电容耦合电阻层析成像系统建模及优化研究

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1、浙江大学硕士学位论文致谢致谢本论文是在我的导师黄志尧教授和王保良副教授的悉心指导下完成的。在论文完成之际，首先要感谢两位老师．论文从选题、实验研究到最后的成稿，都得到了两位老师的热情鼓励和耐心指导，凝聚了恩师的许多心血．感谢导师两年多来对我的亲切关怀和精心指导，使我在科研和动手能力方面有了长足的进步。导师渊博的学识、精深的学术修养、严谨的治学态度和一丝不苟的工作作风都给我留下了深刻的印象，将积极影响我今后的学>--j和工作。在此谨向两位老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意!感谢李海青教授、冀海峰副教授对我学习上的指导。李老师在学术上的深厚造诣和平易近人的人格魅力深深地印在了我的脑海

2、里，使我终生难忘．冀老师扎实的理论基础、耐心随和的性格和朋友般的交流，在学>--j上给予了我很大的帮助。感谢仪表所的其他老师给予我的帮助．衷心感谢课题组王磊、龙军、张立伟、徐晓辉、周鑫淼、夏宇庆师兄及师姐的帮助，以及傅三富、黄刚、胡源渊、孙兆兵、姚亚、徐升继、傅狮、汤爱中、许文博、周颖、高学敏、龚和、柴马竞、毛德健、姜北、常亚、李忠柱等在课题完成中给予我的帮助。祝他们学业有成。特别感激父母对我的养育之恩，他们在我成长求学的道路上付出了大量的心血．在此表达我最崇高的敬意，祝父母身体健康。感谢我的弟弟对我的关怀和支持，祝他幸福快乐每一天．最后感谢浙江大学和控制系对我的培养，使我度

3、过了充实而有意义的研究生生活．张伟波二零一二年一月于求是园浙江大学硕士学位论文摘要摘要电阻层析成像(ERT)技术作为过程层析成像技术中的研究热点之一，与其它层析成像技术相比，具有结构简单、响应速度快和成本低廉等优点，是一种具有广阔应用前景的两相流参数测量技术。但是，传统的ERT传感器检测电极与被测导电液体直接接触，易导致电极极化和电化学反应等问题，从而影响ERT在实际工业中的应用。针对该问题，本课题组基于电容耦合式非接触电导测量方法(CapacitivelyCoupledContactlessConductivityDetection，C4D)提出一种新的ERT技术，电容耦合

4、ERT(CapacitivelyCoupledElectricalResistanceTomography,CCERT)。该CCERT系统传感器电极直接安装在被测绝缘管道外部，从而有效避免了传统ERT中由于接触测量引起的各种问题，是一种具有极大应用潜力的成像技术。虽然目前已经初步验证了该技术在层析成像领域应用的可行性，但由于该系统与传统的ERT系统有很大不同，无法直接借鉴ERT的现有研究成果．因此需要从基础性研究出发，对CCERT系统进行理论分析和建模，并提出传感器设计准则，进而才能实现有效的图像重建。针对这一现状，本论文主要从基础性研究出发，对传感器的建模和优化问题进行了较

5、深入研究，同时对图像重建也进行了初步研究，同时根据研究获得的传感器设计准则，设计了CCERT样机，并进行了实时的图像重建验证实验。本文的主要工作和创新点如下：(1)建立CCERT传感器的数学模型，并利用二维及三维有限元仿真验证了电极问RC串联等效电路模型的有效性。(2)针对CCERT传感器结构的特性，为了降低外部寄生电容影响，借鉴电容层析成像系统中通过增加径向电极的方法，对该种结构的传感器进行研究。结果表明，针对所采用的数据采集模式，径向电极对测量值影响较大，对测量不利，不建议采用径向电极。(3)以降低数据检测电路的设计难度为优化目标，同时兼顾系统测量灵敏度，对CCERT系统

6、的传感器几何及物理参数进行了优化研究．通过研究获得如下传感器设计准则：较薄的管壁、较大的管壁相对介电常数以及较大的电极张角对系统设计是有利的．(4)基于获得的传感器设计准则，设计了CCERT传感器样机．对图像重建所需的灵敏场进行仿真研究，获得了所设计CCERT传感器的灵敏场，同时将LBP成像算法应用到本系统。利用该样机进行了实时的图像重建验证实验．实验结果¨浙江大学硕士学位论文摘要表明，该CCERT系统样机对目标成像效果良好，进一步验证了传感器模型的正确性，传感器设计准则的有效性，同时也表明获得的灵敏场与实际系统相符。关键词：两相流，电阻层析成像，非接触式电导检测，建模，优化

7、设计，灵敏场II!浙江大学硕士学化论文AbstractElectricalresistancetomography(ERT)techniqueisoneofthemostimportantprocesstomography(PT)techniques．Compared谢tllotherPTtechniques，ERThasadvantagesincludingsimpleconstruction，highspeedresponse，lowcost，etc．ERThasabroadapplicationp