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电阻/电容层析成像双模态技术研究

周婧博  
【摘要】:过程层析成像技术为复杂的、广泛存在的两相流体系提供了一种有效的场参数检测手段。在过程层析成像中,电阻层析成像和电容层析成像是两种主流的电学成像方法,具有非入侵、没有辐射、成本不高,对目标图像恢复速度较快以及可视化测量等优点。它们有不同的适用范围,电阻层析成像适于测量以导电性介质为连续相的介质,而电容层析成像适于测量以非导电性介质为连续相的介质。为了得到更大的测量范围,并提供冗余信息,本文主要研究将这两种技术进行融合,即复合双模态问题。 本文的主要工作和贡献如下: 首先根据电阻层析成像和电容层析成像的相似性,建立了统一的数学模型,推导出了两种模态下的泛函。 其次给出了电阻层析成像和电容层析成像的正问题的有限元求解方法,并对方形过程容器截面进行分析和电场仿真。 再次对双模态系统的反演问题进行求解。文中采用了神经网络思想,误差反向传播算法和样条权函数算法。针对两种算法的不足之处,分别给出了改进方案,利用改进后的算法对反问题进行仿真和分析。通过对两种方法下的误差与训练次数的关系进行对比以及对图像的重建效果看出,样条权函数在解决反演问题上的优势。 最后对双模态成像方法在实际应用时硬件方面进行设计和分析。首先设计出了敏感电极排布方式,之后对转换电路进行设计和计算。通过对计算结果的分析,确定了双模态下新的排布方式,并可通用一套转换电路电路系统。


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