电容层析成像

摘要： 针对电容层析成像(ECT)系统中传感器采集信号微弱,边缘化效应严重,介电常数变化不明显等问题,提出了一种基于多激励模式下的ECT传感器优化设计方案,该方案在优化了传感器物理参数的同时采用相邻双电极激励模式进行检测,增加了敏感场强度,在一次测量过程中可以获得更多的电容值,有效增加了传感器采集信号数量与采集精度。实验结果表明,优化后的ECT传感器能有效提高激励信号强度,减弱边缘化效应,改善传感器内部灵敏度矩阵,提高采集信号精度,图像重建质量明显提高。

摘要： 针对电容层析成像技术的图像重建问题,提出了在拉普拉斯变换下重构信号的1范数正则化方法。首先,证明了在有限元三角网格的离散计算中,FOT(first-order Tikhonov)正则化的转换矩阵等同于使用余切值表示的拉普拉斯转换矩阵,在一定程度上体现了总变差算法与拉普拉斯稀疏约束算法之间的相关性,为三角网格下的图像重建提供了一种合理、简便的正则化方法。然后,选择Split-Bregman算法解决拉普拉斯1范数正则化约束的电容层析成像逆问题。最后,通过比较4种典型流型实验数据在4种不同重建图像算法下的图像质量,验证了拉普拉斯1范数约束算法的有效性。

摘要： 针对电容层析成像(ECT)技术中反问题(即图像重建)的不适定性,以8电极电容层析成像系统为对象,在分析Landweber算法原理的基础上,根据Frozen Landweber迭代法,将基于权重因子的landweber算法进行内外双循环,获得一种迭代次数较少、收敛速度较快、重建图像质量较佳的改进算法,并将改进算法应用于ECT图像重建。数值仿真结果表明,对各种流型,改进算法在重建图像的客观评价指标及主观效果上均有明显改善,且对初值具有不敏感性,体现其实际应用价值。

摘要： 矿山充填过程中,管道中产生的结块和充填料浆中夹杂的废石会造成堵管或爆管等严重安全事故,制约了矿山充填技术的应用与发展,所以及时对管道内堵塞结块及废石的方位和大小进行检测,对矿山充填的安全稳定有着重要意义。以电容层析成像(ECT)技术为基础,研究了矿山充填管道的检测方法。针对传统ECT重建算法成像质量差、精度低等问题,提出了一种适用于充填管道内固液两相流检测的基于极限学习机和卷积神经网络的ECT图像重建方法。该图像重建网络由单隐藏层前馈神经网络和图像预测网络两部分组成。利用极限学习机建立电容数据与介电常数值的映射关系,并通过图像预测网络完成对图像的重建。通过充填管道仿真试验,证明了该方法不仅能够有效减少重建图像的伪影和变形,提高图像重建准确度,而且对充填管道中可能出现的复杂情况有较好的重建效果。所提出的ECT图像重建方法对于矿山充填管道内存在的堵塞结块及废石的检测有很好的效果,可以有助于推动ECT技术在充填管道检测领域的应用和推广。

摘要： 电容层析成像(ECT)技术是一种以两相流或多相流为主要检测对象,通过测量过程化参数反映内部介电常数分布状况的技术。ECT技术具有非侵入性、无辐射、成本低、响应速度快等优势,对于应用在成像条件复杂、苛刻等领域具有重要研究意义。概括了ECT技术的研究基础;对新型电容传感器、硬件设备、图像重建算法和应用领域的最新研究进展进行总结和分析;对ECT技术各项研究内容的发展方向和动态趋势进行探讨和展望。

摘要： 电容层析成像图像重建是一个非线性及病态性逆问题。基于此,提出了基于迭代重加权最小二乘法的鲁棒正则化极限学习机(RELM-IRLS)算法的电容层析成像图像重建方法,以油/气两相流为研究对象,通过有限元仿真构建随机分布流型,对RELM-IRLS算法完成训练,并与Landweber迭代算法及极限学习机算法进行对比,RELM-IRLS算法的测试集平均误差相比极限学习机算法减小4.6%。仿真及静态实验结果均表明,RELM-IRLS算法所得重建图像质量得到明显提升,且算法具有良好的泛化性能。

摘要： 为求解电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)图像重建非线性病态逆问题,提出基于一维卷积神经网络(one-dimensional convolutional neural network,1D CNN)的电容层析成像图像重建算法。通过1D CNN建立了ECT系统独立测量值与重建图像灰度值之间的非线性映射关系。采用有限元仿真软件获得6种典型流型的随机分布样本,完成了1D CNN网络的训练及测试,进行了静态实验,并与常用的线性反投影、Landweber迭代算法进行比较。仿真及静态实验结果均表明:基于1D CNN算法的ECT重建图像质量得到明显提高,具有较好的泛化能力及实时性。

