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1、电容层析成像系统传感器优化设计及仿真第20卷第1期-22?电子测量与仪器JOURNALOFELECTRONICMEAsUREMENTANDlNsTRUMENTZ.20No.12OO6年2月电容层析成像系统传感器优化设计及仿真陈德运尹小燕.孙立镌(1.哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院,哈尔滨150080;2.西安工业学院计算机科学与工程学院,西安710032)摘要:本文以8电极油水两相流电容层析成像系统为研究对象,针对图像重建的质量依赖于电容敏感场分布这一特性,采用有限元的方法建立敏感场的数学模型,采用不等间距的方法完成了传感器场域的自动剖分和敏感场的数值计算.对决定传感器性能的
2、结构参数进行选取,通过仿真分析确定了传感器的优化参数,从而使设计的传感器能够在缩小测量电容值的动态变化范围,减轻数据采集电路设计难度的同时,提高电容响应的灵敏度,改善传感器敏感场的分布,提高电容层析成像系统的性能.根据此优化参数设计和研制的电容传感器获得了较为理想的重建图像.关键词:电容层析成像,有限元法,敏感场,优化设计OptimalDesignandSimulationofElectricalCapacitanceSensorforElectricalCapacitanceTo~phySystemChenDeyunYinXiaoyang2SunLiquan(HarbinUni
3、versityofScienceandTechnology,Harbin,150080Xi'anInstituteofTechnology,Xi'an,710032,China)Abstract:Theobjectofthispaperismajorintheresearchof8-electrodeoil-watertwo-phaseflowsElectricalCapac—itance%mographysystem;accordingtothespecificpropertythatthequalityofimagereconstructiondependsonthedis-
4、tribufionofcapacitancesensitivity,finiteelementmethodiSadoptedtobuildmathematicalmodelofsensitivityfield,andautomaticplottingpatternstosensorfieldandcomputationofsensitivityfieldarefinishedadoptingunequalintervalplot-tingpaUems.Intheresearchselectthestructureparametersthatdeterminetheperforma
5、nceofsensor,confirmtheopti-mizingparametersofsensoraccordingtosimulationandanalysistodesignthesensor.Undertheconditionofreducingtherangeofdyn~cchangeofcapacitancevaluesmeasuredandthedifficultiesofdesigningdataacquisitioncircuit,thesen—sitivityofcapacitanceresponseandthedistributionofsensorsen
6、sitivityandthecapabilityofElectricalCapacitanceTo-mogr~physystemareimpmved.Usingthiscapacitancesensoraccordingtotheconceptionofoptimizingparameters,betterimagereconstructionisobtained.Keywords:electricalcapacitancetomography,finiteelementmethod,sensitivityfield,optimaldesign.电容层析成像技术ECT(Elect
7、ricalCapacitanceTomography)是上世纪80年代末由英国曼彻斯特大学提出的一种新的计算机层析成像技术.它是通过测量物体表面周围电极之间的电容值来计算物体内部介电常数的空问分布,主要用于工业管道内的多相流检测,这种技术可提供常规仪器无法探测的封闭管道及容器中多相介质的浓度,分布,运动状态等可视化信息,与其它测量技术或仪表相配合还可应用于多相流总质量流量,分相质量流量及流速的实时检测.比之其它测量技术,电容层析成像技术具有适用范围广,非侵入式,安全性能好,成本低
