隔离电极与极板的旋转对三维ECT传感器性能的影响

发布时间：2017-06-30 15:03

  本文关键词：隔离电极与极板的旋转对三维ECT传感器性能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)技术,是一种通过ECT传感器测得电容值,并将测得的电容值应用到图像重建算法中重现出被测物体介电常数分布情况的技术。ECT技术具有系统结构简单、响应快、非侵入、无污染、无辐射危害等优点。正是由于ECT技术的这些优点,使得该技术目前在化工生产和石油等领域的两相流测量中具有广泛的应用前景。ECT技术的研究可分为二维ECT和三维ECT技术的研究,以二维ECT技术研究为主。由于二维ECT传感器只具有一层测量极板,使得二维ECT技术只能获得被测物体内部某一剖面的介质分布信息。而三维ECT传感器具有多层的测量极板,可以获得更多电极对间的电容值,图像重建时可以获得被测物体内部的三维介质分布信息,使得重建结果更加接近真实结果。因此,目前三维ECT技术被广泛研究。本文选用多物理场耦合软件Comsol Multiphysics建立ECT系统的有限元模型。采用带自动阈值滤波的线性反投影算法作为图像重建算法。研究了重建区域的选取对重建结果的影响,并通过重建图像的视觉效果和重建图像的误差评价参数的综合比较,选出相对较好的重建区域作为本文图像重建的重建区域。本文重点研究了隔离电极和极板的旋转对三维ECT传感器性能的影响。选取了3×4结构和3×8结构两大类传感器进行研究。在控制传感器其他结构参数不变的条件下,改变隔离电极和极板旋转角度的设置,设计了无隔离电极且极板不旋转的结构、无隔离电极且极板旋转的结构、有隔离电极且极板不旋转的结构和有隔离电极且极板旋转的结构这四种不同的传感器。通过各个传感器在各项性能指标上的对比,分析出隔离电极和极板的旋转对三维ECT传感器性能的影响。利用实验室的具有24通道,激励频率为1MHZ的Industrial Tomography Systems(ITS)M3C ECT系统,对无隔离电极且极板旋转3×4结构物理传感器和有隔离电极且极板旋转3×8结构物理传感器的电容值进行测量,并从空、满管归一化电容值和重建图像两个角度,比较分析实验与仿真的异与同,验证仿真模型的正确性。
【关键词】：电容层析成像 Comsol Multiphysics 性能指标 隔离电极 极板旋转
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 电容层析成像（ECT）的国内外发展现状11-13
• 1.3 本文主要工作内容13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 第2章 ECT技术介绍15-26
• 2.1 ECT系统组成及基本原理15-17
• 2.2 ECT传感器17-18
• 2.3 ECT敏感场的数学模型18-19
• 2.4 有限元分析法介绍19-21
• 2.5 Comsol Multiphysics简介21-22
• 2.6 直接三维ECT图像重建22-25
• 2.6.1 数据的归一化处理23-24
• 2.6.2 LBP图像重建算法24-25
• 2.6.3 带自动阈值滤波的LBP算法25
• 2.7 本章小结25-26
• 第3章 三维ECT传感器的性能指标26-36
• 3.1 空、满管电容值及动态范围26
• 3.2 灵敏度分布图26-27
• 3.3 灵敏度矩阵条件数及最小奇异值27
• 3.4 灵敏度均匀性27-28
• 3.5 图像重建及相应误差评价参数28-32
• 3.5.1 图像重建的误差评价参数28-29
• 3.5.2 图像重建区域的选择29-32
• 3.6 本文研究的四种类型传感器结构32-35
• 3.7 本章小结35-36
• 第4章 四种类型传感器的性能指标对比36-62
• 4.1 3×4 结构传感器36-47
• 4.1.1 空、满管电容值及动态范围36-37
• 4.1.2 灵敏度分布图37-41
• 4.1.3 灵敏度矩阵条件数及最小奇异值41
• 4.1.4 灵敏度均匀性41-42
• 4.1.5 图像重建及相应误差评价参数42-47
• 4.2 3×8 结构传感器47-60
• 4.2.1 空、满管电容值及动态范围47-49
• 4.2.2 灵敏度分布图49-53
• 4.2.3 灵敏度矩阵条件数及最小奇异值53
• 4.2.4 灵敏度均匀性53-54
• 4.2.5 图像重建及相应误差评价参数54-60
• 4.3 传感器结构参数对传感器性能指标的影响60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 ITS电容成像系统的性能分析62-71
• 5.1 ITS电容成像系统介绍62-64
• 5.1.1 系统组成及功能62-63
• 5.1.2 被测物理传感器63-64
• 5.2 ITS有限元仿真模型64-65
• 5.3 ITS系统空、满管电容值信噪比测试65-66
• 5.4 ITS实验数据与仿真数据对比66-69
• 5.4.1 归一化电容值66-68
• 5.4.2 图像重建及相应误差评价参数68-69
• 5.5 实验数据与仿真数据的对比结果69-70
• 5.6 本章小结70-71
• 第6章 结论71-73
• 参考文献73-76
• 在学研究成果76-77
• 致谢77

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