多相流CT系统优化设计与算法研究.pdf

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1、天津大学硕士学位论文多相流CT系统优化设计与算法研究姓名：房瑞申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：王化祥20070601中文摘要多相流测量广泛地存在于石油、化工等工业领域。高精度、实时在线多相流测量对于生产过程安全高效地运行、控制与管理具有重要意义。本文主要讨论了多相流射线CT系统的基本理论和构建，并研究了多相流CT硬件系统的优化设计及图像重建算法。(1)基于蒙特卡罗原理并利用高能粒子输运仿真软件包Geant4，开发多相流CT系统的仿真程序Gris，’设计多相流CT硬件系统结构物理模型，仿真了康普顿散射、光电效应、电

2、子对效应等射线光子在系统中发生的物理过程，并模拟射线光子在系统中的传输，获得射线粒子传输轨迹及传感器对射线光子与其二次粒子的响应。(2)利用Gris对不同系统结构模型及结构参数下射线光子在系统中的传输进行模拟，从而获得射线光子在系统中的分布信息及传感器的响应。通过对以上过程分析研究，为降低系统噪声、提高测量精度对系统结构和参数进行了优化。(3)研究了基于反投影与迭代重构技术的几种CT图像重建算法，包括线性反投影、R-L滤波反投影、S．L滤波反投影及ART代数迭代等。利用上述算法对Gris仿真得到的数据进行图像重建，并将重建图像进行对比

3、，获得适合于多相流CT系统的图像重建算法。最后，利用优化后的系统模型，对不同的多相流流型进行仿真，给出了重建后的流型图像，并针对当前多相流c，I．测量系统存在的问题，提出了进一步研究的方向和建议。关键词：多相流；射线仿真；Geant4；CT图像重建；CT系统优化ABSTRACTMultiphaseflowmeasurementwidelyexistsinindustrialprocess，such嬲oil，chemicalengineering．Multiphaseflowmeasurementwithhighprecision，re

4、al．timeand0n—lineperformanceisofsignificantroleforsafeandefficientoperation，controlandmanagementintheseindustrialprocesses．AfterintroducingthebasictheoryofmultiphaseflowmeasurementandradiationCT,systemoptimizingandimagereconstructionareinvestigatedinfollowingaspectsforr

5、adiationCTsystemofmultiphaseflowmeasurementinthispaper．1)BaseonMonteCarlomethod，asimulationsoftwarenamedGrisiSdevelopedformultiphaseflowradiationCT(MFRCT)usingthehighenergyparticletransportsimulationtoolkitGeant4．Accurategeometric&phr7sicalmodelareconstructedwiththephys

6、icalprocessesexistinginMFRCT,suchasComptonEffect，PhotoelectricEffectandPairEffect．TheprocessofradiationparticletransportinMFRCTissimulatedtogetthetraceofparticleandthesensorresponseofradiationparticleanditssecondaryparticles．2)Thedifferentarchitecturesandparametersofthe

7、radiationparticletransportmodelaresimulatedusingGris．ThroughsimulationstheinformationofparticledistributionandsensorresponseCanbeobtained．Architecturesandparametersofthesystemareoptimized，andthesystemnoiseandmeasurementprecisioncanbeimproved．3)Severalimagereconstruction

8、algorithmsbasedonthetheoryofbackprojectionanditerativealgorithmhavebeeninvestigated，suchaslinearbackprojeetion