浅论12电极电容层析成像系统传感器场域分析与计算

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1、哈尔滨理工大学硕士学位论文12电极电容层析成像系统传感器场域分析与计算姓名：李谋遵申请学位级别：硕士专业：计算机软件与理论指导教师：陈德运2006030112电极电容层析成像系统传感器场域分析与计算摘要过程层析成像(PT)技术是近年来飞速发展起来的一门新技术，该技术在解决多相流检测问题上具有巨大的发展潜力和广阔的工业应用前景．电容层析成像(ECT)技术是基于电容敏感机理的过程成像技术，以其非辐射、非侵入、响应速度快、结构简单、成本低、适用范围广、安全性能好等优点，成为目前过程层析成像技术发展的主流和研究熟点，但离实际应用尚有很大距离，因此有待迸一步

2、研究和发展。本文以12电极电容层折成像系统为研究对象，基于传感器的工作原理建立数学模型，结合有限元方法研究了用于油水两相流检测的电容屡析成像系统传感器场域的数值仿真及其参数优化问题．本文的主要研究内容和成果如下；1．结合研究问题的背景，指出多相流检测技术对于科研及工业生产的重要意义，分析多相流特点及参数，对多相流检测技术的研究现状及发展趋势进行了分析和总结；．‘2．阐述过程层析成像系统的基本原理和发展现状，分析比较基于不同敏感原理的过程层析成像技术，指出过程层析成像的特点及面临的问题；3．分析了电容层析成像系统的组成，研究其工作原理，建立传感器敏感

3、场的数学模型，阐述了电容层析成像技术研究现状；4．建立系统的有限元模型，采用不等间距网格剖分提高了计算精度，采用电荷法提高了计算电容值的速度，利用对称性及有限元分析计算特点提出了快速计算灵敏度分布的算法；5．针对系统的“软场”特性，分析不同介质分布对电势分布及电容值的影响，并研究了敏感场的特点。利用有限元模型，分析电容传感器各结构参数对传感器性能的影响，提出性能评价函数，并基于多因数试验方法一正交试验设计法进行参数优化．关键词电容层析成像；有限元法；灵敏度分布；软场；正交试验设计法喻尔声砷T^’辛T辛伸卜’#协冷电AnalysisandCalcul

4、ationoftheTransducerFieldin12-ElectrodeElectricalCapacitanceTomographySystemAbstractProcesstomography(PDtechniqueisanewtechniquedevelopedrapidlyinrecentyears，whichhasgreatdevelopmentalpotentialandwideindustrialapplicationprospectinsolvingthemeasurementproblemofmultiphaseflow．E

5、lectricalcapacitancetomography(ECa9techniqueisakindofPTtechniquebasedonthesensitiveprincipleofcapacitance，andithasbeenthemostpopularresearchdirectionandthemaindevelopmenttechniqueofIT,duetoitsmanydistinctadvantagessuchasnoradiation，noinvasion，highspeedofresponse，simplestructur

6、e，lowcost，wideapplicationrange，bettersafetyandsoon．ThouIghEEl"haslotsofadvantages，thereisstillalotofworktobedoneforpracticaluseofthetechnique．Thisdissertationisbasedonthestudyof12一electrodeelectricalcapacitancetomographysystemforoil-watertwo—phasemeasurement．Themainworksandcon

7、tributionsofthisdisseItationareasfollows：1．Itpointsouttheimportantmeaningofmultiphaseflowmeasurementtothescienceresearchandindustryproductionbasedonthebackgroundofproblemstudiedinthisdissertation．Itsumsupthefeaturesofmultiphaseflow,sortsandparameters．Itanalyzesthecurrentstatus

8、anddevelopingtrendofthefuturemultiphasemeasure．2．Thebasicprin