基于AlexNet卷积神经网络的电容层析成像三维图像重建
发布时间：2022-02-14 17:52
电容层析是过程层析技术中被广泛应用于两相流和多相流的一种检测技术,由于其具有结构简单、无辐射和低成本的特点,目前在石油和天然气运输方面工业前景广阔,研究其发展具有重要意义。电容层析技术的主要原理是利用被测区域内介质介电常数变化引发的测量电容值变化,将其通过图像重建算法转变为介质分布情况。本文介绍了电容层析成像系统的组成结构和工作机理,分析了电容值、灵敏场和灰度值间的关系,提供了电容层析成像系统的图像重建的理论依据。由于电容层析系统的敏感场分布在三维空间内,传统的ECT技术以二维断层图的形式作为重建结果,无法反应介质分布的空间信息,本文采用直接三维ECT技术,在仿真模型的基础上对主要结构参数的影响做了研究,并通过实验确立了实际的结构参数。在三层八电极的传感器模型上设计了一种不同层三电极激励模式,实验证明单激励模式比多激励模式测量到的电容值变化范围更大,但三电极激励模式相较于其他两种模式在图像重建准确率上更高,有噪声干扰时图像重建结果具有稳定性。由于卷积神经网络在ECT系统中面临着收敛速度慢、重建精度低的问题,本文对AlexNet卷积神经网络模型进行了深入研究,针对ECT系统的电容值数据进...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统基本组成结构
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-8-2.1.1ECT传感器系统ECT系统中传感器系统由绝缘管道、检测电极和屏蔽电极三部分构成，如图2-2所示。绝缘管道通常采用有机玻璃，它可以在方便观察流体的同时具有绝缘作用。检测电极通常由铜箔构成，屏蔽电极主要由屏蔽罩、径向电极和轴向电极构成[17]。屏蔽罩能够防止外界电场的干扰和因外界物质介电常数的变化引起的电容值的变化。径向电极指向圆心且与屏蔽罩相连，它把各检测电极分开，可以减小相邻电极间的静态电容，提高电容响应的灵敏度[18]。当管道内多相流介质状态发生改变时介电常数随之变化，传感器系统所测量的电容值也相应改变，这样图像重建系统就能把管道内流体的实时分布情况展现出来。电容传感器的作用是将传感器敏感空间内两相流体的分布转换为各电极对间的电容，是系统信息的最初来源。ECT技术对传感器性能要求一般有灵敏度高、抗干扰能力强、高频特性好。图2-2三维传感器结构图Fig.2-2Thestructurediagramofthe3DECTsensor传感器的主要结构参数有电极板的数量、极板张角、极板长度，绝缘管道的厚度、径向电极等。传统的二维传感器只有一层测量电极，测量时只对同层极板之间的电容值测量，而三维ECT传感器是在管道外壁铺设多层极板，激励模式可以为单电极、同层相邻双电极和不同层双电极等。当测量电极数量较多时，会造成测量周期过长等问题，不利于随时获得测量某时间点的流体形状。如果极板层数较少，可以测量到的独立电容值数量会相对变少，流型轴向分布不能较好体现，电极数量过多，流型轴向分布不能较好体现。设计一种既能保证测量精度又能保证速度的模型尤为关键。极板间张角的大小决定了极板的宽度，间接决定了电极板的面积，极板面积越大，测量的电容值越大，可以降低
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-17-的用表示。(3-2)当i极板施加激励电压时，对应的感应电荷为(3-3)其中，包围电极j的封闭曲线用表示，n是的单位法向量。i和j之间的电容值可以表示成(3-4)式中，Uij是极板间的电压值，而Qij的关键在于求解电位分布。3.1.2传感器结构参数的研究与设计二维传感器采用的电极板数量为8个，结构如图3-1所示。图3-1系统传感器截面图Fig.3-1Thecross-sectionaldiagramoftheECTsystem圆形管道外壁均匀布置8个铜质检测电极板，相邻极板间不重叠相交，存在一定距离。为防止外界电磁场对测量结果的影响，在管道壁外部增设一屏蔽罩。在测量电容时为降低其他极板对测量极板产生的干扰电容，在相邻极板之间设置接地的径向极板。实验中，用表示管道内径、表示管道中心到极板的距离、表示管道中心到屏蔽罩的距离、表示极板间的角度、表示径向极板的长度、表示管道壁的介电常数、表示屏蔽罩和极板间绝缘材料的
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数据驱动的卷积神经网络电容层析成像图像重建[J]. 孙先亮,李健,韩哲哲,许传龙. 化工学报. 2020(05)
[2]基于AlexNet和集成分类器的乳腺癌计算机辅助诊断方法[J]. 侯霄雄,许新征,朱炯,郭燕燕. 山东大学学报(工学版). 2019(02)
[3]基于Dopout与ADAM优化器的改进CNN算法[J]. 杨观赐,杨静,李少波,胡建军. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(07)
[4]电学层析成像技术[J]. 王化祥. 自动化仪表. 2017(05)
[5]三维电容层析成像多电极激励模式的稳定性分析[J]. 毛明旭,叶佳敏,王海刚,张娇龙. 中国科学院大学学报. 2017(02)
[6]电容层析成像三维传感器结构设计及图像重建[J]. 许闻楷,陈德运,高明,王莉莉. 哈尔滨理工大学学报. 2016(05)
[7]基于改进Runge-Kutta型landweber的电容层析成像图像重建算法[J]. 陈宇,陈德运. 电机与控制学报. 2014(07)
[8]带阈值滤波的迭代法三维ECT图像重建[J]. 颜华,许鑫,孙延辉,王伊凡. 沈阳工业大学学报. 2014(06)
