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电容层析成像系统的研究与应用

何世钧  
【摘要】:电容层析成像(ECT)技术是基于电容敏感机理的过程层析成像(PT)技术。ECT系统具有非侵入、响应速度快、成本低等优点,可提供封闭管道及容器内部二维/三维可视化信息,在工业过程参数可视化检测应用中是一种非常有发展潜力的技术。 本文的研究内容主要包括传感器的结构参数优化设计,图像重建算法研究以及硬件系统设计。主要研究内容和结果如下: 1、编写了基于Matlab的ECT系统仿真软件包。软件包可自动建立8电极、12电极和16电极的二维/三维传感器模型;可计算灵敏度系数分布,绘制二维/三维灵敏度系数分布图。逆问题部分实现了反投影算法、动态滤波反投影算法、RBF神经网络算法以及SVM算法。 2、传感器的结构参数优化设计。对传感器敏感场的灵敏度分布进行了研究,分析了电极数目、结构参数对敏感场的影响,并以此对传感器的结构参数进行了优化设计;以四面体作剖分单元构成三棱柱六面体成像单元,实现了用线性插值函数的三维有限元剖分,建立了ECT传感器的三维有限元模型;给出了传感器三维敏感场的灵敏度分布,分析了其轴向响应特性,得出了介质分布沿轴向变化时的三维仿真计算结果。 3、动态滤波反投影算法的提出。基于敏感场分布的不均匀性,对滤波反投影算法进行了修正,提出了动态滤波反投影算法。 4、基于RBF网络的图像重建。对RBF网络在图像重建中的应用进行了探讨。 5、基于支持向量机的图像重建研究。提出了基于C-支持向量分类机的图像重建算法;提出了一种基于支持向量机的四层神经网络算法用于三相流图像重建;实现了基于支持向量机的三维图像重建,进行了仿真实验。 6、硬件系统设计。构建了一套ECT系统样机,设计方案中应用了嵌入式技术和CAN总线等技术,获得了大量的实验数据,为进一步的研究奠定了基础。


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