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《电容层析成像系统传感器参数优化——基于正交试验设计法（可编辑）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、电容层析成像系统传感器参数优化——基于正交试验设计法维普资讯////0>.计算机工程与应用电容层析成像系统传感器参数优化??基于正交试验设计法高岩,李谋遵,周昌乐?.厦门大学计算机系.福建厦门.夏新移动通讯有限公司。福建厦门.,,,,..,.,,,:..,,..,,::..,.:;;;摘要:介绍了电容层析成像系统的工作原理及数学模型,采用有限元分析对传感器灵敏度分布进行仿真,分析了系统中各个传感器参数对传感器性能的影响,提出传感器性能评价函数,并基于正交试验设计确定了一组优化参数,为电容层析成像系统中
2、传感器的设计提供了参考依据。关键词:电容层析成像;灵敏度分布;有限元分析;正交试验设计文章编号:??文献标识码:中图分类号:.电容层析成像技术,简具有不同的介电常数.通过均匀安装在绝缘管道外壁的电容传称是借鉴医学发展而来感器获取各电极对的电容值。由于这些电容值反映了管道内介的一种新的计算机层析成像技术,于世纪年代末年电常数的分布情况,计算机利用这些数据,依据一定的算法进行图像重建。从而获得管道截面上的相分布图。直观地获取多代初由英国曼彻斯特理工大学提出。它作为一种非侵入式的流相流体的相分布信息。动参数
3、可视化检测技术通过测量物体表面周围电极之间的电容值来计算物体内部介电常数的空间分布即各相分布,正在迅速发展并具有良好的应用前景。已经发展成为技术中的主流技术之一.习。但是系统的电场具有“软场”特性.这直接影响重建图像的质量,因此对电场分布特性分析进而发现其中的规律是十分必要的。本文通过有限元仿真分析结合正交试验设计方法对传感器参数进行分析及优化设计,提高了传感器设计效率。图电容层析成像系统的组成系统的组成结构及工作原理一电容层析成像系统的传感器结构如图所示,在绝个典型的电极系统原理图,如图所示。缘管道
4、壁外侧均匀地安装有多对铜极板,为防止外界电磁场的系统一般由个基本部分组成:电容传感器:电容数据采集系干扰,电极板的外部普遍设置接地的屏蔽罩。为降低相邻极板统;图像重建计算机。它的基本原理是利用多相介质中的各相基金项目:厦门大学院士基金项目。’作者简介:高岩一,女,助教,主要研究方向为:计算机视觉,计算机仿真,智能中医诊断信息技术;李谋遵一,男,工程师,研究方向为:嵌入式系统,计算机仿真,两相流检测技术,图像处理;周,男,博士,越授,博士生导师,高级会员,主要研究方向为:心智建模计算,智能中医诊断信息技
5、术等。维普资讯////.计算机工程与应用在电容层析成像系统中,存在正演和反演两个过程。正演过程包括两方面:其一为已知管截面上的介电常数分布。电板和边界条件,通过等式至计算各电极间的电容值其二是由各电极间的电容变化量确定相应的灵敏场分布,为图像重建提供已知条件。而反演过程是将测量电容值作为投影数据,结合由正演过程获得的灵敏场分布,根据某一算法确定管置截面上的介电常数分布,即由已知投影数据重建图像。有限元仿真可以实现电容层析成像系统中的正演过程。传感器侧面图传感器横截面图图传藤器结构图电容层析成像系统的有
6、限元分析间的高固有电容以扩大系统的动态范围.在极板间设置接地的所谓有限元?是一种以变分原理为基础的数值计算方法。径向保护极板。它是通过将偏微分方程问题转化为泛函极值问题。然后以数值本文以典型的电极传感器系统为研究对象。一般地.对方法解此极值问题而求得偏微分方程的数值解。有限元法的基于一个Ⅳ电极系统,可得到的独立电极对构成一电容总本思想是将问题的求解域划分为一系列单元,单元间仅靠节点数为相连,单元内部点的待求量可由单元节点量通过选定的函数关系插值求得。在应用有限元法计算电磁场的过程中,需解决如昭一下几个
7、问题:个极板的某一个极板为起点,顺次为个极板编号。找出与边值问题相应的泛函及其变分问题。在一个完整的测量过程中.电极板首先被选择为源极板.即将场域剖分,然后将剖分单元中任意点的未知函数用公共电极,给电极板加一固定电压值,分别以电极板,,该剖分单元中形状函数及离散点上的函数值展开.即把连续介为检测电极板,测量电极板对?,?,?,一之间的,质中无限个自由度的问题离散化成有限个自由度的问题。电容值,每次测量闲置电极皆接地。下一步,选择电极为公共求泛函极值,导出联立代数方程组。电极,测量电极对?,,?,?的电
8、容值。依次类推,直选取合适的代数方法,解有限元方程,即得待求解边值至测量完电极对一的电容值。这样,在电极系统中总共问题的数值近似解。可获得个独立的测量值。用后处理程序处理方程的解,得到最终结果。的有限元边值问题可以转变为以下的泛函极值形式:电容层折成像系统数学模型根据电介质极化理论,电介质的位移极化时间最多只需』,,相比之下。电容检测电路的工作频率为数量级,视,其为静电场问题。在下列假设条件下,可将静电场简化成二维:其中为屏蔽罩内空间,为边界条件,当电极