[9]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)
[10]电容层析成像在气固流化床测量中的应用[J]. 罗琴,赵银峰,叶茂,刘中民. 化工学报. 2014(07)
博士论文
[1]直接三维ECT传感器及重建算法的研究[D]. 王伊凡.沈阳工业大学 2014
[2]电容层析成像系统关键技术研究[D]. 李岩.哈尔滨理工大学 2010
本文编号：3625005
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统基本组成结构
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-8-2.1.1ECT传感器系统ECT系统中传感器系统由绝缘管道、检测电极和屏蔽电极三部分构成，如图2-2所示。绝缘管道通常采用有机玻璃，它可以在方便观察流体的同时具有绝缘作用。检测电极通常由铜箔构成，屏蔽电极主要由屏蔽罩、径向电极和轴向电极构成[17]。屏蔽罩能够防止外界电场的干扰和因外界物质介电常数的变化引起的电容值的变化。径向电极指向圆心且与屏蔽罩相连，它把各检测电极分开，可以减小相邻电极间的静态电容，提高电容响应的灵敏度[18]。当管道内多相流介质状态发生改变时介电常数随之变化，传感器系统所测量的电容值也相应改变，这样图像重建系统就能把管道内流体的实时分布情况展现出来。电容传感器的作用是将传感器敏感空间内两相流体的分布转换为各电极对间的电容，是系统信息的最初来源。ECT技术对传感器性能要求一般有灵敏度高、抗干扰能力强、高频特性好。图2-2三维传感器结构图Fig.2-2Thestructurediagramofthe3DECTsensor传感器的主要结构参数有电极板的数量、极板张角、极板长度，绝缘管道的厚度、径向电极等。传统的二维传感器只有一层测量电极，测量时只对同层极板之间的电容值测量，而三维ECT传感器是在管道外壁铺设多层极板，激励模式可以为单电极、同层相邻双电极和不同层双电极等。当测量电极数量较多时，会造成测量周期过长等问题，不利于随时获得测量某时间点的流体形状。如果极板层数较少，可以测量到的独立电容值数量会相对变少，流型轴向分布不能较好体现，电极数量过多，流型轴向分布不能较好体现。设计一种既能保证测量精度又能保证速度的模型尤为关键。极板间张角的大小决定了极板的宽度，间接决定了电极板的面积，极板面积越大，测量的电容值越大，可以降低
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-17-的用表示。(3-2)当i极板施加激励电压时，对应的感应电荷为(3-3)其中，包围电极j的封闭曲线用表示，n是的单位法向量。i和j之间的电容值可以表示成(3-4)式中，Uij是极板间的电压值，而Qij的关键在于求解电位分布。3.1.2传感器结构参数的研究与设计二维传感器采用的电极板数量为8个，结构如图3-1所示。图3-1系统传感器截面图Fig.3-1Thecross-sectionaldiagramoftheECTsystem圆形管道外壁均匀布置8个铜质检测电极板，相邻极板间不重叠相交，存在一定距离。为防止外界电磁场对测量结果的影响，在管道壁外部增设一屏蔽罩。在测量电容时为降低其他极板对测量极板产生的干扰电容，在相邻极板之间设置接地的径向极板。实验中，用表示管道内径、表示管道中心到极板的距离、表示管道中心到屏蔽罩的距离、表示极板间的角度、表示径向极板的长度、表示管道壁的介电常数、表示屏蔽罩和极板间绝缘材料的
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数据驱动的卷积神经网络电容层析成像图像重建[J]. 孙先亮,李健,韩哲哲,许传龙. 化工学报. 2020(05)
[2]基于AlexNet和集成分类器的乳腺癌计算机辅助诊断方法[J]. 侯霄雄,许新征,朱炯,郭燕燕. 山东大学学报(工学版). 2019(02)
[3]基于Dopout与ADAM优化器的改进CNN算法[J]. 杨观赐,杨静,李少波,胡建军. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(07)
[4]电学层析成像技术[J]. 王化祥. 自动化仪表. 2017(05)
[5]三维电容层析成像多电极激励模式的稳定性分析[J]. 毛明旭,叶佳敏,王海刚,张娇龙. 中国科学院大学学报. 2017(02)
[6]电容层析成像三维传感器结构设计及图像重建[J]. 许闻楷,陈德运,高明,王莉莉. 哈尔滨理工大学学报. 2016(05)
[7]基于改进Runge-Kutta型landweber的电容层析成像图像重建算法[J]. 陈宇,陈德运. 电机与控制学报. 2014(07)
[8]带阈值滤波的迭代法三维ECT图像重建[J]. 颜华,许鑫,孙延辉,王伊凡. 沈阳工业大学学报. 2014(06)
[9]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)
[10]电容层析成像在气固流化床测量中的应用[J]. 罗琴,赵银峰,叶茂,刘中民. 化工学报. 2014(07)
博士论文
[1]直接三维ECT传感器及重建算法的研究[D]. 王伊凡.沈阳工业大学 2014
[2]电容层析成像系统关键技术研究[D]. 李岩.哈尔滨理工大学 2010
本文编号：3625005
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3625005.html
最近更新
教材专著