摘要： 电容层析成像技术作为一种新型无损检测技术,因其具有无辐射、不会造成损伤、反应速度快等优点,广泛应用于油气输送、硫化床等工业领域,其数据采集速度和精度是评价性能的主要指标;影响电容层析成像系统数据采集速率的一个重要因素就是抗混叠滤波器的时间延迟;滤波器的截止频率和谐振系数是设计的两个主要参数,而另一个重要的参数,即动态响应的瞬时过程也需要考虑;因此,讨论了抗混叠滤波器的设计;通过理论分析、仿真和实验研究了滤波器的阶跃响应,分别讨论了谐振因子、元件参数和LPF阶数对时延的影响,设计了ECT数据采集平台测试了四阶抗混叠滤波器;实验结果表明:改进后的滤波器响应时间为25μs,与仿真结果基本一致;12电极电容层析成像系统图像采集速率可提升至1000帧/s,也取得了较好的成像结果。

摘要： 非金属复合材料在制造或使用过程中会产生不同形状内部损伤,采用平面电极传感器可对损伤进行无损化检测.针对现有单平面电极传感器检测信号强度弱、检测数据量少等问题,提出一种双平面电极阵传感器检测非金属复合材料的方法.将两个4×4电极传感器组成一套双平面传感器,采用单激励测量模式,利用共轭梯度算法进行图像重建.仿真与初步实验结果表明:双平面电极传感器提高了检测信号强度,使重构图像精度得到了提高.

摘要： 针对传统的数据特征提取方法难以提取ECT滑油监测数据有效特征的缺陷,提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和多尺度长短期记忆(multi-scales long short-term memory,MSLSTM)神经网络的双通道网络模型CNN-MSLSTM.将多尺度学习融入LSTM中,CNN和MSLSTM作为两个通道,并行学习数据在空间维度和时间维度的特征,通过注意力机制融合,利用softmax分类器输出发动机的磨损状态.实验结果表明:3尺度的CNN-MSLSTM对ECT数据样本的分类准确率达到98％,F1评分达到98.62％,单组数据的测量时间仅为0.2036 ms,总体性能优于单一的CNN和LSTM网络.

摘要： 电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,ECT)是一种基于电容敏感机理的过程成像技术.当下的ECT技术理论还不够完善,成像速度和成像精度的相互制约限制了ECT技术在相关领域的应用.就当前发展状况而言,图像重建理论和成像算法可以显著地改善图像重建的效果,推动ECT技术的广泛应用能起到积极的作用.本文主要分析现有图像重建算法的研究现状,比较了迭代重建算法、非迭代重建算法以及智能算法之间的优劣,最后阐述了几种常用三维图像重建算法.

摘要： 旋风分离器是循环流化床锅炉的关键部件之一，其分离性能将直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计及锅炉的运行性能。大型循环流化床锅炉采用多个旋风分离器与炉膛出口并联布置实现气固分离。研究其分离系统的气固两相流动特性可进行旋风分离器的分离性能分析。本文针对600 MW 超临界循环流化床锅炉的冷态模型，采用电容层析成像测量技术进行旋风分离器入口烟道内气固两相流固相颗粒浓度，在不同床料量和炉膛表观风速下，研究多个旋风分离器入口固体颗粒分布特性，得到不同分离器入口处固体颗粒浓度同流化风速、初始物料量的变化，分析了电容原始信号的波动特性，研究结果对流化床大型化多分离器优化布置提供了支持。

摘要： 针对电容层析成像重构图像质量和重构图像速度问题,提出图像重构的三阶收敛算法。首先采用Tikhonov 正则化求解图像重构的不适定问题,利用Morozov偏差原理确定正则参数,再利用三阶收敛算法快速求解Morozov偏差方程。典型流型的数值实验结果表明：三阶收敛算法明显优于传统的Newton算法,若以Newton法为标准,三阶收敛算法时间节省19.83％-67.05％；与Landweber迭代法和按经验选取正则参数的Tikhonov正则化比较,所提出的三阶收敛算法重构图像速度更快,重构图像质量更高。

摘要： 在模拟高空高原燃烧室点火试验中,燃油中的水在低温下凝结成冰晶,堵塞油滤网,增加油路阻力,从而增加燃油泵供油压力,甚至可能损坏油滤网.因此,实时监控试验过程燃油中冰晶数量,确保试验过程油滤网不损坏,对航空发动机燃烧室模拟高空高原点火试验非常重要.电容层析成像(ECT)技术基于测得的电容数据对截面介电常数分布进行图像重建,具有非侵入性的特点,在多相流检测中有很大潜能.利用ECT技术对管道内固体流动和固/液两相流动进行测量,获取管道内介质的流动速度和流量,并用常规计量方法和数值仿真进行了校验.校验结果表明,利用ECT技术测量管道内介质的流速和流量是可行的.

