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基于γ射线的多相管流检测技术研究

马敏  
【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γ射线的多相管流在线检测技术,通过直接或间接参数测量,获得被测管路中截面分相含率、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,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Visual C++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。


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