三维ECT传感器结构设计与图像重建算法优化

发布时间：2023-05-22 04:44

　　电容层析成像(ECT,Electrical Capacitance Tomography)是两相流参数测量的有效方法之一,通过在管道设备外壁以一定的排列组合均匀布置极板阵列,测量极板对之间的电容值,再根据被测物体内部介电常数分布不同,利用图像重建算法重现出待测物体形态等信息。电容层析成像技术因其具有成本低、非侵入性、易实现、无危害、结构简单等优点,在石油、化工生产和电力输送等领域具有重要的意义和广泛的应用。本文针对三维ECT系统,对传感器结构设计与图像重建算法等问题进行了研究,主要的工作内容如下:采用有限元分析的方法建立了多层的直接三维电容层析成像传感器模型,利用MATLAB对传感器模型的物理场进行了仿真实验,利用数模/电模模块对传感器的场域网格剖分、静电场设置、材料选取、结构参数等进行实验分析。针对传感器结构参数对电容层析成像系统性能的影响,通过改变极板张角,管壁厚度,极板的旋转角,屏蔽罩与极板之间的间距等结构参数,从空管满管时电容值的动态范围以及电容变化灵敏度的感知进行分析与比较,绘制电容值随结构参数变化的曲线,确定最优的传感器结构参数。针对多层ECT传感器结构模型,基于三维仿真,...

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 电容层析成像技术
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 二维电容层析成像技术研究现状
        1.3.2 三维电容层析成像技术研究现状
    1.4 课题的来源及研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 课题的主要研究内容
第2章 电容层析成像技术
    2.1 电容层析成像技术的原理与组成
        2.1.1 ECT传感器系统
        2.1.2 数据测量与采集系统
        2.1.3 图像重建系统
    2.2 ECT数学原理研究
    2.3 本章小结
第3章 三维ECT系统传感器设计及激励方式
    3.1 三维ECT系统传感器的结构分析与设计
        3.1.1 三维ECT系统传感器的结构分析
        3.1.2 三维ECT传感器系统仿真建模
        3.1.3 三维ECT传感器参数设计
    3.2 三维ECT传感器电极的激励方案
        3.2.1 三种激励方式分析
        3.2.2 空管满管电容值分析
        3.2.3 灵敏度均匀性分析
        3.2.4 重建图像分析比较
    3.3 本章小结
第4章 基于K-SVD字典学习的图像重建算法优化
    4.1 图像重建算法
        4.1.1 线性反投影重建算法
        4.1.2 Landweber迭代重建算法
    4.2 灵敏度矩阵的归一化
    4.3 K-SVD字典学习的研究
        4.3.1 K-SVD字典学习简介
        4.3.2 用K-SVD进行字典学习
    4.4 实验结果与分析
        4.4.1 图像重建质量评价参数
        4.4.2 仿真实验
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢



本文编号：3822027