摘要： 针对国内航空发动机滑油在线监测技术落后的现状,对小尺度电容层析成像(ECT)传感器设计进行了研究.利用有限元分析软件Comsol和Matlab,对ECT传感器阵列电极的几何参数进行了优化,并通过静态和动态试验验证ECT应用于滑油在线监测的可行性.实验结果表明,该方法能够有效分辨物场中的不同介质,实时反映滑油介电常数的变化,利用小尺度ECT传感器可为在线滑油监测提供一种新型检测手段.

摘要： 本文基于电容层析成像方法对气固流化床干燥、混合过程进行测量分析,研究循环流化床干燥过程固体颗粒浓度分布、湿度等主要参数随时间的变化规律.其中电容传感器包括8电极圆形传感器,用于流化床颗粒包衣过程浓度分布测量,12-4组合电极用于环-核区域颗粒浓度分布测量,基于电容层析测量手段,对制药行业与流化反应有关部的过程行了系统研究,提出了一种在线检测固体颗粒湿度的测量技术.

摘要： 重建高质量的图像对于电容层析成像(Electrical capacitance tomography,ECT)方法的应用具有重要意义。本文提出了融合ECT测量信息和被测对象动态演化信息的新型图像重建模型;建立一个同时考虑了ECT测量信息、被测对象动态演化信息、时间与空间约束的新型图像重建目标泛涵,将图像重建问题转化为最优化问题;进而提出了集成了交替迭代算法和快速迭代收缩阈值算法优势的新型算法求解该目标泛涵。数值仿真表明,该算法是有效的,所重建图像的质量得到了明显改善。

摘要： 本文对一种矩形非常规电容传感器进行了仿真,该传感器为12电极结构,在每个入口段的短边布置2个电极,长边布置4个电极,成像敏感场仿真计算基于Ansoft-Maxwell软件.并分别利用LBP和Landweber迭代算法对此传感器进行了静态实验测量.

摘要： 两相流层状流中相界面的估计方法研究，对于保障工业生产过程的安全性，提高生产效率具有重大的意义。本文提出了一种基于电容层析成像（ECT）测量系统的层状流相界面估计方法，旨在直接的估计出相界面的几何形状。该算法以边界元法为基础，采用了边界参数化、正则化以及非线性迭代等方法，提高了算法的计算效率。仿真实验表明，这种方法具有很高的速度和精度，而且具有很好的抗噪能力。

摘要： 气固两相流质量流量的检测和控制是工业上长期未能有效解决的难题。从工业角度出发，采用电容层析成像技术建立了一种改进型螺旋表面极板电容式传感器。通过有限元仿真的方式，分析了极板张角、管壁介电常数、管壁厚度对灵敏场分布和均匀性误差参数的影响。通过仿真分析,确定了各传感器模型参数的取值范围，为灵敏场分布的改善/传感器的优化设计和传感器系统性能的提高提供了必要的理论基础。

摘要： 本发明揭示一种软场层析成像系统。该软场层析成像系统包括：软场层析装置，用来向被测对象施加激励，并获得所述激励所对应的测量响应，所述软场层析装置包括若干传感元件，用来连接至所述被测对象；跟踪装置，连接于所述传感元件，用来获得所述传感元件的位置信息；前向模块，连接于所述跟踪装置，用来产生所述被测对象的对象网格及所述激励的预测响应，所述对象网格包括所述传感元件的位置信息；及重建模块，连接于所述软场层析装置及前向模块，用来根据所述对象网格、所述激励、所述测量响应和所述预测响应重建所述被测对象的图像。

摘要： 本发明揭示一种软场层析成像系统。该软场层析成像系统包括：软场层析装置，用来向被测对象施加激励，并获得所述激励所对应的测量响应，所述软场层析装置包括若干传感元件，用来连接至所述被测对象；跟踪装置，连接于所述传感元件，用来获得所述传感元件的位置信息；前向模块，连接于所述跟踪装置，用来产生所述被测对象的对象网格及所述激励的预测响应，所述对象网格包括所述传感元件的位置信息；及重建模块，连接于所述软场层析装置及前向模块，用来根据所述对象网格、所述激励、所述测量响应和所述预测响应重建所述被测对象的图像。

摘要： 光学相干层析成像设备包括光源单元，发射包括从具有不同的中心波长和部分重叠的输出光谱范围的扫频光源发射的光，光具有各自的输出光谱范围并且在时间上相互分离，分割单元，连接到所述光源单元并且将对所述光源单元发射的光进行分割，波长选择单元，连接到所述分割单元并且从输出光谱范围重叠的范围中选择具有预定波长的光，时间检测单元，连接到波长选择单元并且检测扫频光源以预定波长振荡的时间，以及波数检测单元，连接到所述分割单元并且检测来自扫频光源的光具有相同波数的时间。

