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电磁层析成像技术敏感场的仿真研究与优化设计

作　者: 薛以璇
导　师: 董峰
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 电磁层析成像 正问题 线圈激励 电磁场有限元 图像重建
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 159次
引　用: 4次
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内容摘要


电磁层析成像(Electromagnetic Tomography,EMT)技术是基于电磁感应原理的一种过程层析成像(Process Tomography,PT)技术,它采用外加的交流激励磁场从不同观测角度扫掠含有导磁或导电物质分布的空间,物场中的导磁物质会形成感应磁场,而导电物质会产生电涡流,从而对原有的激励场产生调制作用。因此,通过检测被测空间边界的磁场信息就能够重建空间中导电、导磁物质的时空分布图像。EMT传感器具有非侵入、非接触、无危害的检测优点,并且对导电和导磁物质都具有敏感性,因此它在许多领域如矿业过程,化工过程,异物监测,工业过程多相流检测,生物医学研究,地质勘探等领域中都有应用的潜力。目前EMT技术的发展尚未成熟,仍处于应用研究阶段,将EMT技术尽快应用到实际生产领域中去是许多科研工作者努力的目标。本论文从EMT技术的基础理论出发,分析了EMT正问题与逆问题的模型,针对线圈激励模式进行了正问题的仿真分析,并通过图像重建实验验证正问题的分析结果。本课题完成的主要内容如下:1.从EMT的基本原理与雷登变换出发,分析了EMT正问题与逆问题的理论模型,研究了导电导磁物质与电磁激励场的相互作用,从电磁场基本原理出发推导了EMT的正问题与逆问题的数学描述。2.基于EMT正问题的模型进行了线圈激励敏感场的有限元分析,得到了该激励方式的空场磁感应强度分布,分析了不同磁导率,电导率及不同位置分布的物体对激励敏感场的影响,并对不同的物场分布情况进行了仿真分析。3.分析了EMT系统中影响图像重建的各种因素,将基于灵敏度系数的线性反投影算法用于EMT的图像重建,得到了不同物场分布情况下的图像重建仿真结果,并且分析了图像重建产生误差的原因。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章 绪论  7-18
  1.1 过程层析成像技术  7-10
    1.1.1 过程层析成像技术的发展历程  7-8
    1.1.2 电学层析成像技术  8-10
  1.2 电磁层析成像技术  10-16
    1.2.1 电磁层析成像技术的发展  10-14
    1.2.2 电磁层析成像技术的应用前景  14-16
  1.3 本课题的主要研究内容  16
  1.4 本论文的组织  16-18
第二章 电磁层析成像（EMT）系统的理论基础  18-30
  2.1 EMT 系统的基本原理与构成  18-19
  2.2 EMT 的数学基础  19-20
  2.3 EMT 的正问题和逆问题  20-30
    2.3.1 EMT 正问题与逆问题的定性描述  20-22
    2.3.2 不同电磁性态物质与外加磁场的相互作用  22-24
    2.3.3 由电磁场基本原理推导 EMT 正问题模型  24-27
    2.3.4 EMT 逆问题的模型  27-30
第三章 EMT 线圈激励敏感场的仿真研究  30-51
  3.1 应用有限元方法求解 EMT 系统的正问题  30-33
  3.2 线圈激励的敏感场分析  33-35
  3.3 EMT 正问题的仿真实验  35-38
    3.3.1 线圈激励敏感场的分布特点  35-36
    3.3.2 不同磁导率的物体对敏感场的影响  36-38
  3.4 仿真电势结果与分析  38-51
    3.4.1 铜棒位于不同位置的仿真分析  39-40
    3.4.2 不同电导率物体的仿真分析  40-41
    3.4.3 不同磁导率物体的仿真分析  41-42
    3.4.4 不同物场分布的仿真分析  42-51
第四章 EMT 系统的图像重建  51-60
  4.1 EMT 图像重建算法概述  51-54
    4.1.1 反投影法  52
    4.1.2 相关算法  52-53
    4.1.3 迭代法  53-54
    4.1.4 基于模型法  54
    4.1.5 与神经网络结合法  54
  4.2 基于灵敏度的线性反投影算法  54-57
  4.3 EMT 图像重建的仿真结果  57-60
第五章 工作总结与未来工作展望  60-62
  5.1 课题工作总结  60-61
  5.2 对未来工作的展望  61-62
参考文献  62-66
发表论文与科研情况说明  66-67
致谢  67

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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 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 集中检测与巡回检测系统
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