电容层析成像三维传感器结构设计与图像重建

发布时间：2018-03-05 22:16

  本文选题：电容层析成像　切入点：三维电容层析成像传感器　出处：《哈尔滨理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography, ECT)作为过程层析成像领域的一个重要研究方向,近年来发展极为迅速。依赖于电容测量的工作原理,电容层析成像技术具有安全性高、探测非侵入、适用范围广等优点,正是基于此,电容层析成像技术具有十分广泛的应用范围。在实际应用中,也伴随着相应的问题。传统传感器是二维成像,得到的也只是“切片图”,这种成像方式有很多弊端。在流体传输的过程中,有些问题很难直接反映出来。ECT传感器用以成像的敏感场分布是不均匀的,敏感场分布受被测介质的分布(位置与所占面积的大小)与两相介质电容率差值的影响,形成“软场”效应,导致重建图像精度降低。针对上述问题,本文主要做了如下工作：1.了解电容层析成像的技术原理,结合本课题的具体研究方向,有针对性的查阅直接三维电容层析成像技术的相关资料,并指出直接三维电容层析成像系统研究的必要性。2.深入了解电容层析成像系统各组成部分,传感器的构成、分类及传感器的相关系数,数据采集系统的相关理论知识以及成像系统的相关理论并且研究电容层析成像系统敏感场的特性。3.通过对传统电容层析成像传感器的研究,设计新型直接三维ECT传感器,同时改进原有激励模式。实验证明,运用新型三维ECT传感器不仅可以增加投影数据,还能有效的提高测量精度。4.对“软场”特性进行了详细的研究并分析其成因。并通过设置先验条件的方法构造粒子群适应度函数,从而弥补“软场”效应造成的缺陷,并利用双粒子群协同优化算法寻找图像重建最优解。通过实验对设置先验条件的双粒子群协同优化算法进行证明,应用新型图像重建法的重建结果与应用传统重建图像算法重建结果进行对比,图像质量,图像精度明显提升,并且克服了局部极优。
[Abstract]:Electrical Capacitance tomography (electrical tomography) is an important research direction in the field of process tomography, which has been developing rapidly in recent years. Depending on the principle of capacitance measurement, electrical Capacitance tomography has high security and non-intrusive detection. Because of the wide range of applications, electrical capacitance tomography technology has a very wide range of applications. In practical applications, there are also corresponding problems. This imaging method has many disadvantages. In the process of fluid transmission, some problems can hardly be directly reflected. The distribution of the sensitive field used by the ECT sensor for imaging is not uniform. The distribution of sensitive field is affected by the difference between the distribution of measured medium (position and occupied area) and the capacitance rate of two-phase medium, which results in "soft field" effect, which results in the reduction of image reconstruction accuracy. The main work of this paper is as follows: 1. To understand the technical principle of electrical capacitance tomography, combined with the specific research direction of this subject, to consult the relevant data of direct three-dimensional electrical capacitance tomography technology. It also points out the necessity of the research on the direct three-dimensional electrical capacitance tomography system. 2. Deeply understand the components of the capacitance tomography system, the constitution of the sensor, the classification and the correlation coefficient of the sensor. The theoretical knowledge of the data acquisition system and the related theory of the imaging system and the characteristics of the sensitive field of the electrical capacitance tomography system. 3. Through the research of the traditional capacitance tomography sensor, a new direct three-dimensional ECT sensor is designed. At the same time, the original excitation mode is improved. The experiment proves that the new 3D ECT sensor can not only increase the projection data, It can also effectively improve the measurement accuracy. 4. The characteristics of "soft field" are studied in detail and the causes are analyzed. The particle swarm fitness function is constructed by setting a priori condition to make up the defect caused by the "soft field" effect. The two-particle swarm optimization algorithm is used to find the optimal solution of image reconstruction, and the prior condition of the two-particle swarm optimization algorithm is proved by experiments. Compared with the reconstruction results of the traditional image reconstruction algorithm, the reconstruction results of the new image reconstruction method improve the image quality and image precision obviously, and overcome the local optimum.
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TP212

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本文编号：1572135