摘要： 一种用于确定样本（13）的体积表示的计算层析成像方法，包括：初始重建步骤（22），从由X射线系统（10）所取得的样本（13）的X射线投影（21）来重建样本（13）的初始体积数据（23）；确定要更新的所述重建的初始样本体积的一部分的步骤（24）；以及迭代更新过程（32），用于使用迭代重建法仅对确定为要更新的体积数据（23）的一部分产生更新的体积数据（23）。该方法包括，在所述确定要更新的样本体积的一部分的步骤（24）中，基于重建的体积数据（23）的可用的质量信息，对所述体积数据（23）中的每一个单个体素单独评估这一体素是否满足指示这一个体素需要更新的预定的条件，并在所述迭代更新过程（32）中仅对已确定为要更新的那些体素才产生所述更新的体积数据（23）。

摘要： 本发明公开了一种电容层析成像电容测量系统。它由电容传感器、电容数据采集系统组成。电容传感器径向电极上固定有电容/电压转换器，电路为：译码器的输出连接控制激励信号和电容/电压转换电路，电容/电压转换电路的输出经译码器控制的电子开关送出。本发明减小了引线与地间形成的电容。提高测量精度。外部引线的抗干扰能力增强。使得系统的可靠性增强；电容测量速度高，输出信号中无原理性噪声。

摘要： 本发明属于电容层析成像技术领域，具体涉及一种电容层析成像系统及其电容传感器的制作方法，电容传感器包括支撑管以及设置在支撑管外围的电极和屏蔽层一体化结构，电极和屏蔽层一体化结构由五层介质依次层叠而成，由内到外依次为：内覆盖膜、电极片、绝缘层、屏蔽层和外覆盖膜；外覆盖膜上设有射频接头，射频接头的数量与电极片的数量相同，且一一对应，每个电极片通过导线与其对应的射频接头相连接，数据测量处理模块位于外覆盖膜之外，其与电极片连接，获取电极片的电容信息并进行处理，然后传送给计算机。本发明提出的电容层析成像系统，其优化了电极片、屏蔽层的结构，提高了电容传感器屏蔽层的屏蔽效果，提高了检测精度。

摘要： 本申请公开了一种用于电容层析成像多相流(下文提及的多相流都特指三相流及三相流以上的多相流)电容归一化方法，由于现有的归一化方法只针对两相流的问题，它仅考虑两种介电常数相满场分布时的电容值，但是在多相流中存在三个或三个以上不同介电常数相，这种情况下若还是采用针对两相流的归一化模型，仅考虑最高相与最低相满场分布时的电容值，忽略其余介电常数相满场分布时的电容值，则会造成归一化的误差累积，影响图像重建整体的精度。故本发明提出了一种用于电容层析成像多相流电容归一化方法，考虑了不同介电常数满场分布时的电容值对测量电容测量值的影响，提高了图像重建算法精度。

摘要： 本发明设计了一种用于电容层析成像系统的电容测量电路，主要包括正弦激励信号、交流放大电路、解调及低通滤波电路、PCI1712数据采集卡、交流激励电容/电压转换电路等。有效的解决了ECT成像技术中由于待测电容微弱而带来的测量精度不高的问题。本电路电容测量的分辨率可达5.5*104pF，并且具有抗寄生电容能力强、结构简单、容易实现等优点。

摘要： 本发明公开了一种电容层析成像电容测量系统。它由电容传感器、电容数据采集系统组成。电容传感器径向电极上固定有长条形数据采集电容/电压转换器电路板,电路为:译码器的输出连接控制激励信号和电容/电压转换器,电容/电压转换器的输出经译码器控制的电子开关送出。本发明减小了引线与地间形成的电容。提高测量精度。外部引线的抗干扰能力增强。使得系统的可靠性增强;电容测量速度高,输出信号中无原理性噪声。

摘要： 本发明公开了一种移动式电容层析成像传感器及成像装置，属于传感器应用技术领域，能够解决现有技术中无法实现循环流化床多个床层内部流化状态的同时在线可视测量的问题。所述传感器包括：N个传感器滑块、带刻度的标尺金属杆、固定件；每个传感器滑块的内壁均与循环流化床的床体外壁贴合，每个传感器滑块可沿床体外壁上下移动；N个传感器滑块利用标尺金属杆串联在一起，每个传感器滑块可根据测量需要通过固定件固定在标尺金属杆的不同刻度位置；传感器滑块为电容层析成像传感器，传感器滑块用于监测循环流化床的床层内部流化状态和截面介质的介电常数变化情况。本发明用于成像传感器。