基于多物理场的ect传感器设计与研究

《基于多物理场的ect传感器设计与研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10264研究生学号：M130502787上海海洋大学硕士学位论文基于多物理场的ECT传感器设计与题目：研究ThedesignandresearchofECT英文题目：sensorbasedonMulti-Physics专业：计算机科学与技术（工学）研究方向：传感器与数字技术姓名：谢圣东指导教师：何世钧教授二O一六年五月二十五日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内

2、容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注吴耿锋上海大学教授组长黄冬梅上海海洋大学教授委员邹国良上海海洋大学教授委员王振华上海海洋大学讲师秘书答辩地点信息学院202室答辩日期2016.5.21上海海洋大学硕士学位论文基于多物理场的ECT传感器设计与研究摘要在现代工业中，多相流普遍存在于化工、能源、冶金、医药等

3、各种国民经济生产领域，尤其是在石油工业中。随着对陆上油气资源的不断开采，我国陆上油气的产量在逐渐下滑，而在海洋空间特别是在我国的南海海底贮藏着大量的油气资源，这意味着我国海洋油气业将形成一种全面发展模式。在海洋油气资源勘探开发中，需要有海洋工程装备提供技术保障，其中发展多相流检测技术是水下作业过程，特别是深水作业中必不可少的一项技术需求。电容层析成像（ElectricalCapacitanceTomography，ECT）技术作为一种过程层析成像技术（ProcessTomography，PT），是通过放置在

4、被测对象外部的传感器阵列测量被测场域内的电容值，从而获得被测场域截面上介质分布的信息，最后利用图像重建的相关程序重现被测对象内部介质的分布情况。ECT技术具有无辐射、非侵入、响应快速和安全性良好等诸多的优点，因此受到了广泛的关注并且得到了较快的发展，对于多相流检测其应用前景广阔、发展潜力巨大。然而，将ECT技术应用于实际工业现场尚有一定的距离，所以需要进一步的研究推动其发展和实用化。本文对ECT电容传感器的设计和优化展开研究，在研究规则几何形状ECT传感器中，以8电极ECT传感器为研究对象对其进行了优化设计

5、与性能分析，同时提出针对非规则形状截面的应用场景设计非规则几何形状ECT传感器，并对其敏感场分析进行了探讨研究。具体而言，本文主要工作如下：（1）针对ECT的三维仿真模型建立和正问题求解进行研究，根据ECT的电场特性得到了敏感场的数序表达，基于多物理场用COMSOLMultiphysics（简称COMSOL）仿真软件建立了真实物理环境中的三维ECT仿真模型，实现了在真实环境下对正问题进行仿真求解。（2）研究建立了8电极规则几何形状三维ECT传感器物理仿真模型，对电极极板的覆盖率、轴向长度、屏蔽层的设置等结构

6、和参数进行优化，并从最大电容值、最小电容值、空管/满管电容变化范围、敏感场的电场特性等方面分析这些参数对ECT系统的影响，最终得到了优化的几何参数。提出了在COMSOL软件I上海海洋大学硕士学位论文中对三维ECT的敏感场进行规则化剖分，并求解其灵敏度分布，对设计的ECT传感器进行性能分析得出，设计的传感器在轴向的敏感度可区分且敏感场的均匀性很好，达到了优化设计的目的。（3）针对非规则形状截面的应用场景，分析了设计非规则几何形状ECT传感器的必要性，以及在工业4.0模式下对非规则几何形状ECT传感器的设计和制

7、造提供的现实基础。对横截面为非规则椭圆形的被测对象进行探讨研究，设计了由传感器极板、屏蔽电极和外屏蔽层构成的非规则几何形状ECT传感器，将其几何参数选定为传感器电极的个数、张角、轴向长度及外屏蔽层的半径，并提出了非规则几何形状ECT传感器的建议安装方式。初步研究分析了非规则几何形状ECT传感器的敏感场，提出了针对非规则几何形状敏感场域的非均等化网格剖分和灵敏度计算方法。关键词：电容层析成像，多物理场，COMSOLMultiphysics，规则几何形状ECT传感器，非规则几何形状ECT传感器，优化设计II上海

8、海洋大学硕士学位论文ThedesignandresearchofECTsensorbasedonMulti-PhysicsABSTRACTInmodernindustry,multiphaseflowiswidelyusedinchemicalengineeringandenergy,metallurgyandmedicineandotherproductionsectorsofthenationaleconom