学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

电容耦合电阻层析成像系统建模及优化研究

作 者: 张伟波
导 师: 黄志尧;王保良
学 校: 浙江大学
专 业: 检测技术与自动化装置
关键词: 两相流 电阻层析成像 非接触式电导检测 建模 优化设计 灵敏场
分类号: TP212
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 30次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
 

内容摘要


电阻层析成像(ERT)技术作为过程层析成像技术中的研究热点之一,与其它层析成像技术相比,具有结构简单、响应速度快和成本低廉等优点,是一种具有广阔应用前景的两相流参数测量技术。但是,传统的ERT传感器检测电极与被测导电液体直接接触,易导致电极极化和电化学反应等问题,从而影响ERT在实际工业中的应用。针对该问题,本课题组基于电容耦合式非接触电导测量方法(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection, C4D)提出一种新的ERT技术,电容耦合ERT(Capacitively Coupled Electrical Resistance Tomography, CCERT).该CCERT系统传感器电极直接安装在被测绝缘管道外部,从而有效避免了传统ERT中由于接触测量引起的各种问题,是一种具有极大应用潜力的成像技术。虽然目前已经初步验证了该技术在层析成像领域应用的可行性,但由于该系统与传统的ERT系统有很大不同,无法直接借鉴ERT的现有研究成果。因此需要从基础性研究出发,对CCERT系统进行理论分析和建模,并提出传感器设计准则,进而才能实现有效的图像重建。针对这一现状,本论文主要从基础性研究出发,对传感器的建模和优化问题进行了较深入研究,同时对图像重建也进行了初步研究,同时根据研究获得的传感器设计准则,设计了CCERT样机,并进行了实时的图像重建验证实验。本文的主要工作和创新点如下:(1)建立CCERT传感器的数学模型,并利用二维及三维有限元仿真验证了电极间RC串联等效电路模型的有效性。(2)针对CCERT传感器结构的特性,为了降低外部寄生电容影响,借鉴电容层析成像系统中通过增加径向电极的方法,对该种结构的传感器进行研究。结果表明,针对所采用的数据采集模式,径向电极对测量值影响较大,对测量不利,不建议采用径向电极。(3)以降低数据检测电路的设计难度为优化目标,同时兼顾系统测量灵敏度,对CCERT系统的传感器几何及物理参数进行了优化研究。通过研究获得如下传感器设计准则:较薄的管壁、较大的管壁相对介电常数以及较大的电极张角对系统设计是有利的。(4)基于获得的传感器设计准则,设计了CCERT传感器样机。对图像重建所需的灵敏场进行仿真研究,获得了所设计CCERT传感器的灵敏场,同时将LBP成像算法应用到本系统。利用该样机进行了实时的图像重建验证实验。实验结果表明,该CCERT系统样机对目标成像效果良好,进一步验证了传感器模型的正确性,传感器设计准则的有效性,同时也表明获得的灵敏场与实际系统相符。

全文目录


致谢  6-7
摘要  7-9
Abstract  9-13
第1章 绪论  13-21
  1.1 两相流概述  14-17
    1.1.1 两相流定义及参数检测意义  14-15
    1.1.2 两相流参数测量方法  15-17
  1.2 过程层析成像技术  17-18
  1.3 本文的主要研究工作  18-20
  1.4 本章小结  20-21
第2章 文献综述  21-30
  2.1 ERT技术的发展历程和研究现状  22-25
    2.1.1 发展历程和研究现状  22-24
    2.1.2 研究方向  24-25
  2.2 ERT的基本原理及测量方法  25-27
    2.2.1 ERT技术的基本原理  25
    2.2.2 ERT系统的构成及测量模式  25-26
    2.2.3 ERT技术中的问题  26-27
  2.3 C~4D技术的测量原理和系统构成  27-28
    2.3.1 C~4D技术的测量原理  27-28
    2.3.2 C~4D系统构成  28
  2.4 C~4D技术发展及应用  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章 传感器模型  30-51
  3.1 CCERT系统结构及基本测量原理  31-33
    3.1.1 CCERT系统基本结构  31
    3.1.2 传感器结构及测量原理  31-33
  3.2 CCERT正问题分析  33-43
    3.2.1 场域数学模型  34-37
    3.2.2 有限元方法及验证  37-39
    3.2.3 二维有限元求解  39-40
    3.2.4 三维有限元求解  40-41
    3.2.5 有限元模型实验验证  41-43
  3.3 CCERT串联等效电路模型研究  43-45
  3.4 液体等效为电阻与电容的并联等效电路模型研究  45-48
  3.5 外部寄生电容值研究  48-49
  3.6 本章小结  49-51
第4章 传感器结构及参数优化研究  51-63
  4.1 传感器基本结构分析  52-56
    4.1.1 屏蔽罩对系统的影响  52-54
    4.1.2 径向电极对系统的影响  54-56
  4.2 传感器物理及几何结构参数优化  56-62
    4.2.1 优化目标  56-57
    4.2.2 壁厚分析  57-59
    4.2.3 管壁相对介电常数分析  59-60
    4.2.4 电极张角分析  60-62
  4.3 本章小结  62-63
第5章 图像重建实验  63-73
  5.1 CCERT样机参数选择及系统构成  64
  5.2 灵敏场分析  64-68
    5.2.1 灵敏场计算  65-66
    5.2.2 灵敏场仿真及分析  66-68
  5.3 LBP图像重建算法简介及应用  68-69
  5.4 成像实验测试  69-72
  5.5 本章小结  72-73
第6章 结论与建议  73-75
参考文献  75-80
作者简介  80

相似论文

  1. 基于SVM的常压塔石脑油干点软测量建模研究,TE622.1
  2. 压气机优化平台建立与跨音速压气机气动优化设计,TH45
  3. 非正交面齿轮齿面建模及加工误差分析,TH132.41
  4. 涡轮S2流面正问题气动优化设计研究,V235.11
  5. 比例式气液两相高温燃料流量调节阀的研究,V233.2
  6. 混凝土高拱坝三维非线性有限元坝肩稳定分析研究,TV642.4
  7. 高温分离器布置对循环流化床锅炉炉内动力场影响的研究,TK229.66
  8. 喷动床内气固两相流动特性的研究,TK173
  9. HID灯整流效应的研究,TM923.32
  10. 面向SMDA的服务建模方法及工具实现,TP311.52
  11. 导弹虚拟试验可视化技术研究,TP391.9
  12. 飞行模拟中飞行管理计算机系统CDU组件设计与仿真,TP391.9
  13. 基于测量的Internet链路延迟建模,TP393.4
  14. 基于测量的Internet延迟分析与建模,TP393.4
  15. 空中目标抗干扰识别跟踪系统,TN215
  16. 军队后勤物资管理系统设计与实现,TP311.52
  17. 采油中心的动力特性分析及结构优化改进,TE933.1
  18. 深部大陆钻探用钻机顶驱液压系统设计与研究,TE922
  19. 内衣人台的雏形设计,TS941.2
  20. 拖拉机驾驶室的有限元分析及优化设计,S219.02
  21. 拖拉机电控液压动力转向系统的转向机构及液压系统设计,S219.02

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器
© 2012 www.xueweilunwen.com