探索电容层析成像技术及在两相流可视化监测中的应用研究

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1、东北大学博士学位论文电容层析成像技术及在两相流可视化监测中的应用研究姓名：赵进创申请学位级别：博士专业：检测技术与自动化装置指导教师：王师2001.5.29东北人学博I。学位论文摘要【两相流参数检测足工业过程参数检测的～个难点。过程层析成像(PT)技术能实时提供封闭管道、容器等过程设备内物场运动状态的二／三维可视化信息，为解决两相流参数检测问题提供了一种新的途径。电容层析成像(ECT)技术是基于电容敏感机理的PT技术。ECT系统具有非辐射、非侵入、响应速度快、结构简单、成本低等优点，在工业应用中是一种非常有

2、发展潜力的PT技术，本文针对ECT系统的硬件、软件以及图像重建算法等关键技术做了较为全面深入的研究，并将ECT系统应用于两相流的可视化监测实验中。主要完成以下二r作：1．对备类常用的PT系统的基本原理、系统构成、基本特点和应用范围进行了较为详尽的分析。附它们各自的应用现状和发展前景做了较全面的总结。阐述了ECT技术独特的优点和应用前景。，’护2．研制了一种激励信号幅值可控双模式交流型C／V转换电路，并给出了C／V转换电路在非理想条件下的优化输出灵敏度的理论模型。f该转换电路具有较好的性能，已应州于ECT系统

3、中。广。73．采用正则化结合优化修正的方法(ROR法)实现图像重建，并和常用算法迭代法、线性反投影(LBP)法进行了比较。侠验结果表明，ROR法成像速率比目前成像质量较好的迭代算法快得多，成像质量却比成像速度较快的LBP法得到显著改善。在对成像区域内三物体(r々空比为12％)成像条件下，采用迭代算法要进行10次迭代后重建图像占空比达16．67％，ROR法只需修正1次可达16,41％，而LBP法(不迭代)为35．86％。夕14．开发了ECT系统实验装置ECT2000．I。采用软件实时补偿法改善了ECT系统动态

4、成像不稳定性。陔系统在8极板构成的成像区域像素为1oo，成像计算机CUP主频为100MHz，内存为16M条件下，成像速率达15帧／秒；在内径为90ram的有机玻璃管内，以玻璃棒为成像对象条件下，管中央成像空间分辨率可达1．24％。利用ECT2000．I实验装置实现了模拟气／同两相流、油／气两相流多种成像实验研究。广、，5．探讨了使用面积误差结合图像形心点空间位置误差的方法对重建的图像质量进行评价和采用莺建图像的形心灰度值来判别重建的图像发生畸变的方法。肋真结果表明，所提出的方法足可行的。同时也探讨了ECT技

5、术对未知介电常数对象的图像重建的方法，提出采用一次仿真校验法对管内分别充满高、低介电常数介质进行仿真东北人学博I：学位论文摘要校验，并结合ROR法或迭代算法实现对朱知介电常数对象的图像重建，实验结果表明，该法能较好的重建未知介电常数对象的图像。’，关键词：两相流参鼢’可视化监i

6、J!f。电容层析成傣。电容／电压转换电路灵敏度逆问题正则化图像重建算法／图像重建质量∥东北人学博I‘学位论文摘要

7、?专＼≯AbstractTwo—phaseflowparametersmeasurementisadifficulty

8、infieldofindustrialprocessparametermeasurement．ProcesstomographyfPT)techniquecanprovideinteriorbehavior2／3dimensionvisualizinginformationinprocessequipmentsuchasclosedpipe，vesselsandSOoninrealtime，SOitisanovelapproachfortwo-phaseflowparametersmeasurement．E

9、lectricalcapacitancetomography(ECT)isatechniquebasedoncapacitancesensoLECThastheadvantageofbeingnOB—radiate，non—intrusive，fastinresponse，simpleinstructureandlowincost，SOitisonetechniquewhichhasgreatdevelopingpotentialinindustrialapplication．Thisdissertatio

10、ngoesdeepintoresearchofECTkeytechniquesuchashardware，software，imagereconstructionalgorithmandSOon，andaUECTsystemisappliedtotilevisualizationmonitorexperimentoftwo-phaseflow．Themaincontributionandresultsareasf