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EIT/WMT电极优化设计及正问题研究

作 者: 黄文瑞
导 师: 王化祥
学 校: 天津大学
专 业: 控制工程
关键词: 电阻抗层析成像 丝网成像 COMSOL仿真 电极优化设计 正问题
分类号: TP274
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 3次
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内容摘要


电阻抗层析成像技术(EIT)与丝网成像技术(WMT)是两种电学层析成像技术,通过对被测对象施加驱动电流/电压,测量被测场域的响应信息,重建其内部电学参数(如电导率、介电常数)分布的图像。由于其具有无辐射、非侵入、可视化、成本低、响应速度快、结构简单等特点,在工业测量和医学监护等领域中有广阔的应用前景。为拓宽EIT/WMT技术的应用范围、提高测量精度、获取更丰富的测量信息,本文借助大型有限元软件COMSOL Multiphysics,对EIT/WMT的测量机理、驱动方法、电极结构等内容进行深入研究。主要内容如下:(1)借助大型有限元软件COMSOL Multiphysics,建立EIT/WMT的三维物理模型,进行电场仿真分析;(2)为拓宽EIT的测量空间提出了多层电极结构的EIT系统,与单层电极结构对比,分析了多层电极结构的必要性,并设计了一套适合该系统的激励/测量方法;(3)为拓宽EIT的测量范围提出了实部虚部相分离的方法,分析了其可行性,并设计了相应的电极结构与激励/测量方法;深入分析了WMT系统的特点,针对高含水的油水两相流问题,设计了相应的电极结构与激励方法。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 EIT 成像技术简介  8-12
    1.1.1 EIT 简介  8-9
    1.1.2 EIT 的发展及应用  9-12
  1.2 WMT 成像技术简介  12-14
    1.2.1 WMT 简介  12-13
    1.2.2 WMT 的发展与应用  13-14
  1.3 本文的研究内容  14
  1.4 本文的组织结构  14-16
第二章 EIT/WMT 的原理  16-23
  2.1 EIT 的原理  16-19
    2.1.1 EIT 的数学模型  16-17
    2.1.2 EIT 的正问题分析  17-19
    2.1.3 EIT 的逆问题  19
  2.2 WMT 的原理  19-20
  2.3 有限元仿真软件 COMSOL  20
  2.4 电学成像的评价指标  20-23
    2.4.1 敏感场的灵敏度和均匀性  20-21
    2.4.2 有效测量数据  21
    2.4.3 边界电压值  21
    2.4.4 分辨力  21
    2.4.5 重建图像的相关程度  21-23
第三章 拓宽 EIT 的测量空间  23-41
  3.1 单层电极三维重建与多层电极三维重建  23-28
    3.1.1 单层电极系统的激励与测量  24-25
    3.1.2 多层电极系统的激励与测量  25-26
    3.1.3 三维重建的对比实验  26-28
  3.2 双层电极系统的优化  28-30
    3.2.1 双层电极系统的激励  28-29
    3.2.2 双层电极系统的测量  29-30
  3.3 不同模式的对比实验  30-39
    3.3.1 敏感场的灵敏度和均匀性  31
    3.3.2 有效测量数据  31
    3.3.3 边界电压值  31-32
    3.3.4 分辨力  32-33
    3.3.5 重建图像的相关程度  33-34
    3.3.6 重建图像  34-39
  3.4 小结  39-41
第四章 拓宽 EIT 的测量范围  41-63
  4.1 EIT 系统的设计  41-48
    4.1.1 实部与虚部分离  41-44
    4.1.2 实部与虚部分离方法  44-46
    4.1.3 实部与虚部分离意义  46-48
  4.2 EIT 激励模式的设计  48-54
    4.2.1 电压/电流激励对图像重建影响  48-50
    4.2.2 激励频率对图像重建影响  50-52
    4.2.3 标定介质对图像重建影响  52-54
  4.3 EIT 电极的设计  54-62
    4.3.1 电极位置对图像重建影响  54-56
    4.3.2 电极尺寸对图像重建影响  56-60
    4.3.3 屏蔽层与径向电极对图像重建影响  60-62
  4.4 小结  62-63
第五章 WMT 的仿真与优化  63-76
  5.1 WMT 系统的仿真  64-71
    5.1.1 交点与间隙实验  66-67
    5.1.2 径向移动实验  67-68
    5.1.3 贯穿与非贯穿实验  68-69
    5.1.4 小尺寸油滴实验  69-70
    5.1.5 大尺寸油滴实验  70-71
  5.2 WMT 激励模式的设计  71-72
  5.3 WMT 电极的设计  72-74
    5.3.1 同层电极间距的优化  73
    5.3.2 两层电极间距的优化  73-74
    5.3.3 电极半径的优化  74
  5.4 小结  74-76
第六章 总结与建议  76-77
参考文献  77-81
发表论文和参加科研情况说明  81-82
致谢  82

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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
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