺寸的影响,此外在换能器数目达到一定数目后,通过增加换能器并不能让成像精度成大幅提高。综合考虑下,采用24个超声换能器构成的扇形束阵列(图2)。其中,8个为收发一体式,分别记为Tx1, Tx2, Tx3, …,Tx8。其余的只作接收器,依次记为Rx1, Rx2, Rx3, …,Rx16,扇形束投影可覆盖所有接收器。
反投影最初在X射线断层扫描中发展起来。基于信号二值化的反投影算法(binary back projection, BBP)可实现快速重建。算法的快速性要求投影数据是被某个阈值处理后的逻辑值。基于前述分析可知,在气液两相流中,声波从流动介质到气泡几乎被全部反射。若发射器和接收器之间有气泡,将接收不到透射信号。重建时,将图像权重值“1”分配给反投影区间(图3斜线区间)。若发射器和接收器之间没有气泡,可接收到正常信号,按图像权重值“0”分配。利用BBP算法进行重建,首先将横截面重建图像矩阵G离散成n×n个网格;然后,将二值投影数据矩阵S的每个元素转换为反投影图形矩阵Pk:
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation and analysis of a fluidized bed dryer by process tomography sensor[J]. Hai-Gang Wang,Yong-Lei Lin,Wu-Qiang Yang. Petroleum Science. 2020(02)
[2]基于改进灵敏度矩阵的ERT图像重建[J]. 颜华,胡丽娟,王伊凡,周英钢. 仪器仪表学报. 2018(05)
[3]基于X射线图像和卷积神经网络的石油钢管焊缝缺陷检测与识别[J]. 刘涵,郭润元. 仪器仪表学报. 2018(04)
[4]基于谐波小波分解的静电传感器颗粒流动参数测量[J]. 王奇,张文彪,闫勇,王超. 电子测量与仪器学报. 2018(01)
[5]旋风筒中磷石膏颗粒浓度分布的电容层析法实验研究[J]. 严思思,熊咏梅,刘少文. 磷肥与复肥. 2016(12)
[6]曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟[J]. 王蒙,孙楠,王颖,程文. 水利学报. 2016(10)
[7]气固两相流超声过程层析成像系统研究[J]. 田昌,苏明旭,顾建飞. 仪器仪表学报. 2016(03)
[8]一种新型的三维ECT传感器及三维图像重建方法[J]. 陈德运,高明,宋蕾,林甲楠,于晓洋. 仪器仪表学报. 2014(05)
[9]旋流气浮中气泡-颗粒碰撞效率影响因素理论分析[J]. 韩严和,陈家庆,桑义敏,阮修莉,王春升,王建文,张明. 过程工程学报. 2013(02)
[10]矩形电容层析成像传感器仿真模拟和实验测量[J]. 赵国荣,王海刚,吕清刚. 仪器仪表学报. 2012(05)
本文编号：3317820
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3317820.html
