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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
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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。
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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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