电容层析成像系统关键问题的研究

【摘要】：流动层析成像技术是近年来飞速发展起来的一门新技术，该项技术在解决多 相流检测问题上有巨大的发展潜力和广阔的工业应用前景。电容层析成像技术以 其成本低、适用范围广、结构简单、非侵入式、安全性能好等优点，成为目前流 动层析成像技术发展的主流和研究热点，但离实际应用尚有很大距离，因此有待 进一步研究和发展。 本文以基于电容传感技术的电容流动层析成像系统为研究对象，主要研究和 探讨流动层析成像技术在应用有限元方法进行建模与分析、敏感场分析计算与仿 真、传感器优化设计的有关问题。其主要研究内容包括：阐述课题研究的学术背 景及其理论与实际意义，概括总结出流动层析成像技术的发展现状和存在的问 题，指出电容层析成像技术的优点；讨论电容层析成像系统的组成及工作原理， 进行详尽的理论分析，以变分原理为基础，将ECT的有限元边值问题转换为等价 的变分问题，从而建立系统的有限元模型；在系统有限元模型的基础上，建立敏 感场的数学模型，编制有限元的仿真软件，并从不同角度证明电容层析成像系统 有限元模型的正确性；利用有限元模型，定性地分析电容传感器各结构参数对其 性能的影响，并对传感器结构参数进行优化设计，使其性能得到明显的改善。8 电极ECT系统的仿真和静态实验结果的比较表明，它们之间的相对误差小于 0． 9％，因此本文研究成果为在线工业过程电容层析成像系统的实用化奠定了基 础。