电磁层析成像传感器阵列结构及三维图像重建研究

发布时间：2017-06-02 08:08

  本文关键词：电磁层析成像传感器阵列结构及三维图像重建研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电磁层析成像(Electromagnetic Tomography, EMT)技术是在电磁感应原理基础上的一种新型过程层析成像(Process Tomography, PT)技术。电磁层析成像的基本原理是当激励磁场从多个角度对含有导电或者导磁物质的空间进行激励时,物场中的导磁物质会产生感应磁场,导电物质会生成电涡流,原有物场的电磁特性分布就会因此改变,依据检测线圈从不同方向采集得到的数据,就可以以此重建出物场中导磁、导电物质在空间中的分布图像。本论文通过学习和研究电磁层析成像理论,分析了EMT正问题与逆问题的模型,提出多种更适合工业应用领域的传感器结构阵列的设想,并通过这些传感器阵列结构重建图像的质量来证明其可行性和有效性；同时在EMT二维图像重建方法的基础上,提出直接EMT三维图像重建思路,并且通过仿真实验验证了EMT三维成像可行性。本文具体内容如下：1.结合电磁层析成像的国内外研究现状,根据电磁层析成像基础理论知识,研究了电磁层析成像正问题和逆问题的原理和数学模型。选择有限元法求解电磁层析成像的正问题,利用仿真软件Ansys对正问题进行仿真,得到逆问题求解所需要的先验知识。2.研究了电磁层析成像技术中传感器阵列结构特点,突破传统EMT经典的全包围“O”型结构的限制,验证更适应工业应用场景的多种非全包围式传感器结构,并通过详细的仿真实验证明了本文的三种非全包围式结构的EMT传感器阵列拥有良好的成像效果,为电磁层析成像技术扩展到更广泛的工业领域做了一定的工作。3.结合EMT技术特点,采用过程成像上的一种直接三维图像重建思路,进行EMT三维成像研究,通过采集EMT传感器阵列中同层线圈间和异层线圈间的感应电信号,不经过二维断层成像处理,直接进行三维成像。本文首先对三维EMT系统进行建模和有限元剖分说明,再进行轴向和径向上的灵敏度分析,最后通过重建三维图像来证明EMT三维成像思路的可行性。
【关键词】：电磁层析成像 传感器阵列结构 三维图像重建
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212;TP391.41
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-23
• 1.1 过程层析成像技术12-16
• 1.1.1 过程层析成像技术的发展历程12-13
• 1.1.2 过程层析成像技术的基本原理和发展趋势13-14
• 1.1.3 电学层析成像技术14-16
• 1.2 电磁层析成像技术16-22
• 1.2.1 电磁层析成像技术概述16
• 1.2.2 电磁层析成像技术的发展及现状16-20
• 1.2.3 电磁层析成像技术的应用20-21
• 1.2.4 电磁层析成像技术的发展方向21-22
• 1.3 论文主要研究内容22-23
• 2 电磁层析成像的基本理论23-40
• 2.1 电磁层析成像系统概述23-26
• 2.1.1 电磁层析成像系统的基本原理23-24
• 2.1.2 电磁层析成像系统的组成24-25
• 2.1.3 两种典型的电磁层析成像系统25-26
• 2.2 电磁层析成像正问题综述26-33
• 2.2.1 电磁层析成像正问题模型26-29
• 2.2.2 电磁层析成像正问题的求解方法29-30
• 2.2.3 有限元求解电磁层析成像正问题30-33
• 2.3 电磁层析成像逆问题综述33-34
• 2.3.1 电磁层析成像逆问题模型33
• 2.3.2 电磁层析成像逆问题求解中的重点与难点33-34
• 2.4 常见的电磁层析成像图像重建算法介绍34-37
• 2.4.1 非迭代算法35-36
• 2.4.2 迭代算法36-37
• 2.5 EMT重建图像质量评价37-39
• 2.5.1 影响重建图像质量的主要因素37-38
• 2.5.2 重建图像质量的评价标准38-39
• 2.6 本章小结39-40
• 3 电磁层析成像系统传感器阵列结构研究40-59
• 3.1 多样化传感器阵列结构模型概述40
• 3.1.1 非全包围式传感器阵列结构的研究价值40
• 3.1.2 多种EMT系统传感器结构参数40
• 3.2 全包围式“O”型传感器阵列模型40-46
• 3.2.1 “O”型传感器仿真模型结构和单元剖分说明41-42
• 3.2.2 “O”型传感器灵敏度图像分析42-45
• 3.2.3 “O”型传感器成像效果分析45-46
• 3.3 半包围式“C”型传感器阵列模型46-49
• 3.3.1 “C”型传感器仿真模型结构和单元剖分说明46
• 3.3.2 “C”型传感器灵敏度图像分析46-48
• 3.3.3 “C”型传感器成像效果分析48-49
• 3.4 半包围式倒“L”型传感器阵列模型49-54
• 3.4.1 倒“L”型传感器仿真模型结构和单元剖分说明49-51
• 3.4.2 倒“L”型传感器灵敏度图像分析51-53
• 3.4.3 倒“L”型传感器成像效果分析53-54
• 3.5 半包围式平板型传感器阵列模型54-58
• 3.5.1 平板型传感器仿真模型结构和单元剖分说明54-55
• 3.5.2 平板型传感器灵敏度图像分析55-57
• 3.5.3 平板型传感器成像效果分析57-58
• 3.6 本章小结58-59
• 4 电磁层析三维图像重建研究59-71
• 4.1 三维图像重建意义和方法59-61
• 4.1.1 三维EMT研究意义59
• 4.1.2 三维EMT图像重建方法59-61
• 4.2 三维传感器阵列模型61-62
• 4.3 三维灵敏度分析62-66
• 4.3.1 轴向的灵敏度分析62-65
• 4.3.2 径向的灵敏度分析65-66
• 4.4 三维图像重建66-69
• 4.4.1 三维图像重建算法66-67
• 4.4.2 三维图像质量评价参数67-68
• 4.4.3 三维图像重建结果分析68-69
• 4.5 本章小结69-71
• 5 总结与展望71-73
• 5.1 论文总结71
• 5.2 工作展望71-73
• 参考文献73-76
• 作者简历76-78
• 学位论文数据集78

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