基于γ射线的多相管流检测技术研究

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1、天津大学博士学位论文基于γ射线的多相管流检测技术研究姓名：马敏申请学位级别：博士专业：检测技术与自动化装置指导教师：王化祥20070601中文摘要多相流体系在自然界和工业过程中广泛存在，多相流流动参数的准确测量对科学研究和工程技术有着重要的意义。本文以油／气／水三相管流为研究对象，研究基于低能y射线的多相管流在线检测技术，通过直接或间接参数测量，获得被测管路中截而分相含率、分相流量等有关参数，并实时提供可视化图像。本课题主要对系统硬件结构、系统软件以及重建算法三部分进行了深入研究，主要研究工作和结果如下：1．多相

2、流在线检测系统硬件优化设计作者通过分析在线检测多相流参数影响因素，利用Geant4软件包对射线源的选择、探测单元、系统结构进行了仿真优化，并以此为依据，进行系统硬件的优化设计。主要包括射线成像系统硬件结构设计；核辐射探测器的选择及探测装置设计；微弱信号拾取及处理单元设计；基于FPGA的数据采集子系统设计。2．信号处理单元设计本课题的研究对象为油／气／水三相流，其流动状态较复杂，而放射性射线测量本身具有随机性、统计涨落特性，并且CdZnTe半导体探测器的输出信号较弱，给准确测量造成一定困难。作者在对噪声分析的基础上

3、，对弱信号检测、噪声处理、信号快速采集处理和数据传输等方面进行了研究，提出了一种专用的对CdZnTe探测器输出弱信号的处理方法。3．多相流在线检测系统软件开发应用Visualc++6．0编程环境设计了一套基于32位Windows平台的射线实时成像软件系统CT—SystemII。软件系统主要包括六个功能模块：标定功能模块，测量功能模块，串口通讯功能模块，算法实现与应用模块，图形显示模块，数据存储和回放模块。实现了标定和计量功能，并可实时显示管道横截面流体的相分布图像。4．重建算法研究在深入研究滤波反投影和迭代算法基

4、础上，结合本课题研究对象的特性，提出一种基于滤波反投影的迭代算法，仿真实验表明，该算法提高了图像重建质量，并具有较好的实时性。在深入研究Lanczos方法基础上，提出一种基于双对角化的迭代算法，该算法在保证精度的前提下，提高了成像速度。最后，作者对应用核技术进行在线快速探测多相流的研究，提出了进一步改进的建议。关键词：低能射线在线检测阵列探测器射线PT图像重建ABSTRACTSincethemultiphaseflowbroadlyexistsinnatureandindustrialprocess，themea

5、surementsoffluiddynamicsparametersareofgreatsignificanceinbothscientificresearchandengineering．Thesubjectofthisthesisisoil／gas／watermultiphaseflow,andonlinemeasurementofmultiphaseflowbasedonlow-energy，-rayradiationismainlystudied．Fluiddynamicsparameters，likep

6、hasefractionandfractionphaseflux，oneachcross—sectionofthedetectingpipelineareobtainedusingdirectorindirectmethods，andreal-timeimagesareprovided．Thisprojectismainlyfocusedonthedesignofthehardwaresystem，theimagereconstructionsoftwarepackageandthenovelreconstruc

7、tionalgorithms．Thefollowingresearchesareconductedandthecorrespondingresultsarelistedbelow．1．OptimizationofthehardwaredesignofthemuitiphaseflowonlinemeasurementsystemBytheanalysisofthefactorsinfluencingtheonlinemultiphaseparametersandthesimulationsofsensingsys

8、tembyGeant4，thehardwareconfigurationisdesigned．Thisresearchmainlyconsistsoffourparts：thedesignofthehardwaresystemforGamma-Raytomography,theCdZnTesemiconductordetectorarrays，thesignalproce